合成氨企業碳排放核算案例分析

安 明

(中國質量認證中心成都分中心，四川成都 610041)

1 研究背景

建立全國碳排放權交易制度，加強溫室氣體排放統計與核算是我國“十三五”控制溫室氣體排放工作的重要任務[1]。全國碳排放權交易市場將于2017年啟動，在第1階段納入石化、化工、建材、鋼鐵、有色、造紙、電力、航空等工業行業中年能耗10 kt標準煤以上企業，實施碳排放配額管控。合成氨企業作為典型的化工企業和碳排放大戶，其碳配額將價值數千萬乃至上億元；準確核算其碳排放量，對于企業在碳交易機制下全面了解自身排放情況，尋找減排機會，優化配置碳資產，提升競爭優勢意義重大。

2 核算要求

2013—2015年中任意1年綜合能源消費總量達到10 kt標準煤以上(含)的合成氨企業需以法人企(事)業單位或視同法人的獨立核算單位作為報告主體，按照《中國化工生產企業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》(以下簡稱《指南》)的要求，分年度核算并報告其溫室氣體排放量及相關數據，編制《中國化工生產企業溫室氣體排放報告》(以下簡稱“排放報告”)，并填寫《全國碳排放權交易企業碳排放補充數據核算報告模板》數據匯總表與補充數據表(以下簡稱“補充數據表”)[2]。

排放報告服務于國家溫室氣體排放基礎統計和核算工作體系建設，關注責任人整體排放情況；補充數據表服務于全國碳交易配額分配方案設計，關注特定生產車間和設施的排放情況，以利于同類產品生產企業在同一核算基礎上比較單位產品碳排放量，并據此參與碳交易。兩者目的不同，故其核算要求不同(表1)[2-3]。下面以某合成氨企業為例，對其年度排放報告與補充數據表核算進行分析對比。

表1 排放報告與補充數據表核算要求對比

3 案例分析

3.1 案例介紹

某合成氨企業以煤為原料生產氨，副產粉煤灰并回收硫黃出售，其主要生產工藝流程如圖1所示。主體為500 kt/a煤氣化-合成氨工藝裝置，配套建設循環流化床鍋爐、汽輪機組熱電裝置。空分裝置及廠區職工食堂、運輸車隊外包運營，其中空分裝置運行所需電力由外包公司提供，熱力由合成氨企業提供。

圖1 某合成氨企業工藝流程

3.2 核算排放報告

3.2.1 確定企業邊界

企業邊界應是能夠單獨進行碳排放核算的單元，并與溫室氣體核算與報告主管部門要求保持一致。案例企業為獨立法人，法人邊界內所有生產設施可整體作為一個核算單元。外包運營的空分裝置、廠區職工食堂、運輸車隊按運營權不納入邊界，不予核算。

3.2.2 確定應核算的排放源和氣體種類

識別排放源是確保碳排放核算完整性的重要環節。報告主體應根據企業邊界的確定情況，對每個核算單元按照《指南》中的排放源分類逐一確定，確保排放源識別完整、不漏項。根據案例企業邊界的確定及生產工藝，排放源識別如下。

(1)燃料燃燒排放：燃料煤在鍋爐中燃燒產生的CO2排放；

(2)生產過程排放：用原料煤生產氨時產生的CO2排放；鍋爐燃煤使用氨法脫硫，故不存在碳酸鹽使用過程產生的CO2排放，也不存在硝酸、己二酸生產，無N2O排放；

(3)CO2回收利用量：未進行CO2回收利用，以零計；

(4)凈購入的電力和熱力消費引起的CO2排放：包括全廠生產、辦公用電引起的CO2排放；熱力自產無外購，外供量需扣除；

(5)其他溫室氣體排放：根據《指南》，自備電廠應按照《中國發電企業溫室氣體排放核算方法與報告指南》核算。但對于本案例企業，其熱電界區鍋爐主要用于全廠供熱供汽，其所產高壓蒸汽經減壓以滿足動力用汽需求時，為充分利用熱能，按照“以熱定電”的原則建設余熱發電機組，其自發電遠小于熱電界區運行需求，需大量使用外購電，與一般的自備電廠不同。基于此實際情況，本案例不對余熱發電機組進行核算。

3.2.3 識別流入流出企業邊界的碳源流及其類別

碳源流法是核算化工企業碳排放的重要工具，正確識別碳源流可清晰地區分化石燃料是作為燃料燃燒還是原材料用途，也可在采用碳質量平衡法核算工業生產過程中的CO2排放量時避免重復計算或漏算。各煤制合成氨企業的碳源流基本一致，按《指南》分類本案例的碳源流識別如圖2所示。

