對二甲苯產品的碳足跡與減排措施

陳廣衛，張志智

（1. 中國石化 能源與環境部，北京 100728；2. 中國石化 大連石油化工研究院，遼寧 大連 116045）

在我國“雙碳”目標和國際上越來越多國家計劃征收碳關稅的雙重背景下，企業制定實施碳達峰、碳中和行動方案既是責任和義務，更是生存發展的必然選擇。傳統煉化企業迫切需要通過能源轉型、產品結構調整以實現低碳化發展。在眾多的化工產品中，以對二甲苯為原料可生產多種高附加值的化工產品［1］，故探討對二甲苯的碳足跡具有重要意義。

本文以3家企業為代表，核算并分析了對二甲苯的碳足跡，探討了其生命周期溫室氣體排放特點，以期對產品的低碳屬性進行量化佐證，挖掘產品的減排潛力，減少排放，增加產品競爭力。

1 碳足跡的計算方法

1.1 標準選擇

目前國內外的碳足跡標準多是基于全生命周期的評價方法，常用標準包括PAS 2050［2］、TSQ 0010及ISO 14067等。PAS 2050由英國標準協會發布，注重與國際碳足跡標準的協調，將生物排放和抵消的二氧化碳納入核算內容，應用較廣泛；TSQ 0010由日本經濟產業省發布，基于PAS 2050補充了產品分類規則，只在日本國內使用；ISO 14067由國際標準化組織發布，考慮了生命周期評價、環境標志和聲明等因素，注重產品碳足跡的量化和國際化應用，因存在爭議，尚未推廣。

對石化產品生產階段碳足跡的計算需要考慮到生產過程對環境的廣義影響。在國內外眾多碳足跡標準中，PAS 2050標準更全面地考慮了溫室氣體評價規則等因素，且該標準目前在世界范圍內應用較廣。自2011年以來，該標準在我國非石化行業得到了大力推廣，如明基電通公司、中糧集團、金東紙業（江蘇）股份有限公司等均采用該標準完成了相關產品碳足跡的測算。

對于國內煉化企業來說，PAS 2050標準中規定的計算方法更貼近生產實際，因此，本文以PAS 2050作為碳足跡計算的基本依據，結合煉化企業的原料獲取、排放源選擇等適用性情況，以煉化企業生產單元裝置為基礎，對PAS 2050標準進行適用性改進，提出一種更適用于國內煉化企業生產情況的碳足跡計算方法。

1.2 過程確定

從宏觀角度而言，產品全生命周期過程可分為從商業到消費者（B2C）和從商業到商業（B2B）兩種。而對二甲苯作為一種重要的基礎化工原料，其下游延伸方向繁多，無法準確界定其消費者使用過程及處置過程的碳足跡情況，因此本文對二甲苯碳足跡計算的過程確定為從商業到商業，即包括原油獲取階段、原油運輸階段及對二甲苯生產階段。

1.3 計算公式

1.3.1 原油獲取階段

不同地區的原油受其原油品質、開采條件等影響，其開采階段溫室氣體排放情況有所差異，按地理區域對原油獲取階段溫室氣體排放加以劃分，計算公式見式（1）。

式中：E1為原油獲取階段噸原油的溫室氣體排放量（以噸二氧化碳當量計，下同），t CO2e/t；Emi為不同地區原油的溫室氣體排放系數，t CO2e/t；wRi為加工的不同地區原油的質量分數。

1.3.2 原油運輸階段

原油通常通過管線、貨運等方式運輸進廠，涉及電、燃料等能源消耗，計算公式見式（2）。

式中：E2為原油運輸階段噸原油的溫室氣體排放量，t CO2e/t；Ej為排放源的溫室氣體排放因子，t CO2e/t；Qj為能源消耗量，t；P為原油量，t。

1.3.3 對二甲苯生產階段

排放源作為最基本的溫室氣體排放單元，是產品碳足跡計算的基礎，生產裝置統計期內噸加工量的溫室氣體排放量計算公式見式（3）。

式中：E3為生產裝置統計期內噸加工量的溫室氣體排放量，t CO2e/t；Pj為裝置加工量，t。

1.4 參數確定

碳足跡計算中涉及的能源消耗量、加工量等生產數據來源為企業生產報表；不同區域原油開采的溫室氣體排放系數以SABIC公司報告的世界原油生產過程的溫室氣體排放系數為基準，見表1。電力排放因子來源為2019年度中國區域電網排放因子［3］，見表2；其他排放源的排放因子來源于省級溫室氣體排放清單［4］，見表3。根據《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589—2020）［5］進行計算。

表1 不同產地原油生產過程的溫室氣體排放系數

表2 2019年度中國區域電網排放因子

表3 各種排放源的排放因子

2 對二甲苯碳足跡的計算

選取華東地區某家有代表性的煉化企業進行對二甲苯碳足跡計算，該企業電力溫室氣體排放因子取值0.7921 t CO2e/（MW·h）。

2.1 對二甲苯生產流程

芳烴成套技術是目前煉化企業生產對二甲苯的主要工藝［6］。以石腦油為原料，經催化重整、重整油分離、抽提、歧化、二甲苯分離等步驟制備獲得對二甲苯產品［7］，其中重整油分離裝置、抽提裝置、歧化裝置和二甲苯分離裝置統稱為芳烴聯合裝置。該企業的對二甲苯生產流程如圖1所示。

