電石生產企業碳排放核算與建議

王志強，張 浩

（中國質量認證中心成都分中心，成都 610041）

2021年，全國碳排放權交易市場正式開啟履約交易，我國碳市場動態受到廣泛關注。加快推進碳市場建設、擴大覆蓋行業范圍、加強碳排放統計與核算是實現我國碳達峰、碳中和目標的關鍵支撐。2022年4月，國家發展和改革委員會、國家統計局、生態環境部印發了《關于加快建立統一規范的碳排放統計核算體系實施方案》[1]，提出要建立健全行業企業碳排放核算機制，完善重點產品碳排放核算方法。碳排放核算對于企業認識自身排放水平、實施節能降碳、參與全國碳市場交易有重要指導意義。

化工行業是碳排放八大行業之一[2]，電石、合成氨、甲醇等屬于碳市場交易體系重點關注的化工子行業。本文結合《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）》（簡稱《指南》）[3]及生態環境部公布的2020年溫室氣體排放報告補充數據表[4]，以某電石生產企業為例，探討法人邊界及配額履約邊界碳排放核算時應重點關注的問題。

1 案例介紹

電石（CaC2）是重要的基礎化工原料，主要用于生產聚氯乙烯（PVC），我國是全球主要的電石生產國，產能占世界總量的90%以上[5]。目前，電石生產普遍采用電熱法，主要工藝是以石灰（CaO）和焦炭、蘭炭等（C）為原料，在電石爐內發生反應，如式（1）所示。

某電石生產企業采用電熱法生產電石，配置2臺密閉電石爐，具備年產12萬t電石的產能。主要生產工藝流程如圖1所示。篩分合格的石灰石送至氣燒石灰窯，通過600～700 ℃高溫煅燒后得到活性石灰。原料炭材（焦炭、蘭炭）經破碎、篩分后送入炭材干燥爐，烘干至合格水分含量后的炭材與石灰經配料后加入電石爐，炭材干燥爐采用焦炭粉末作為燃料。憑借電極提供的電能轉換成熱能，原料石灰與炭材在1 800～2 200 ℃的高溫下反應而制得電石，副產物電石爐氣經過凈化、降溫后送至石灰窯作為燃料氣煅燒石灰，收集后的電石爐氣凈化灰、炭材除塵灰輸送至廠區外。案例企業車輛和裝載機消耗柴油。

圖1 電石生產工藝流程

2 企業法人邊界

企業法人邊界關注法人名下所有生產設施的碳排放，核算結果能夠充分反映企業碳排放現狀，可用于建立企業碳排放清單，支撐開展企業層面碳達峰、碳減排工作。

2.1 法人邊界的界定

根據《指南》，核算范圍包括電石生產車間以及其他輔助和附屬生產系統，具體如圖2所示。

圖2 企業法人邊界的界定

2.2 法人邊界排放源識別

電石生產企業法人邊界排放源識別涉及5個方面。一是化石燃料燃燒的CO2排放。焦炭粉在炭材干燥爐內燃燒產生CO2排放，車輛、裝載機等消耗柴油產生CO2排放。二是化工生產過程的CO2排放。石灰石高溫分解產生CO2排放，電石爐中，焦炭、蘭炭和電極糊等用作原材料，產生CO2排放。三是CO2再利用。案例企業未對CO2收集利用，不涉及。四是消耗凈購入電力和熱力的CO2排放。全廠用電設施消耗電力產生CO2排放，案例企業未消耗凈外購熱力。五是其他排放源。案例企業不涉及其他排放源。

2.3 法人邊界的碳源流識別

通過對進出法人邊界的碳源流進行識別，可以進一步明確焦炭等化石能源作為燃料還是原料，可以確定含碳廢物電石爐氣、凈化灰等的流向，避免核算過程出現漏項。經識別后的碳源流如圖3所示。案例企業核算邊界內的各碳源流信息如表1所示。

