瀝青產品的碳足跡研究

孫瀟磊，張志智，尹澤群

(中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001)

瀝青產品的碳足跡研究

孫瀟磊，張志智，尹澤群

(中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001)

選擇規范PAS2050作為石化產品碳足跡研究的基礎方法依據，以某企業生產的瀝青產品為評價對象，對該企業的瀝青產品碳足跡進行研究，溫室氣體核算時間范圍為2014年1—12月。分別對原料獲取階段、運輸階段、生產階段、配送階段和使用階段的碳排放情況進行研究，得到原料獲取階段、運輸階段、生產階段、配送階段和使用階段的碳排放系數分別為0.208，3.901×10-3，0.057 85，0.117，2.570 8 tt，最終得出該企業生產的瀝青產品碳足跡為2.957 5 tt。在瀝青全生命周期各階段中，瀝青使用過程的溫室氣體排放量最大，占全部排放量的86.92%。降低瀝青環境影響的主要措施是將瀝青循環利用，減少使用過程的溫室氣體排放。

瀝青產品 碳足跡 碳排放系數

碳足跡是目前國內外普遍認可的用于應對氣候變化、解決定量評價碳排放強度的研究方法，是考慮了全球變暖潛能(GWP)的溫室氣體排放量的一種表征。產品碳足跡是單一產品從其制造、使用以及廢棄的整個“從搖籃到墳墓”的生命過程中，因燃料使用以及處理導致的溫室氣體排放量。開展產品碳足跡評價是企業掌握所生產產品對環境產生影響的重要手段，并由此采取可行的措施減少供應鏈中的溫室氣體排放。同時，碳足跡標識也是引導消費者實施綠色消費行為的有效手段，可以使消費者對產品生產的環境影響具有清晰的量化認識，進而引導消費決策[1-2]。本研究選擇規范PAS2050作為石化產品碳足跡研究的基礎方法依據，以某企業生產的瀝青產品為評價對象，功能單位為1 t瀝青產品，環境因素為瀝青生命周期內的溫室氣體排放量，以當量二氧化碳(CO2e)排放量計量。將系統邊界設定為產品整個生命周期，包括原料獲取階段、運輸階段、生產階段、配送階段和使用階段。在此評價邊界內的核算主體包括所有與該石化企業瀝青生產相關的運行設施，溫室氣體核算的時間范圍為2014年1—12月。

1 瀝青組成

瀝青是多組分產品，將瀝青組分進行拆分便于自下而上進行數據收集。某石化企業生產的瀝青組成為渣油、脫油瀝青、抽出油和油漿。渣油和脫油瀝青是瀝青的主要組分，分別占瀝青組成的75%和20%，抽出油僅占5%，催化裂化油漿用量極少，忽略不計。

2 計算方法

原油開采階段的碳排放系數采用不同國家地理特點的加權平均值表示。

計算公式如下：

E1=∑(Ei×Ri)

(1)

式中：E1為原油開采的碳排放系數，t/t；Ei為i地區原油的碳排放因子，t/t；Ri為i地區原油所占比例，%。

原油運輸階段由于吞吐運輸過程的溫室氣體排放主要與貨物的質量有關，可按質量分配原則計算原油運輸階段的碳排放系數。

計算公式如下：

E2=∑(Ej×TjH)

(2)

式中：E2為原油運輸階段的碳排放系數，t/t；Ej為j種排放源的排放因子；Tj為j種排放源的質量，t；H為原油運輸過程中各種排放的總質量，t。

瀝青生產階段的碳排放系數為瀝青各組分碳排放系數之和，計算公式如下：

E3=∑(Emk×Tk)

(3)

式中：E3為瀝青生產階段的碳排放系數，t/t；Emk為瀝青產品中k種組分在m單元裝置的碳排放因子；Tk為瀝青中第k種組分的質量分數。

各個階段CO2排放系數計算過程中不同排放源的CO2排放因子見表1。

表1 不同排放源的CO2排放因子 tt

表1 不同排放源的CO2排放因子 tt

排放源排放因子排放源排放因子中東原油01281循環水00004非洲原油03683除鹽水00091俄羅斯原油06314035MPa蒸汽02621中國原油0385610MPa蒸汽03018世界其余原油0981639MPa蒸汽03495外購電092231)燃料油32366水煤漿1780燃料氣26528柴油3288氮氣00019新鮮水00006壓縮風000012)

