煤化工行业碳排放核算分析

煤化工行业碳排放核算分析

李芳 ,2.李顺姬

1陕西煤业化工技术研究院有限责任公司   710100

2西安市环境保护科学研究院   710061

摘要：推进煤炭清洁高效利用，是建立在正确认识我国能源生产及消费现状，切实发挥煤炭兜底保障作用基础上做出的重大举措，是实现碳达峰碳中和目标和愿景的重要途径。现代煤化工是煤炭清洁高效利用的重要途径，主要以洁净能源和精细化学品为目标产品，煤化工行业高碳排放、高耗能的发展模式正面临巨大挑战。本文对我国现代煤化工行业的碳排放现状进行了分析，并对煤化工行业法人边界碳排放核算过程进行详细介绍，提出煤化工产业发展对策建议，以供参考借鉴。

关键词：煤化工；碳排放核算；

1、煤化工碳排放现状

化工是国内碳排放的主要行业之一，而其中大部分碳排放集中在一些主要的子行业。根据数据调查显示，全行业碳排放量超过2.6万吨二氧化碳当量的企业数量约为2300家，碳排放量之和占全行业总量的65%，而其中主要集中在甲醇、合成氨、电石、PVC、煤制油等子行业。图1为2020年重点子行业碳排放分布图。

图1为2020年重点子行业碳排放分布图

煤化工生产过程中，一方面燃料煤燃烧提供蒸汽，供压缩机透平等驱动，同时煤中的碳全部转化为CO2，形成化石燃料燃烧排放；另一方面原料煤的氢碳比低，下游合成要求的氢碳比高，中间变换反应使大量有效CO转化为无效的CO2,形成了工艺过程碳排放。

2、煤化工行业碳排放核算分析

本文主要详细介绍以企业法人为边界的核算方法。对某生产合成氨、尿素等产品的化工生产企业的碳排放情况进行分析，其核算和报告的范围包括化石燃料燃烧产生的碳排放、工业生产过程产生的碳排放及净购入电力和热力产生的碳排放。其主要的能源消费品种和原材料为烟煤、天然气、柴油、甲醇、酸酐等，主要的碳排放设施为燃煤锅炉、空压机、水泵、电机等。

2.1碳排放核算方法选取

核算过程中使用到的活动水平数据和排放因子的选取依据《中国化工生产企业温室气体排放核算方法与报告指南》的要求，按照化石燃料燃烧、工业生产过程排放及企业净购入电力和热力引起的排放量三大部分进行核算。

E＝ECO2-燃烧＋ECO2-过程＋ECO2-净电力+ ECO2-净热力

式中，E为排放核算边界的温室气体排放总量，单位为吨CO2；

ECO2-燃烧、ECO2-过程、ECO2-净电力、ECO2-净热力等分别为企业边界内化石燃料燃烧、生产过程、净购入电力和热力产生的CO2排放。

2.2化石燃料燃烧排放

2.2.1活动水平数据来源

该企业化石燃料燃烧排放主要是锅炉燃烧烟煤所导致的排放，以及烘炉用液化石油气、天然气产生的排放、厂区移动源车辆消耗汽油和柴油产生的排放。其消耗量均来源于企业生产报表、购销存报表等。柴油、液化石油气、天然气低位发热量、碳氧化率等均来自《核算指南》中给出的缺省值。烟煤低位发热量、气化渣含碳量来自企业的实测值，实测方式需符合《核算指南》的要求。烟煤低位发热量按照每批次实测值进行加权平均而来。

2.2.2排放因子来源

鼓励企业对单位热值含碳量进行实测，未实测则可取《核算指南》中给出的缺省值。

2.2.3核算方法

燃料燃烧CO2排放量主要基于分品种的燃料燃烧量、单位燃料的含碳量和碳氧化率计算得到的，公式如下：

ECO2-燃烧＝∑（ADi×CCi×OFi×44/12）      （2）

式中，

ECO2-燃烧为分企业边界内化石燃料燃烧CO2排放量，单位为吨；

i为化石燃料的种类，烟煤、天然气、汽油和柴油；

ADi为化石燃料品种i明确用作燃料燃烧的消费量，对固体或液体燃料以吨为单位，对气体燃料以万Nm3为单位；

CCi为化石燃料i的含碳量，对固体或液体燃料以吨碳/吨燃料为单位，对气体燃料以吨碳/万Nm3为单位；

OFi为化石燃料i的碳氧化率，单位为%。

2.3工业生产过程产生的碳排放

2.3.1含碳物质的识别

该企业工业生产过程排放为原材料消耗产生的排放、碳酸盐消耗排放（使用纯碱和石灰石对蒸汽锅炉烟气脱硫过程），不涉及《核算指南》中硝酸生产过程产生的排放与己二酸生产过程产生的排放。对该企业含碳物质及碳流向进行识别和分析，其碳输入主要为烟煤、电石、甲醇和酸酐，碳输出为尿素、丁醇及气化渣等。

