汽油產品碳足跡研究

王陶　張志智　孫瀟磊

摘????? 要：碳足跡作為碳減排的一個可量化參數，其產品碳排放的分析與評價已經成為低碳產業經濟的重要考量。選擇某南方煉廠汽油產品作為研究對象，采用英國標準協會的PAS2050作為計算的基本依據，使用全生命周期方法評價汽油產品從“搖籃”到“墳墓”的整個周期內的碳排放情況。計算得該煉廠汽油產品全生命周期碳足跡為3.743 7 tCO₂e·t^-1，全生命周期的碳排放順序為：汽油使用>原料獲取>汽油生產>汽油配送>原料運輸。降低汽油環境影響的措施是開發清潔、低碳化能源，優化催化裂化等裝置的工藝參數。

關? 鍵? 詞：汽油產品;碳足跡;碳排放

中圖分類號：TE626.21??? ???文獻標識碼： A?? ????文章編號： 1671-0460（2020）07-1428-06

Study on Carbon Footprint of Gasoline Products

WANG Tao， ZHANG Zhi-zhi， SUN Xiao-lei

（Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals， Dalian Liaoning 116045， China）

Abstract： As a quantifiable parameter of carbon emission reduction， the analysis and evaluation of carbon footprint have become an important consideration of low-carbon industrial economy. In this paper， a southern refinery gasoline product was selected as the research object， PAS2050 was chosen as the basis for the calculation， the whole life cycle method was used to evaluate the carbon emission of gasoline products in the whole cycle. The results indicated that the carbon footprint of gasoline product was 3.743 7 t CO2e·t-1， the order of carbon emission was as follows： gasoline use > raw material acquisition > gasoline production > gasoline distribution > raw material transportation. The measures to reduce the environmental impact of gasoline were put forward， such as developing clean and low-carbon energy， optimizing the process parameters of FCC units.

Key words： Gasoline products; Carbon footprint; Carbon emission

溫室氣體的大量排放所引起的氣候問題日益嚴重，已經引起世界各國和公眾的普遍關注，發展低碳經濟已經成為世界產業經濟發展的主趨勢[1-2]。以歐美為主的部分發達國家更早地意識到這一問題，已率先推出了碳市場、碳金融、碳標簽等眾多低碳舉措，在電力、石化、建筑及航空等行業均推行了不少減排策略[3]。

石油石化是高耗能、高污染、高排放的“三高”行業^[4-5]，在低碳發展中扮演著不可或缺的角色，特別是煉化企業逐年增加的溫室氣體排放為石油石化行業減排帶來了不小壓力^[6]。近年來，國內的各個大型石油和能源公司積極開展了低碳減排技術的研發^[7]，減排技術紛繁復雜，企業的減排需要一個綜合性的考量手段。碳足跡技術能夠進行生產過程碳排放量的定量考量，為企業的減排技術篩選和碳減排提供指導和依據。本研究選擇某南方煉廠汽油產品作為研究對象，選擇合適的標準及評價方法對汽油產品的碳足跡進行核算。功能單位為1 t汽油產品的二氧化碳排放當量，即tCO₂e·t^-1，核算時間范圍為2018全年。

1? 計算流程及方法

1.1? 計算流程

本研究采用英國標準協會的PAS2050作為汽油產品碳足跡計算的基本依據^[8]，使用全生命周期方法評價某南方煉廠汽油產品從“搖籃”到“墳墓”的整個周期內的碳排放情況^[9]，核算流程如圖1所示。

根據評價標準的規定，確定汽油產品的碳足跡核算包括原材料獲取（即原油開采）階段、原料運輸階段、汽油生產階段、汽油配送階段及汽油使用（燃燒）階段，系統邊界圖如圖2所示。

3.2? 原料運輸

由式（2）可知，原料運輸階段所涉及的排放包括兩部分：運輸過程中能耗的排放以及管線上的逸散排放，該煉廠原油通過港口分部調配入廠，但由于原油運輸過程不受煉廠控制，運輸油輪及管線上的能耗沒有進行相關的統計，而且從目前石化企業的一般情況考慮，原油運輸的排放在總體碳排放量的占比較少，因此此部分排放在本研究中予以忽略。根據原油管輸中甲烷逸散排放系數計算得管線上逸散排放系數為2.109×10^-4 t CO₂e·t^-1油。