3 碳排放系數計算結果

3.1 原料獲取階段

該企業生產的瀝青主要包括渣油、脫油瀝青和抽出油。表2對生產瀝青用3種組分的原油種類及數量進行統計。其中，用于生產抽出油的原油主要來源于中東、非洲、美洲、東南亞、俄羅斯、英國和中國；用于生產渣油的原油來源于中東(沙特、伊朗(輕))、非洲(加蓬、剛果、蘇丹、利比亞、埃及)、越南和中國；生產脫油瀝青的原油來源于阿曼、沙特(輕)、沙特(中)，以75 300 kt/a計算。

根據表2數據和公式(1)以及相關的排放因子，計算得到原料獲取階段碳排放系數為0.207 8 t/t。

表2 2014年該企業用于生產瀝青的原油統計結果 kta

表2 2014年該企業用于生產瀝青的原油統計結果 kta

項 目數 據項 目數 據中東非洲 阿曼145100 加蓬(埃塔姆)10000 沙特(輕)417700 剛果(杰諾)25400 科威特145800 蘇丹(尼羅)145900 伊拉克71400 利比亞(薩里爾)13900 也門7000 埃及(卡倫)36600 伊朗320700 安哥拉116900 卡塔爾13000美洲俄羅斯10000 厄瓜多爾74200英國13500 巴西9000東南亞 玻利維亞18000 印尼7600 哥倫比亞100100 越南(白犀牛)33100 加拿大16300中國(潿洲)35600 墨西哥7400

3.2 原料運輸階段

原油從產地到煉油廠需要經過2個階段的運輸：①港口之間的運輸；②原油從港口到煉油廠的運輸。因為沒有獲得油輪的碳排放系數以及具體路線的距離，本次碳足跡的研究沒有考慮原油從產地到煉油廠控制港口之間運輸的溫室氣體排放。該企業原油通過港口分部調配入廠，進廠路線有兩處，從港口到廠區原油運輸的流程示意見圖1。

圖1 從港口到廠區原油運輸的流程示意

湛茂輸油管線和北茂輸油管線2014年用電分別達到22.08 GW·h和30.08 GW·h；另外湛茂線湛江站水煤漿鍋爐耗用水煤漿13.393 kt(用于加熱原油便于輸送)。原油運輸過程的能耗見表3。根據公式(2)計算得到原油運輸階段碳排放系數為3.901×10-3t/t。

表3 原油運輸過程的能耗

3.3 產品生產階段

進入該企業生產區的原油保存在罐區，然后經過常減壓蒸餾裝置生產渣油；經過常減壓蒸餾和糠醛精制生產抽出油；經過常減壓蒸餾和催化裂化生產催化裂化油漿；經過常減壓蒸餾和丙烷脫瀝青生產脫油瀝青，最后，4種組分調合生產道路瀝青。瀝青生產流程示意見圖2。由于催化裂化油漿用量極少，在圖2中未列出。分別對原油罐區、常減壓蒸餾裝置、丙烷脫瀝青裝置、糠醛精制裝置和瀝青調合裝置進行碳排放系數的計算。

圖2 瀝青生產流程示意

3.3.1原油罐區原油罐區存儲原油消耗8.329 kt的0.35 MPa蒸汽、740 MW·h的電和10 511 900 m3壓縮風。原油罐區總共排放3.917 kt CO2。根據公式(2)，結合表1和表4中數據計算得到原油罐區的碳排放系數為0.217×10-3t/t。