表1 案例電石生產企業碳源流識別

圖3 案例電石生產企業碳源流示意圖

2.4 法人邊界排放量核算方法

2.4.1 化石燃料燃燒排放核算

化石燃料燃燒的碳排放核算公式為

式中：E燃燒為燃燒過程產生的排放量，tCO2；ADi為化石燃料的消耗量，t；CCi為化石燃料的含碳量，tC/t；OFi為化石燃料的碳氧化率，%；44/12為換算系數，即CO2與C的分子量之比。

若未對燃料含碳量CCi數據實測，可采用燃料熱值NCVi（GJ/t）與單位熱值含碳量EFi（tC/GJ）乘積估算。對于案例企業，核算炭材干燥爐內焦炭粉燃燒產生的排放及車輛、裝載機消耗柴油產生的排放。

2.4.2 化工生產過程排放核算

化工生產過程的碳排放核算公式為

式中：E過程為化工生產過程排放，tCO2；E原料為含碳原材料消耗產生的排放，tCO2；E鹽酸為碳酸鹽分解產生的排放，tCO2。

含碳原材料消耗的碳排放核算公式為

式中：AD為含碳原材料消耗量、含碳產品產量或含碳廢物輸出量，t；CC為含碳原材料、含碳產品或含碳廢物的碳含量，tC/t；r為原材料種類；p為含碳產品種類；w為含碳廢物種類。

對于案例企業，含碳原材料包括焦炭、蘭炭和電極糊，含碳產品為電石，含碳廢物主要為電石爐氣凈化灰（簡稱凈化灰）。企業未按照《指南》要求對凈化灰輸出量、含碳量進行監測，不能扣減其含碳輸出，即該部分輸出記為0。碳酸鹽分解產生的碳排放核算公式為

式中：ADi為碳酸鹽的消耗量，t；EFi為碳酸鹽的排放因子，tCO2/t；PURi為碳酸鹽純度，%。

對于案例企業，采用石灰石為原料，經煅燒后得到活性石灰（CaO）。因此，要計算石灰石分解產生的CO2排放。

2.4.3 消耗凈購入電力產生的CO2排放核算

消耗凈購入電力的碳排放核算公式為

式中：E凈電為消耗凈購入電力產生的排放，tCO2；AD電力為企業購入電量與轉供電量的差值，即凈購入電力，MW·h；EF電力為電力排放因子，tCO2/MW·h。

法人邊界總排放量為化石燃料燃燒排放量、化工生產過程排放量、消耗凈購入電力排放量之和。

3 配額履約邊界

配額履約邊界也被稱為補充數據表邊界，用于核算產品生產車間或裝置的排放量。補充數據表邊界排放量核算是企業參與碳市場交易的重要基礎，是配額分配方案研究的重要依據。電石生產企業需要根據全國排污許可證管理信息平臺上所發布的最新版補充數據表要求，核算配額履約邊界排放量。

3.1 配額履約邊界的界定

電石生產企業配額履約邊界是指從焦炭、蘭炭、電極糊等能源和原材料進入電石生產廠區開始，到電石產品入庫的整個生產過程。案例企業具體核算邊界如圖4所示。

圖4 案例電石生產企業配額履約邊界

3.2 配額履約邊界主要排放源識別

電石生產企業納入配額履約邊界的排放源包括3個方面。一是能源作為原材料消耗產生的排放。電石生產過程消耗焦炭、蘭炭、電極糊等含碳原材料而產生CO2排放，但不包括炭材烘干爐中焦炭粉等燃料燃燒產生的排放。需要注意的是，補充數據表中碳輸出包括電石、電石爐氣、凈化灰等含碳產品和含碳廢物，與法人邊界碳源流識別相比，補充數據表需要扣減輸送至石灰窯的電石爐氣對應的排放。二是使用電力產生的排放。電石爐、破碎機、除塵風機等用電設施消耗電力而產生CO2排放。三是使用熱力產生的排放。案例企業無消耗熱力產生的CO2排放。