2.3.2活动水平数据选取来源

各含碳原材料原料煤、电石、甲醇、石灰石及产品尿素等含碳物质的消耗量及产量一般来源于企业的计量报表或生产报表。

2.3.3排放因子选取

用作原料的化石燃料，如原料煤的含碳量的可按照化石燃料燃烧部分的含碳量进行核算。其它含碳物质的含碳量的获取方式主要有以下几种方式：

1.实测。企业若有自行或委托有资质的专业机构进行原材料和产品含碳量检测，则采用实测值；

2.核算值。可根据物质成分或纯度以及化学分子式和碳原子的数目来计算；

3.缺省值。参考《中国化工生产企业温室气体排放核算方法与报告指南》附件二表2.2或其他文献取缺省值。目前陕西省化工企业温室气体排放核算多采用该值。

2.3.4核算方法

化石燃料和其它碳氢化合物用作原材料产生的CO2排放，根据原材料输入的碳量以及产品输出的碳量按碳质量平衡法计算：

EGHG-过程 =ECO2原料＋ECO2-碳酸盐         （4）

ECO2原料、ECO2-碳酸盐分别为为化石燃料和其他碳氢化合物用作原料、碳酸盐使用过程产生的二氧化碳排放量（tCO2）；

原材料消耗产生的排放根据原材料输入的碳量以及产品输出的碳量按碳质量平衡法计算：

ECO2-原料＝[∑（PMr×CCr）-（COK×CCCOK）-∑（BYp×CCp）]×44/12 （6）

式中，

ECO2-过程为工业生产过程产生的CO2排放,单位为吨；

PMr为原材料r的投入量，对固体或液体原料以吨为单位，对气体原料以万Nm3为单位；

CCr为原材料r的含碳量，对固体或液体燃料以吨碳/吨原料为单位，对气体原料以吨碳/万Nm3为单位；

COK为含碳产品的产量，以吨为单位；

CCCOK为含碳产品的含碳量，以吨碳/吨为单位；

BYp为含碳副产品的产量，以吨为单位；

CCp为含碳副产品的含碳量，单位为吨碳/吨。

碳酸盐使用产生的排放按照下式进行计算：

2.4净购入电力和热力隐含的排放

2.4.1活动水平数据选取

企业的电力消费量数量来源于和电网结算的电表读数或能源消费台账以及统计报表。企业的净购入电力等于购入电量与转供电量的净差。

该企业净购入热力数据来源于企业供能统计报表。该企业无购入的热力，热力均为外供热力，故净购入热力为负值。

2.4.2电力、热力排放因子

《核算指南》规定法人边界应当采用国家主管部门最近年份公布的区域电网排放因子计算净购入电力隐含的碳排放。区域电网平均二氧化碳排放因子（简称“区域电网排放因子”）将全国电网划分为六个区域电网，其计算方法为区域电网本地所有发电厂化石燃料碳排放与净调入电量、净进口电量隐含的碳排放之和除以区域电网总供电量。区域电网排放因子相比全国电网排放因子更能反映不同区域电量构成的差异，但在发布了2010-2012三个年度后，至今一直没有更新。该企业在计算法人边界净购入电力隐含的碳排放时，采用2012年西北电网平均排放因子，即0.6671 tCO2/MWh。热力供应的CO2排放因子应优先采用供热单位提供的CO2排放因子，不能提供则按 0.11 吨CO2/GJ计。

2.4.3核算方法

ECO2-净电力＝AD电力×EF电力

ECO2-净热力＝AD热力×EF热力

式中，

ECO2-净电力、ECO2-净热力为净购入电力和热力消费所对应的CO2排放量，单位为吨；

AD电力、AD热力为电力和热力净购入电量，单位为兆瓦时和吉焦；

EF电力、EF热力为电力和热力消费CO2排放因子，单位为吨/兆瓦时、吨/吉焦；

3、煤化工企业碳减排措施

3.1煤化工技术创新发展

在现有煤化工生产中，乙烯、乙炔等基础原料应用广泛，当前的生产工艺及获取方法已较为成熟，但能源消耗总量依然较高，对资源环境造成的压力依然较为严重。如对于催化剂的选择和对于不饱和烯烃、炔烃的来源进行改良，寻找更高效的催化剂，即可实现改变反应条件，降低能耗和减少排放。要充分结合现代科学技术，针对煤化工产业全过程进行整体性优化完善，力争生产工艺技术突破性创新。

3.2积极推广碳捕集

煤化工的生产过程中会释放大量的温室气体，二氧化碳作为其中最为重要的一种，做好碳捕集和处理工作能够有效减少二氧化碳排放量，顺利实现“碳达峰·碳中和”的目标。目前使用较多的二氧化碳捕集方法有燃烧后分离捕集、富氢燃气路线捕集、富氧燃烧捕集和化学循环燃烧捕集四种，其中燃烧后分离捕集最为常见，也是处理方法最简单、最有效的手段。燃烧后分离捕集中首先对煤炭原材料进行燃烧处理，之后使用含有胺的物质进行有效处理，以得到更为合适的原材料。燃烧后分离捕集中针对经过低碳处理且熔点低、易燃烧的原材料，可经过处理产生全新的能源如一氧化碳；对于生产后产生的二氧化碳原材料，需要进行聚集、净化、封存，封存方法以地质封存为主，其核心是将二氧化碳加压灌注，放置在可以长期封存的位置，常用的封存地点有含盐地层、不可开采的油田等。

4、结束语

综上所述，现代煤化工产出的是大量清洁能源，这些清洁能源进入消费领域，可以大幅减少消费领域的污染物排放，并从全生命周期角度衡量，具有相对优势的较高能效。可以说，现代煤化工是以自身付出集中碳排放的代价，实现煤炭全生命周期清洁高效利用的目标。“碳达峰·碳中和”政策立足于社会经济的稳步发展，更是全人类进步的关键，煤化工产业作为支撑国家经济发展的重要产业之一，相关龙头企业应当积极响应、引领发展，立足实际做好“碳达峰·碳中和”规划工作；顺应时代发展的趋势，为“碳达峰·碳中和”目标的实现贡献力量。

参考文献：

[1]马柯,马娟.浅析煤化工行业二氧化碳排放及综合利用[J].科技创新与应用,2013(34):115-116.

[2]韩红梅,顾宗勤,王玉倩,温倩.碳税对我国化学工业的影响分析[J].化学工业,2014,32(01):1-10.