表4 原油罐區的能耗

3.3.2常減壓蒸餾裝置該企業共有5套常減壓蒸餾裝置，但只有1號和3號常減壓蒸餾裝置生產瀝青。常減壓蒸餾裝置的排放主要包括工藝爐產生的燃燒排放以及消耗蒸汽、電力等間接排放，常減壓蒸餾裝置的能耗見表5。常減壓蒸餾裝置總加工量為5 166 903 t，共排放CO2152 414 t，煉油加工過程沒有廢料產生，加工過程的單元裝置實現了物料平衡。按照共生產品的溫室氣體質量分配原則，單位原油加工量的溫室氣體與單位產品的溫室氣體排放一致。根據公式(2)，結合表1和表4中數據，得到常減壓蒸餾裝置生產渣油的碳排放系數為0.029 t/t。

表5 常減壓蒸餾裝置的能耗

3.3.3丙烷脫瀝青裝置丙烷脫瀝青裝置的排放主要包括工藝爐產生的燃燒排放以及消耗蒸汽、電力等間接排放，丙烷脫瀝青裝置能耗見表6。丙烷脫瀝青裝置加工量為404 707 t，共排放38 118 t CO2，根據公式(2)，結合表1和表6中數據，得到丙烷脫瀝青裝置生產瀝青的碳排放系數為0.094 t/t。

表6 丙烷脫瀝青裝置能耗

3.3.4糠醛精制裝置糠醛精制裝置的排放主要包括工藝爐產生的燃燒排放以及消耗蒸汽、電力等間接排放，糠醛精制裝置能耗見表7。糠醛精制裝置總加工量為637 567 t，共排放58 338 t CO2。根據公式(2)，結合表1和表7中數據，得到糠醛精制裝置加工單位原料的碳排放系數為0.092 t/t。

表7 糠醛精制裝置能耗

3.3.5瀝青調合裝置瀝青調合裝置的排放主要包括壓縮風和氮氣，統計結果見表8。瀝青調合裝置總加工量為102 900 kt，共排放CO25 640 t。根據公式(2)，結合表1和表8中數據，得到瀝青調合裝置的碳排放系數為5.481×10-3t/t。

3.3.6瀝青生產階段總碳排放系數瀝青生產階段包括原油儲罐、原油加工以及瀝青組分調合。各種組分的生產流程中單元裝置的碳排放系數之和與需要加工的瀝青組成數量的乘積獲得瀝青單一組分的碳排放量，各個瀝青組分的碳排放量之和為瀝青生產階段的碳排放量。瀝青生產階段的碳排放系數根據公式(3)進行計算，為0.057 85 t/t，其中常減壓蒸餾裝置的碳排放量最大，其排放量占生產階段碳排放總量的50.13%；其次為丙烷脫瀝青裝置，其碳排放量占生產階段碳排放總量的35.50%。

3.4 產品配送階段

該企業的瀝青產品采用汽車方式銷往廣東、廣西、海南、貴州、湖南和云南等地區。采用火車方式銷往云南、貴州、四川和湖南地區，同時還出口到越南、印尼、泰國和菲律賓等國家，其中90%瀝青在國內銷售，排除船運的方式。由于沒有具體的統計數據，因此按照汽車運輸瀝青至湖南長沙為基礎，假設運送距離為500 km，采用專門的40～50 t載重卡車進行瀝青運輸，卡車會空車返回，因此考慮雙程排放。根據EMEP/EEA air pollution emission inventory guidebook(EEA，2009)的統計，40～50 t載重卡車空載的碳排放量是滿載碳排放量的0.56倍[3]。采用《中國交通年鑒2007》公路運輸的單位能耗數據計算獲得瀝青運輸碳排放因子為0.15 kg/(t·km)，瀝青運輸的碳排放系數為0.117 t/t。

3.5 產品使用階段

煉油廠生產的瀝青運輸到道路公司用于鋪路。鋪路瀝青料的生產目前還主要采用熱拌技術。熱拌瀝青混合料碳排放系數采用文獻[4]中的數據，為0.018 t/t。

熱拌場到施工現場距離不會太遠，假設距離為10 km，鋪路瀝青料使用柴油卡車運輸，計算瀝青混合料運輸的碳排放系數采用文獻[5]中的數據，為 0.000 8 t/t。

瀝青填埋處理造成的碳排放采用PAS2050的時間加權方法進行計算，按照瀝青含碳80%計算，假設瀝青在使用階段排放延遲10年，在此后5年內平均釋放，加權系數應為0.87，廢舊瀝青處置碳排放系數為2.552 t/t。

