我國北方地區推廣和使用綠色瀝青拌合可行性分析

內蒙古自治區交通建設工程質量監測鑒定站 武瑤，萬瑤宇，柳麗平，畢麗娟，岳丹

我國力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和，是黨中央經過深思熟慮作出的重大戰略決策，事關中華民族永續發展和構建人類命運共同體。實現碳達峰、碳中和是我國向世界作出的莊嚴承諾，也是一場廣泛而深刻的經濟社會變革。交通運輸作為資源密集型行業是碳排放的重要領域之一，推動交通運輸領域做好碳達峰、碳中和相關工作，是加速行業綠色低碳轉型、推動交通運輸高質量發展的重要抓手，是加快建設交通強國的重要內容，交通運輸行業實現綠色發展的責任擔當更為迫切。

瀝青拌合站是公路建設、養護與管理的關鍵環節，其生產活動能耗高、二氧化碳及污染氣體排放量大等特點，成為交通建設工程節能降碳的關鍵[1]。

當前，我國北方地區最常使用的瀝青拌合站以燃燒重油和煤炭為主，瀝青拌合時會排放大量煙粉塵，不僅會影響空氣質量，還會直接破壞生產現場的居民生活環境，以及周圍農作物的產量和質量。綠色瀝青拌合技術能夠有效地緩解公路建設和養護環節生產活動能耗高、二氧化碳及污染氣體排放量大等問題，可明顯提升交通建設工程施工環節能源高效利用，減少碳及其他污染物的排放。

一、天然氣瀝青拌合技術

天然氣瀝青拌合即以天然氣為燃料進行瀝青拌合。天然氣具有熱值較高，燃燒充分穩定，有著更優良的燃燒特性，且天然氣的燃燒效率高于重油，熱量利用效率提高10～20%[2]。瀝青拌合站使用的天然氣一般為液化天然氣。具體工藝流程為：現場運輸槽車中的天然氣在-162℃時以液態形式存儲，壓力18～20MPa。施工時，將液態天然氣通過增壓器、空溫汽化器、調壓計量兩級調壓以后，使壓力滿足燃燒器正常工作需要的氣壓0.4～0.5MPa，通過燃氣管網輸進瀝青拌合站燃燒器，天然氣在烘干筒燃燒室充分燃燒，對集料加熱[3]。液化天然氣是國家提倡的清潔、高效、安全、污染小的能源，具有無色、無味、無毒且無腐蝕性等特點。

二、煤制氣瀝青拌合技術

煤制氣瀝青拌合即以煤轉換成的煤氣為燃料進行瀝青拌合。煤制氣是一項重要的潔凈煤技術，有常壓氣化和加壓氣化兩種，是在常壓或加壓條件下，保持一定溫度，通過氣化劑（空氣、氧氣和蒸汽）與煤炭反應生成煤氣，煤氣中主要成分是一氧化碳、氫氣等可燃氣體。煤在氣化中可脫硫除氮，排去灰渣。通過將煤轉化為煤氣，從而成為潔凈燃料[4]，同時也大大提高了燃燒效率，實現了能源節約。具體工藝流程為：干煤粉在特殊設計的氣流床氣化反應器爐內合成人工煤氣，高溫煤氣再通過煤氣管道送到燃燒器，在燃燒器內與助燃空氣混合，直接燃燒，給干燥滾筒內的骨料進行烘干加熱[5-9]。

三、綠色瀝青拌合技術可行性分析

（一）經濟效益分析

在燃料成本方面，根據對內蒙古自治區2021年8月重油、天然氣、煤粉（可滿足煤制氣設備需要的）價格為計算基準，每生產一噸瀝青混合料所需要消耗的燃料成本對比見表1。

表1 重油、天然氣、煤制氣燃料成本對比表

由表1可知，煤制氣瀝青拌合燃料成本最低，每生產一噸瀝青混合料比重油、天然氣燃料成本分別少19元、16.5元。其次為天然氣瀝青拌合，天然氣瀝青拌合成本略低于重油，每生產一噸瀝青混合料燃料成本比重油低2.5元。