圖2 某合成氨企業碳源流示意

《指南》中共包括8類碳源流，在本案例中：①流入企業邊界且明確送往各個燃燒設備作為燃料燃燒的化石燃料部分，即鍋爐用燃料煤；②流入企業邊界作為原材料的化石燃料部分，即合成氨用原料煤，部分副產品及過程氣回收至鍋爐作為燃料(圖2中虛線部分)，根據《指南》不納入核算；③流入企業邊界作為原材料的其他碳氫化合物(無)；④流入企業邊界作為原材料的CO2氣體(無)；⑤流入企業邊界作為原材料、助熔劑或脫硫劑使用的碳酸鹽(無)；⑥流出企業邊界的各類含碳產品，即副產粉煤灰，主產品氨不含碳；⑦流出企業邊界且被回收外供從而避免排放到大氣中的那部分CO2(無)；⑧流出企業邊界的其他含碳輸出物(無)。

3.2.4 收集各個碳源流的活動水平數據

活動水平數據是量化導致碳排放或清除的生產或消費活動的活動量，可從企業能源統計報表、生產臺帳、銷售報表、財務明細等記錄中收集。按照本案例碳源流的識別結果，需收集3類碳源流的活動水平數據(表2)。

表2 某合成氨企業活動水平數據

3.2.5 選擇和獲取排放因子數據

排放因子是與活動水平數據相對應的系數，用于量化單位活動水平的碳排放量。按排放源不同，排放因子計算略有不同，可按照《指南》要求選取缺省值或進行測量，但應遵循相應的測量標準和測量頻次。本案例3類碳源流的排放因子數據見表3，其中燃料煤排放因子未進行測量，按《指南》選取缺省值，經查閱購煤合同，燃料煤煤種為“煙煤”，選取煙煤特性參數；原料煤排放因子《指南》要求按GB/T 476對煤炭在每批次燃料入廠時或每月至少進行一次檢測，根據燃料入廠量或月消費量加權平均作為該煤種的含碳量。經查閱原料煤煤質檢測記錄臺賬，其檢測方法符合要求，檢測頻次為每天1次，按生產消耗量求出年度加權平均作為數據來源，符合《指南》要求。

表3 某合成氨企業排放因子數據

3.2.6 依據相應的公式分排放源核算各種溫室氣體的排放量

按照《指南》對每一類排放源將活動數據與排放因子相乘獲得排放量。計算過程中需注意各關聯參數單位的一致性、C與CO2之間的換算。案例企業本部分核算如下：

(1)燃料燃燒排放量E燃燒

式中：E燃燒——分企業邊界的化石燃料燃燒CO2排放量，t；

i——化石燃料的種類；

ADi——化石燃料i明確用作燃料燃燒的消費量，t；

CCi——化石燃料i的含碳質量分數；

OFi——化石燃料i的碳氧化率；

NCVi——化石燃料i的低位發熱量，GJ/t；

EFi——化石燃料i的單位熱值含碳量，t/GJ。

將數據代入上式，求得E燃燒=784 683.7 t。

(2)工業生產過程排放量E原料

只包括原材料消耗產生的CO2排放量，計算公式如下：

式中：E原料——化石燃料和其他碳氫化合物用作原材料產生的CO2排放量，t；

r——進入企業邊界的原材料種類；

p——流出企業邊界的含碳產品種類；

w——流出企業邊界且沒有計入產品范疇的其他含碳輸出物種類；

ADr——原材料r的投入量，t；

CCr——原材料r的含碳質量分數；

其中ADp，ADw，CCp，CCw忽略不計，代入數據可得E原料=2 182 552.8 t。

3.2.7 核算凈購入的電力和凈購入的熱力導致的CO2排放量

企業消費的外購電力、熱力的排放雖然發生在企業外，但仍計入自身排放總量中。購入電力、熱力并轉供給其他企業的，轉供量需扣減。對于合成氨等能源消費產業部門，其凈購入電力和熱力可以為負值[4]。電力活動水平數據來源于電費發票或電表計量；熱力活動水平數據獲取過程則較為復雜，熱力一般以t為單位計量，需結合其物性參數換算為熱量單位，以質量單位計量的蒸汽換算公式如下[5]：