將瀝青使用階段各個過程的碳排放系數相加即為瀝青使用階段的碳排放量，計算結果為2.570 8 t/t。

3.6 瀝青全生命周期的碳足跡

將上述各個階段的碳排放量進行匯總得到瀝青產品碳足跡，如表9所示。瀝青碳足跡為2.957 5 t/t。其中原料從港口到煉油廠的運輸和瀝青生產是該企業控制的階段，是碳足跡研究的主體。原油的部分階段運輸排放量占總排放量的0.13%，瀝青生產階段的排放量占總排放量的1.96%，兩者合計占總排放量的2.09%。如果考慮瀝青出廠以前的過程，溫室氣體排放占比為9.12%，排放量為0.27 t/t。

在瀝青全生命周期各階段中，瀝青使用和處置過程的溫室氣體排放量最大，占全部排放量的86.92%。目前廢舊瀝青的處理包括非法的焚燒、填埋和再生利用。目前降低瀝青環境影響的主要措施是盡量降低瀝青填埋，提高瀝青循環利用，減少使用過程的溫室氣體排放。

表9 該企業瀝青全生命周期的碳排放

4 結 論

(1)該石化企業生產的瀝青產品碳足跡為2.957 5 t/t。

(2)在瀝青全生命周期各階段中，瀝青使用過程的碳排放系數最大，其排放量占全部排放的86.92%。降低瀝青環境影響的主要措施是將瀝青循環利用，減少使用過程的溫室氣體排放。

(3)該企業控制了原油的部分階段運輸和瀝青的生產，兩者合計占總排放量的2.09%。該階段是控制產品碳排放的重點。

(4)從瀝青全生命周期的過程排放來看，排放系數較高的單元過程包括原油開采和廢舊瀝青處理。廢舊瀝青處理是不受該石化企業控制的過程，從瀝青碳排放量考慮應該從原油進口方面入手降低瀝青碳排放量，調整原油進口比例。排放系數相對較低的單元過程是常減壓蒸餾裝置和丙烷脫瀝青裝置。因此應該優化原油進口，常減壓蒸餾裝置和丙烷脫瀝青裝置采用減排技術，降低單元過程排放系數。

[1] 耿涌，董會娟，郗鳳明，等.應對氣候變化的碳足跡研究綜述[J].中國人口·資源與環境，2010，20(10)：6-12

[2] 代方舟，吳迪，王丹寅，等.工業過程的碳足跡評價與應用初探[J].生態經濟，2011(10)：29-33

[4] 龔魯義，英達.就地熱再生技術的“低碳”效應[J].筑路機械與施工機械化，2010，27(5)：15-17

[5] CEPI.Framework for the development of carbon footprints for paper and board products[R].Confederation of European Paper Industries，Brussels，2007

STUDYOFCARBONFOOTPRINTOFASPHALTPRODUCTSWTBZ

Sun Xiaolei， Zhang Zhizhi， Yin Zequn

(FushunResearchInstituteofPetroleumandPetrochemicals，Fushun，Liaoning113001)

Carbon footprints of asphalt products were studied by PAS2050 standard method.The time boundary for greenhouse emission evaluation is limited in 2014.The examined stages included the raw material acquisition，production，transportation，distribution and end-using.The results indicated that the carbon emission coefficient for each stage is 0.208，3.901×10-3，0.057 85，0.117，2.570 8 t/t of asphalt.The carbon footprint of asphalt product is 2.957 5 t/t.The maximum emission of greenhouse gas is in the end-using stage of asphalt，taking over 86.92% of the total emission in whole life cycle.The main measures for reducing the environmental impact of the asphalt are reduction of greenhouse emission in end-using stage and asphalt recycle utilization.

asphalt product； carbon footprint； carbon emission coefficient

2017-07-11；修改稿收到日期2017-08-08。

孫瀟磊，碩士，工程師，主要從事石化行業節能減排相關工作。

孫瀟磊，E-mail：sunxiaolei.fshy@sinopec.com。

中國石油化工股份有限公司資助項目(314014)。