前期投入方面，天然氣瀝青拌合站需施工方購置瀝青拌合站燃燒器，費用為30萬元/套（價格以內蒙古自治區錫林郭勒盟調研項目為例），其余天然氣汽化器、儲罐、管道及安裝費用均由天然氣供應方提供。煤制氣瀝青拌合站需施工方購置煤制氣及燃燒設備，費用為250萬元/套，安裝費用為5萬元/套（價格以內蒙古自治區鄂爾多斯市調研項目為例），煤制氣設備可重復使用，壽命周期約為20年。

由此可見，煤制氣瀝青拌合技術前期投入較大，但拌合燃料成本卻明顯低于傳統的瀝青拌合技術。而天然氣瀝青拌合技術前期投入較少，但拌合燃料成本卻不具有明顯優勢，僅略低于傳統的瀝青拌合技術。

（二）節能降碳效益分析

節能降碳方面，將每生產一噸瀝青混合料需要消耗的重油、天然氣、煤粉根據標準煤折算系數統一轉化成標準煤消耗量，計算節能量（節約標準煤量）和二氧化碳排放量，計算結果如表2所示。

表2 重油、天然氣、煤制氣節能減排效益對比表

由表2可知，天然氣瀝青拌合每生產一噸瀝青混合料可節能量為2.32kg的標準煤，可減少CO2排放量為5.79kg；煤制氣瀝青拌合每生產一噸瀝青混合料可節能量2.43kg的標準煤，可減少CO2排放量為6.06kg。

由此可見，兩種綠色瀝青拌合技術均能達到明顯降碳的目的，且兩者節能降碳量相差不大。

（三）社會效益分析

傳統的瀝青拌合站生產以重油作為燃料，燃燒過程不能充分進行，一般會產生2%～3%的燃燒損失，并伴隨有濃煙及有害氣體產生。天然氣及煤制氣燃燒時均為氣態，氣體燃燒時，與空氣中氧氣的接觸面積比液體的大，從而可以更充分地燃燒，排放物一般為CO2和H2O，SO2、PM10等有害物質排放量均低于傳統以重油或煤炭為燃料的瀝青拌合站（煤制氣有害物質排放量略高于天然氣），煙氣粉塵污染程度低，可減少施工過程中對周邊生態環境及施工人員、周邊居民身體健康的影響。以硫排放量為例，常規重油含硫量在 2.5% 以上，煤制氣中常規煤粉含硫量約為0.5%[10]，天然氣（以三類天然氣為例）中含硫量為350mg/m3，每生產一噸瀝青混合料以重油為燃料時硫的排放量為0.2kg，以煤粉為燃料時硫的排放量為0.05kg，硫排放量相對于以重油為燃料減少了0.15 kg，減少約75%，以天然氣為燃料時硫的排放量為0.0026kg，硫排放量相對于以重油為燃料減少了0.1974kg，減少約98.7%。

（四）使用性能及安全性能分析

由于重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重質油，分子量大、黏度高，因此大多數重油具有很強的腐蝕性，以重油為燃料時常使燃燒器的噴頭、加熱管道經常受到其腐蝕而需經常更換。相對而言，以天然氣、煤制氣為燃料時無腐蝕性物質的存在，很大程度上延長了設備的使用周期。

與此同時，重油因成分相對比較復雜，常存在不完全燃燒的現象，未完全燃燒的重油進入除塵器后粘在布袋上，使得布袋發黑而壽命減短，一般生產約40萬噸瀝青混合料就需更換布袋[1]。天然氣及煤制氣燃燒無殘留物，煤粉反應生成熱煤氣轉化率高達99%，天然氣燃燒效率能夠達到 99% ，除塵器布袋因未黏結油性物質，使得其壽命大幅延長，一般正常生產約100萬噸瀝青混合料無須更換布袋，而且石料在加熱時不被燃燒殘留物所污染，石料表面清潔，開口空隙全部張開，避免了傳統燃料特別是以重油作為燃料時油渣的附著，增加了瀝青與高溫狀態下石料的粘附性，使拌合料的各項檢測指標均有所提高，從而提升了瀝青路面的整體質量。