圖1 對二甲苯生產流程

2.2 原油獲取階段

2019年該企業加工原油情況見表4。采用不同地區原油的加權平均值，計算得到該企業在原油獲取階段的溫室氣體排放量為0.2535 t CO2e/t。

表4 2019年該企業年加工原油情況

2.3 原油運輸階段

該企業原油先在港口分部儲存，然后通過管線運輸進廠。原油運輸階段的溫室氣體排放包括管道運輸年用電量（29154 MW·h）以及原油運輸過程的車、船對柴油的年消耗量（100 t）所產生的排放。

將數據帶入式（2）計算得原油運輸階段溫室氣體排放量為2.31×10-3t CO2e/t。

2.4 對二甲苯生產階段

因生產階段涉及的單元裝置較多，本文以常減壓蒸餾裝置為例進行計算說明。常減壓蒸餾裝置的年運行數據見表5。將數據帶入式（3）計算得到常減壓蒸餾裝置的溫室氣體排放量為0.03205 t CO2e/t。

表5 常減壓蒸餾裝置年運行數據

按同樣方法對生產階段涉及的所有單元裝置的溫室氣體排放量進行計算匯總，得到對二甲苯生產階段的溫室氣體排放量為1.0133 t CO2e/t。

2.5 生命周期碳足跡

對二甲苯全生命周期溫室氣體排放分布見表6。溫室氣體排放量為1.2691 t CO2e/t。

表6 對二甲苯全生命周期溫室氣體排放分布

3 排放熱點分析

為探究對二甲苯生命周期溫室氣體排放特點，對分別位于華東地區的2家煉化企業A、B和華北地區的1家煉化企業C分別開展了對二甲苯碳足跡計算，從生命周期不同階段、生產裝置、排放源3個維度對排放熱點進行識別，尋找以石油為原料生產對二甲苯的溫室氣體排放規律。

3.1 生命周期排放熱點

3家企業對二甲苯生命周期不同階段溫室氣體排放情況見表7。由表7可見，3家企業對二甲苯生命周期內溫室氣體排放量分別為1.2691，1.5077，1.5143 t CO2e/t，且對二甲苯生產階段的溫室氣體排放占比最高，均高于70%，因此需進一步識別對二甲苯生產階段裝置的排放熱點，找準減排重點。

表7 3家企業對二甲苯生命周期不同階段溫室氣體排放情況

3.2 單元裝置溫室氣體排放熱點

3家企業的各單元裝置排放量貢獻率見圖2。由圖2可見，芳烴聯合裝置在對二甲苯生產階段排放量貢獻率最高，達到80%以上，是重點控排裝置，因此需進一步識別芳烴聯合裝置的排放源熱點。

圖2 3家企業的裝置排放量貢獻率

3.3 排放源排放熱點

對3家企業芳烴聯合裝置的能耗和耗能工質等排放源進行熱點分析，結果如圖3。由圖3可見，燃料氣對芳烴聯合裝置的影響最大，3家企業均達到50%以上，可見，燃料氣是對二甲苯生產過程中最為關鍵的減排點。

圖3 3家企業的排放源熱點

4 減排措施

4.1 提高加熱爐效率

采用高效煙氣余熱回收設備，降低加熱爐排煙溫度，使加熱爐排煙溫度低于100 ℃；在排煙煙氣側設置在線CO分析儀，控制加熱爐排煙氧含量低于1.5%（體積分數），CO含量低于6×10-5（體積分數）；采用新型納米爐體外壁保溫涂料，減少爐體散熱損失，外壁溫度低于50 ℃，加熱爐熱效率高于95%，有效減少燃料氣的使用量，進而減少對二甲苯產品的碳足跡。

4.2 優化燃料組成

煉化企業燃料氣組成較為復雜，在有條件的情況下，提高低碳高熱值燃料的比例，并加強燃料氣排放因子的測量和核算，在提高對二甲苯產品碳足跡計算準確性的同時，減少排放。

4.3 電加熱爐替代燃料加熱爐

目前國家綠色電力交易已經啟動，為用電加熱爐替代煉化企業化石燃料加熱爐提供了廣闊的發展空間。國內目前電加熱元件表面溫度可達到800 ℃，物料可加熱至700 ℃，壓力可達20～30 MPa；國外電加熱器加熱物料可達1000 ℃。隨著電加熱爐溫度控制技術的進步，電加熱爐替代燃料加熱爐是減少碳足跡的有效途徑之一。

5 結論

a） 以國際上較為通用的碳足跡計算標準PAS 2050為基本依據，結合國內煉化企業對二甲苯生產實際，提出了更具適應性的對二甲苯碳足跡計算方法。經計算華東某企業對二甲苯生命周期溫室氣體排放量為1.2691 t CO2e/t，其生命周期不同階段的溫室氣體排放影響順序為對二甲苯生產階段＞＞原油獲取階段＞原油運輸階段。

b） 對3家煉化企業對二甲苯碳足跡計算結果及排放熱點分析得出，生產階段對對二甲苯生命周期排放的影響最大，超過70%；芳烴聯合裝置對生產階段的影響最大，達到80%以上；燃料氣對芳烴聯合裝置的影響最大，達到50%以上，可見燃料氣是對二甲苯生產過程中最為關鍵的減排點。

c）可通過提高加熱爐效率、優化燃料組成及電加熱爐替代燃料加熱爐等減排措施，減少對二甲苯產品的碳足跡。