3.3 配額履約邊界排放量核算方法

3.3.1 能源作為原材料消耗產生的CO2排放計算

補充數據表中，與小節2.4.2計算方法類似，能源作為原材料產生的排放量計算公式為

如企業按照《指南》要求，定期對電石爐氣的組分進行分析，可根據式（8）計算電石爐氣的含碳量。

式中：CC爐氣為電石爐氣的含碳量，tC/萬Nm3；Vi為電石爐氣中組分i的體積濃度，%；Ni為組分i分子式中碳原子的個數。

因案例企業未對電石爐氣、凈化灰的輸出量、含碳量進行監測，不能扣減其含碳輸出，即含碳廢物輸出記為0。

3.3.2 消耗電力產生的CO2排放計算

補充數據表邊界消耗電力產生的CO2排放計算方法同小節2.4.3，但消耗電力數據僅為電石生產裝置的耗電量，排放因子需要根據電力來源（電網、自備電廠、余熱電廠等）采用加權平均值。對于案例企業，電石生產車間消耗電量均來源于電網供電，因此排放因子采用碳排放主管部門發布的最近年度全國電網平均排放因子。

配額履約邊界碳排放總量為能源作為原材料消耗的碳排放量與消耗電力的碳排放量之和。

4 案例企業碳排放量核算

一是活動水平數據。案例企業碳排放相關活動水平數據如表2所示。二是排放因子數據。案例企業化石燃料燃燒、碳酸鹽消耗、能源用作原材料、消耗電力對應的排放因子分別如表3至表6所示。三是碳排放量核算。根據表2至表6所列活動水平及排放因子數據，核算出案例企業在核算周期內的排放量，如表7所示。

表2 電石生產企業活動水平數據

表3 化石燃料燃燒排放因子

表4 碳酸鹽排放因子

表5 能源用作原材料產生的排放量計算所需排放因子

表6 電力排放因子

表7 案例電石生產企業排放量

5 結果分析

5.1 含碳廢物產量、含碳量數據缺失

電石爐氣作為石灰窯燃料在企業內部使用，案例企業沒有對電石爐氣產量、含碳量進行監測計量。每生產1 t電石產品，電石爐氣排放量約為400 Nm3[8]，電石爐氣的CO含量為65%～85%[9]。因此，對于案例企業，電石產量為13.5萬t，電石爐氣排放量約為5 400萬Nm3，根據上述電石爐氣組分估算，含碳量約為3.48 tC/萬Nm3，電石爐氣對應的二氧化碳排放量為6.89萬t。

案例企業未對凈化灰產量進行計量，未對其含碳量進行分析。平均每生產1 t電石產生凈化灰約53.5 kg，凈化灰碳含量約為45.9%[8]，對于案例企業，可估算出每年副產凈化灰約7 222.5 t，對應的二氧化碳排放量為1.22萬t。

如果企業按照《指南》要求，對電石爐氣、凈化灰產量及其含碳量數據進行監測，則可以對電石爐氣、凈化灰按照含碳輸出進行扣減，假設情景下排放量的估算如表8所示，企業法人邊界排放量減少近1.22萬t，配額履約邊界排放量減少近8.11萬t。但是，因案例企業數據缺失，無法扣除，導致配額履約邊界排放量計算值偏大，會直接影響企業在碳市場交易中的利益。

表8 假設對含碳廢物進行實測情景下的排放量

5.2 配額履約邊界電力計量數據不準

案例企業電石生產車間電能表配備不齊全，無法準確計量小節3.1所述配額履約邊界的電力消耗。例如，部分輔助生產設施、附屬生產設施消耗的電量未單獨計量，石灰石煅燒處理過程消耗電量未單獨計量，造成配額履約邊界消耗電力與全廠其他設施消耗電力無法拆分。因此，經保守處理，補充數據表電力消耗數據按照法人邊界凈外購電填報，導致配額履約邊界消耗電力對應的排放量計算結果偏大。