因此原料運輸階段的碳排放系數為2.109×10^-4 t CO₂e·t^-1油。

3.3? 汽油生產

該煉廠的原油運輸進廠后存儲在罐區，然后經常減壓蒸餾裝置生產蠟油和石腦油;蠟油經催化裂化裝置生產輕質油及催化柴油，輕質油進入S-ZORB裝置成為調和組分1：S-ZORB油料，催化柴油經柴油加氫改質裝置成為調和組分2：重汽油;石腦油經重整和抽提裝置成為調和組分3/4：重芳烴/抽余油;MTBE裝置生產調和組分5：MTBE。5種調和組分經線上調和成為產品汽油出廠。生產流程圖如圖3所示。分別對5種調和組分涉及的單元裝置計算碳排放系數。

3.3.1? 罐區

原油進廠后在原油罐區進行存儲，該罐區的能耗情況如表5所示。根據式（4）結合表5中數據計算得原油罐區的排放量為11 566.71 tCO₂e，排放系數為1.656×10^-3 tCO₂e·t^-1。

3.3.2? 常減壓蒸餾裝置

該煉廠只有一套常減壓裝置在生產運行，根據煉廠提供的生產數據可知，生產的油品損失率低于0.1%，沒有明顯的油品損失，油品損失所造成的溫室氣體排放忽略，不予以計算。其生產過程中的能耗情況如表6所示。根據式（4）結合表6中數據計算得常減壓蒸餾裝置的排放量為293 472.4 t CO₂e，排放系數為0.042 02 t CO₂e·t^-1。

3.3.3? 催化裂化裝置

催化裂化裝置的排放包括裝置能耗排放及催化劑燒焦排放兩部分。根據煉廠提供的生產數據可知，生產的油品損失率低于0.1%，沒有明顯的油品損失，油品損失所造成的溫室氣體排放忽略，不予以計算。其生產過程中的能耗情況如表7所示。根據式（4）結合表7中數據計算得催化裂化裝置的能耗排放量為-173 474 t CO₂e，排放系數為-0.048 84 t CO₂e·t^-1。結焦催化劑進行燒焦再生，統計了燒焦量為240 750 t。根據式（4）計算得催化劑燒焦排放二氧化碳當量882 750 t，催化裂化裝置加工裂化原料3 552 138 t，催化裂化裝置燒焦的排放系數為0.248 5 t CO₂e·t^-1油。因此在汽油生產過程中，催化裂化裝置總排放量為709 276 t CO₂e，排放系數為0.199 7 t CO₂e·t^-1。

3.3.4? S-ZORB裝置

S-ZORB裝置的排放包括裝置能耗排放、催化劑燒焦排放及氫耗3部分。其生產過程中的能耗情況如表8所示，根據式（4）結合表8中數據計算得S-ZORB裝置的能耗排放量為59 794.54 t CO₂e，排放系數為0.030 46 t CO₂e·t^-1。結焦催化劑進行燒焦再生，統計了燒焦量為330 t，根據式（4）計算得催化劑燒焦排放二氧化碳當量1 210 t，S-ZORB裝置加工油料1 962 765 t，S-ZORB裝置燒焦的排放系數為6.165×10^-4 t CO₂e/t油。S-ZORB裝置加工過程中消耗氫氣2 965 t，單位氫耗為1.511×10^-3 t H₂·t^-1油，所使用氫氣來自制氫裝置，制氫排放系數為5.21 t CO₂e·t^-1H₂，根據式（4）計算得S-ZORB裝置氫耗排放為7.87×10^-3 t CO₂e·t^-1。因此在汽油生產過程中，S-ZORB裝置碳排放系數為0.038 95 t CO₂e/t。

3.3.5? 柴油改質裝置

柴油改質裝置的排放包括裝置能耗排放及氫耗兩部分。其生產過程中的能耗情況如表9所示，根據式（4）結合表9中數據計算得柴油改質裝置的能耗排放量為46 005.49 t CO₂e，排放系數為0.052 22 t CO₂e/t。柴油改質裝置加工過程中消耗氫氣20 999 t，單位氫耗為0.023 83 t H₂·t^-1油，所使用氫氣來自制氫裝置，制氫排放系數為5.21 t CO₂e·t^-1H₂，根據式（4）計算得柴油改質裝置氫耗排放為0.124 2 t CO₂e·t^-1。因此在汽油生產過程中，柴油改質裝置碳排放系數為0.176 4 t CO₂e·t^-1。