天然氣及主要的成分為甲烷，三類天然氣甲烷含量均達到 99% 以上，二氧化碳與氮氣的含量僅占 1%左右，屬于甲類高危，我國北方地區比較干旱，再加上瀝青拌合站使用天然氣量比較大，常需要將液化天然氣罐車停置于燃燒爐附近，因此在以天然氣為燃料進行瀝青拌合需要特別注意安全問題。煤制氣瀝青拌合技術中，燃燒的主要成分是一氧化碳、氫氣等可燃氣體，但因煤制氣產生的煤氣不需要存貯與傳輸，一氧化碳、氫氣及其他可燃氣體產生后即被作為燃料立即燃燒，因此安全性能明顯高于天然氣瀝青拌合技術。

（五）重油改天然氣或煤制氣可行性分析

以重油為燃料的傳統型瀝青拌合站進行天然氣改造時，只需將重油燃燒器改造為油、天然氣兩用型或天然氣型燃燒器即可。具體工藝為：1）在原有重油燃燒器旁添加（改裝）一套燃氣用噴頭、閥門；2）對加裝的燃氣噴頭配上專用的供氣管道及調壓閥；3）改造重油燃燒器點火裝置，加裝一套火焰監控裝置和控制系統；4）更換原有燃燒器導風板。改裝技術簡單，可操作性強，安裝時間周期較短，不耽誤生產進度。

以重油為燃料的傳統型瀝青拌合站進行煤制氣改造時，需將重油燃燒器改造為油、煤氣兩用型或煤氣型燃燒器，并加裝氣化反應爐。改裝技術簡單，可操作性強，安裝時間周期短，不耽誤生產進度。

（六）其他

目前，道路路面建設中基本采用的是傳統的熱拌瀝青混合料，它是將瀝青從常溫加熱到140℃左右，將骨料從常溫加熱到160℃～180℃，然后再在160℃的高溫下將瀝青和礦粉進行拌和，天然氣、煤改氣瀝青混凝土拌合均能夠達到其要求的拌料溫度。而對溫度要求較高的新型瀝青混合料，如瀝青瑪蹄脂路面要求集料加熱溫度190℃～200℃，煤改氣瀝青混凝土拌合能夠達到該拌料溫度，天然氣瀝青混凝土拌合則由于熱值問題無法達到其要求的拌料溫度。

四、結論

根據天然氣、煤改氣瀝青拌合的經濟效益、節能降碳效益、社會效益、使用性能及安全性能分析、技術改造可行性等方面進行對比分析，結合我國北方地區區域實際情況，提出以下我國北方地區綠色拌合推廣意見建議：

（1）煤制氣瀝青拌合前期投入較高，但燃料成本相對較低，節能降碳效益、社會效益最為顯著，且安全性能明顯高于天然氣瀝青拌合技術，并能達到的溫度較高能夠滿足各種熱拌瀝青混凝土拌料要求，我國北方地區均可優先選擇。

（2）天然氣瀝青拌合技術燃料成本與重油相當，節能減排效益與煤制氣相當，前期投入較低，且天然氣燃燒后有害物質排放量最低，能使瀝青拌合對周邊環境的影響減小到最小，對于生態環境相對脆弱或涉及保護區的地區可選擇天然氣瀝青拌合技術。但在使用天然氣瀝青拌合技術時應特別注意生產安全，特別是液化天然氣罐車周圍的安全問題。

（3）鑒于天然氣價格高，建議天然氣管網不能覆蓋的拌合站或是槽車運輸天然氣不方便的地區采用煤制氣瀝青拌合技術。