AD蒸汽=M蒸汽×(E蒸汽-83.74)×10-3

式中：AD蒸汽——蒸汽的熱量，GJ；

M蒸汽——蒸汽的質量，t；

E蒸汽——蒸汽所對應的溫度、壓力下每千克蒸汽的熱焓，kJ/kg。

以工業中壓蒸汽為例，在壓力3.82 MPa、溫度450 ℃下，查得熱焓為3 333.656 kJ/kg，代入上式可求得蒸汽的熱量為3.25 GJ/t。

電力排放因子需根據企業所在電網區域選擇國家發展改革委發布的年度中國區域及省級電網平均二氧化碳排放因子。熱力排放因子應優先采用供熱單位提供值，可通過加權平均計算，其中余熱回收排放因子為0，蒸汽鍋爐或自備電廠排放因子為“排放量/供熱量”；否則，按0.11 t/GJ計。

(1)凈購入電力排放核算

外購電力用于全廠無轉供，則全部外購電等于凈購入電。某合成氨企業地處華北電網區域，取2012年電網排放因子為0.884 t/(MW·h)，凈購入電力為216 756.576 MW·h。凈購入電力排放核算公式如下：

E凈電=AD電力×EF電力

式中：E凈電——企業凈購入電力消費引起的CO2排放量，t；

AD電力——企業凈購入的電力消費量，MW·h；

EF電力——電力供應的CO2排放因子。

將數據代入上式，求得E凈電=191 677.8 t。

(2)凈購入熱力排放核算

某合成氨企業熱力自產，外購量為0，但因向外包的空分裝置供汽，外供量需扣減，外供空分裝置蒸汽量來源于月度蒸汽銷售發票匯總為1 579 896 t，在壓力3.82 MPa、溫度450 ℃下的蒸汽熱量為3.25 GJ/t，則凈購入熱力為-5 134 662.0 GJ。排放量為燃料燃燒排放與熱電界區電力消耗排放之和，燃料燃燒排放量為784 683.7 t，根據熱電界區月度用電量統計匯總熱電界區電力消耗量為59 221.368 MW·h，折合排放量為52 369.5 t，則總排放量為873 053.2 t。根據月度生產匯總鍋爐產汽量為3 119 047 t，在壓力9.81 MPa、溫度540 ℃下的蒸汽熱量為3.39 GJ/t，則鍋爐產汽總量為10 573 569.3 GJ。熱力排放因子用蒸汽鍋爐“排放量/供熱量”計算，求得為0.079 2 t/GJ。凈購入熱力排放核算公式如下：

E凈熱=AD熱力×EF熱力

式中：E凈熱——企業凈購入熱力消費引起的CO2排放量，t；

AD熱力——企業凈購入的熱力消費量，MW·h；

EF熱力——熱力供應的CO2排放因子。

將數據代入上式，求得E凈熱=-406 483.9 t。

匯總計算企業溫室氣體排放總量EGHG如下[4]：

EGHG=E燃燒+E過程-R回收+E凈電+E凈熱

式中：EGHG——報告主體溫室氣體CO2排放當量，t；

E過程——企業邊界內工業生產過程產生的各種溫室氣體CO2排放當量，t；

R回收——企業回收且外供CO2量，t。

E過程為0，將數據代入上式：

EGHG=784 683.7+2 182 552.8-0+

191 677.8-406 483.9

=2 752 430.4(t)

3.3 核算補充數據表

補充數據表的核算流程與排放報告的數據基本一致。

3.3.1 確定補充數據表核算邊界

如前文所述，補充數據表核算邊界為“備煤”至“分離”，限于合成氨工段，不包括空分裝置與燃煤鍋爐。對于本案例企業熱電界區不納入邊界，不予核算。

3.3.2 確定核算內容

(1)能源作為原材料產生的排放量

需對生產工藝加以分析，按《指南》中工業生產過程排放的原材料消耗產生的CO2排放計算，如生產過程不產生溫室氣體排放，則可不予核算[5]。對于案例企業，本部分排放即排放報告中的“工業生產過程排放”，核算過程和結果等同。

(2)消耗電力對應的排放量

消耗電力僅指合成氨工段耗電，電力來源包括從電網供電、可再生能源發電、余熱發電、自備電廠，排放因子根據來源采用加權平均。案例企業合成氨工段消耗電力也等于全廠用電減去熱電界區用電。

(3)消耗熱力對應的排放量

消耗熱力同樣僅指合成氨工段耗熱，熱力來源包括余熱回收、蒸汽鍋爐或自備電廠，排放因子根據來源采用加權平均。案例企業合成氨工段耗熱由熱電界區提供，其核算方式與排放報告中外供空分裝置熱力排放類似；因不對余熱發電機組進行核算，消耗熱力可由熱電界區鍋爐產汽總量減去外供空分裝置蒸汽量進行簡化計算。