3.3.6? 重整裝置

重整裝置的排放主要包括工藝爐產生的燃燒排放，消耗蒸汽、電力等間接排放，能耗統計結果見表10。根據式（4）及表10中數據計算得重整裝置排放量為138 976.9 t CO₂e，碳排放系數為0.169 3 t CO₂e·t^-1油。

3.3.7? 抽提裝置

抽提裝置的排放主要包括工藝爐產生的燃燒排放，消耗蒸汽、電力等間接排放，能耗統計結果見表11。根據式（4）及表11中數據計算得抽提裝置排放量為52 878.59 t CO₂e，碳排放系數為0.158 3 t CO₂e·t^-1油。

3.3.8? MTBE裝置

MTBE裝置的排放主要包括消耗蒸汽、電力等間接排放，能耗統計結果見表12。根據式（4）及表12中數據計算得MTBE裝置排放量為88278.96 t CO₂e，碳排放系數為0.552 4 t CO₂e·t^-1油。

3.3.9? 汽油生產階段碳足跡

根據計算得單元裝置碳排放系數結果，采用各調和組分單元裝置的能耗碳排放加和計算各組分的碳排放。調和組分1：S-ZORB油料碳排放系數為0.282 3 t CO₂e·t^-1油;調和組分2：重汽油碳排放系數為0.419 8 t CO₂e·t^-1油;調和組分3/4：重芳烴/抽余油碳排放系數為0.371 3 t CO₂e·t^-1油;調和組分5：MTBE排放系數為0.552 4 t CO₂e·t^-1油。

根據式（3），汽油生產階段的碳排放系數為各調和組分的質量加權平均值，計算得汽油生產階段碳足跡為0.314 6 t CO₂e·t^-1油。各單元裝置中，催化裂化裝置及柴油改質裝置對汽油生產階段碳足跡影響最大。

3.4? 汽油配送

該煉廠的汽油配送主要通過貨車的公路運輸完成，運送至煉廠周邊加油站等地，平均距離為300 km。運送貨車的載重量為40～50 t，且在運輸過程中存在空車返回的現象。因此根據EEA^[10]的統計，空載系數為0.56，根據公路運輸單位能耗計算得汽油配送階段的碳排放系數為0.070 2 t CO₂e·t^-1油。

3.5? 汽油使用

汽油使用過程即為汽油作為燃料進行燃燒，排放包括CO₂、CH₄、N₂O，采用《省級溫室氣體排放清單》發布的汽油熱值碳排放因子、氧化率和《綜合能耗計算通則》中發布的汽油熱值的乘積計算得汽油使用階段的碳排放系數為2.935 5 t CO₂e·t^-1。

3.6? 全生命周期碳足跡

由以上計算結果可以匯總得到汽油全生命周期內的碳足跡排放量，如表13所示。該煉廠汽油全生命周期碳足跡為3.743 7 t CO₂·t^-1汽油。

4? 結 論

1）該煉廠汽油產品全生命周期碳足跡為3.743 7 t CO₂e·t^-1。全生命周期的碳排放順序為：汽油使用>原料獲取>汽油生產>汽油配送>原料運輸。

2）在汽油全生命周期各個階段中，汽油使用過程的溫室氣體排放量最大，占全生命周期排放的78.41%。汽油作為燃料在提供熱值時排放大量二氧化碳，因此降低汽油環境影響的措施是開發清潔、低碳化能源，減少使用過程的溫室氣體排放。

3）汽油在原料獲取階段溫室氣體排放也較大，占全生命周期的11.31%。不同產地的原油對汽油全生命周期碳足跡的影響較大，這是由于不同地區原油開采所排放的溫室氣體差異較大，因此應優化原油來源，調整進口油比例，提高中東原油等輕質低硫油的加工量。

（4）汽油生產階段的溫室氣體排放為0.314 6 tCO₂e·t^-1汽油，占汽油產品全生命周期排放的8.4%。生產過程中的單元裝置的排放對汽油碳足跡的影響較大。催化裂化裝置應采用適當的減排技術優化工藝參數，減少催化裂化過程燒焦率;柴油改質裝置的氫耗排放量很大，因此應優化制氫原料及氫氣來源，降低制氫過程的碳排放。

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基金項目： 中國石油化工股份有限公司項目（項目編號：314014）。

收稿日期： 2020-03-25

作者簡介： 王陶（1991-），女，遼寧省撫順市人，助理工程師，碩士，2016年畢業于中國石油大學（華東）材料工程專業，研究方向：低碳技術。E-mail：wangtao.fshy@sinopec.com。