6 減排措施

6.1 加強碳排放管理

企業應建立并完善監測計量系統，定期對計量器具、儀表、檢測設備等進行校準維護；應建立溫室氣體排放核算和報告管理制度，制定年度數據質量控制計劃，對碳排放相關數據的監測方法、監測頻次、記錄頻次和數據缺失處理方式等開展精細化管理，規范數據收集統計，確保數據質量。企業應強化碳排放核算工作培訓，每年定期組織內部碳排放核算與內審工作。

6.2 開展能效對標

為推動電石等重點工業行業節能降碳，2021年，國家出臺相關政策意見[10-11]，對新建和已建成電石企業能源消耗提出更高的要求。企業可按照要求開展能耗對標，加快改造升級，提升整體能效水平[12-13]。例如，通過優化密閉式電爐生產工藝，降低電爐耗電，創新爐氣及其余熱回收技術，提高炭材烘干過程含碳廢物及余熱利用率，以降低生產過程碳排放。

6.3 電石出爐顯熱回收

電石生產過程中，電石出爐溫度近2 000 ℃，熔融電石通過電石爐上的爐孔流入電石鍋內，電石鍋自然冷卻后，再將電石破碎成合適尺寸的顆粒。此類生產方式比較普遍，因電石出料溫度高、電石出料連續性差、熱量回收安全風險大等難題，未對余熱進行再利用，造成二次能源的極大浪費[14]。如果對電石余熱進行回收利用，用部分熱量烘干炭材或回收后發電、供熱[14-15]，可進一步降低企業層面一次能源消耗及碳排放水平。

6.4 調整能源結構

根據電石生產企業碳排放核查統計，消耗電力產生的二氧化碳排放量占配額履約邊界總排放量的65%～80%。結合電石行業特點，可調整能源結構，推進能源清潔化改造和可再生能源替代[16]，例如，提升光伏發電、風電等綠電的使用比例，從而降低電力消耗產生的碳排放。

7 對補充數據表核算方法的建議

7.1 炭材除塵灰碳輸出問題

電石生產企業在計算工業生產過程碳排放時，若企業炭材除塵灰外售，則需要扣除炭材除塵灰對應的輸出碳[17]。而補充數據表邊界明確要求，作為原材料投入的能源中，炭材消耗量應取烘干后進入電石爐之前的炭材量。對于電石生產企業，入爐總炭材計量有可能在烘干工序之后，即實際計量的炭材消耗量不包含烘干過程除塵設施收集的除塵灰，如果扣減會違背碳質量平衡原則。因此，要根據炭材消耗量計量器具實際安裝位置來判斷是否需要扣減除塵灰對應的輸出碳，建議對除塵灰是否納入補充數據表核算邊界進行說明。

7.2 炭材烘干爐消耗燃料對應的排放問題

配額履約邊界明確了核算范圍包括炭材烘干過程，而補充數據表不包括化石燃料燃燒對應的排放，無法填報炭材烘干爐燃燒焦炭粉等燃料產生的二氧化碳排放。補充數據表雖然要求填報消耗熱力對應的排放，但僅針對余熱回收、蒸汽鍋爐等裝置所提供的以蒸汽、熱水等形式為主的熱力，也無法準確核算烘干爐燃料燃燒對應的排放。因此，建議補充數據表增加炭材烘干過程的排放量計算。

8 結語

電石行業屬于傳統煤化工，為高能耗、高碳排放行業，在國家2030年前實現碳達峰目標的要求下，電石行業將面臨巨大的挑戰。本文結合電石企業生產現狀，介紹較為準確的碳排放核算方法，提出相應的碳減排措施，同時對目前補充數據表核算方法提出優化建議?？傊娛髽I準確核算法人邊界及配額履約邊界的碳排放量，完善數據監測，對本行業溫室氣體排放研究具有重要意義。