(4)氨產量

主營產品產量是用于全國碳交易配額分配的主要參考數據，合成氨產量以液態氨為最終計量狀態，按實物量計算[6]，包括生產過程中的回收和自用量。

3.3.3 收集活動水平數據與排放因子數據，并核算與匯總

消耗電量數據來源于合成氨月度用電量統計表匯總，也與全廠用電減去熱電界區用電結果一致，則消耗電量為157 535.208 MW·h。鍋爐產汽總量為10 573 569.3 GJ，外供空分裝置蒸汽量為5 134 662.0 GJ，則合成氨工序所消耗的熱量為5 438 907.3 GJ。匯總成補充數據表見表4。

表4 某合成氨企業2015年溫室氣體排放報告補充數據表

在準確計算了熱力排放因子時，補充數據表二氧化碳排放總量與排放報告相同。

3.4 核算要點

3.4.1 核算邊界

排放報告應以企業法人為邊界，且不包含生活、出租或外包的設施。與案例企業不同，大型化工集團一般擁有多個子公司和分公司、分廠，組織結構復雜。其子公司需按獨立法人單獨報告，非獨立法人的分公司、分廠可劃分為多個獨立單元分別核算后匯總，以便于工作開展。尤其合成氨車間應劃分為獨立單元，利于核算補充數據表。

3.4.2 排放源和碳源流

案例企業產品單一、工藝簡單，但對于一般的大型化工集團，合成氨工序后還可能包括CO2回收、甲醇、尿素、硝酸、硝銨、鈣法脫硫等多個工序，排放源和碳源流識別需進行全面分析。其中“工業生產過程排放”中需考慮多種含碳產品輸出、碳酸鹽使用過程產生的CO2排放、硝酸生產過程的N2O排放等；回收CO2且外供至邊界外的，需核算“CO2回收利用量”；有自備電廠的，需按《中國發電企業溫室氣體排放核算方法與報告指南》核算其他溫室氣體排放。

3.4.3 活動水平數據與排放因子

企業通常會存在以下情況：能源統計報表、生產臺帳、盤存表等各臺賬之間數據來源不一致；生產數據和財務數據統計期不一致；全廠計量和各車間分級計量之間存在計量誤差和傳輸損耗。以上均會造成同一活動水平數據的多個數據來源之間數值不一致。核算中應根據實際情況選取最準確的數據，并以另一來源數據進行交叉核對，數值不一致的需分析并說明原因。

合成氨企業煤的排放因子采用檢測值，以提高核算的準確性；其他因子采用缺省值，以減少核算工作量。不同報告期之間需保持排放因子選取方式的一致性，避免對核算結果造成影響。

3.5 結果分析

3.5.1 粉煤灰產量缺失對核算結果的影響

案例企業粉煤灰產量未統計。如按設計值，年副產造氣粉煤灰200 kt(含碳質量分數10%)，對應CO2排放量為73 kt，約占全廠排放3%。粉煤灰對應排放量雖然占比小，但絕對值大，且屬于補充數據表核算內容，會直接影響企業碳配額。

3.5.2 CO2回收利用對核算結果的影響

合成氨企業典型的CO2回收利用方式是后續生產尿素、碳酸氫銨。以500 kt/a合成氨裝置配套800 kt/a尿素計(含碳質量分數20%)，將減少全廠CO2排放587 kt，約占全廠排放21%。但對合成氨工段而言，因其補充數據表不核算CO2回收利用量，因此對碳配額無影響。

3.5.3 天然氣替代煤對核算結果的影響

在同等合成氨產能下，若以天然氣作為原料生產，按天然氣用量5×108m3、用電量85 000 MW·h計，不考慮天然氣合成氨副產蒸汽，對應CO2排放1 167 kt，與煤制合成氨碳排放差異巨大。部分因煤炭、天然氣價格變化而考慮進行原料替代的企業，應充分評估其工藝變更對碳配額的影響。

4 結語

碳排放核算是企業管理碳配額和獲取碳資產收益的重要基礎，其工作涉及面廣、流程復雜、技術難度大，對企業提出較高的要求。在實際工作中，企業應從管理層面上對碳排放核算工作進行規范，從高層加以重視，設立專崗專人專責；應完善統計計量體系，對碳排放相關活動水平數據和排放因子數據從監測計劃、數據記錄、匯總報告、儀表維護等方面按信息流向進行精細化管理；應加強能力建設，掌握提升碳排放核算技術要求，定期開展排放核算工作內部審核，分析數據的合理性，及時解決問題，通過建立健全的企業碳排放管理體系，以保證碳排放核算工作的質量。