炼油厂温室气体排量计算方法*

张崇伟，王志刚，张 星，张晓光

炼油厂温室气体排量计算方法*

张崇伟，王志刚，张 星，张晓光

（中国石油工程建设公司华东设计分公司，山东青岛266071）

针对目前炼厂温室气体排放计算比较困难的问题，分析了炼厂温室气体排放的源头，据此提出了具体的计算公式，以期为以后炼厂的二氧化碳等温室气体排放定量计算起到一定的借鉴作用。

温室气体；二氧化碳；炼油厂；排放量；计算方法

进入21世纪以来，CO2等温室气体导致的全球变暖已经成为世界环境问题之首。为了减少CO2等温室气体的排放，1997年12月在日本京都召开的《联合国气候变化框架公约》第三次缔约方大会上通过了具有历史意义的《京都议定书》[1]。同时规定，到2010年，所有发达国家排放的CO2、CH4、N2O、HFCS、PFCS、SF6 6种温室气体的数量要比1990年减少5.2%，其他5种温室气体按照一定比例可折算为CO2进行统计。

作为签约国之一，中国承诺到2020年CO2排放量控制在13～20亿t，人均碳排放水平在0.9～1.3 t。为了实现这一目标，2009年11月25日国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，研究部署应对气候变化工作。会议决定：到2020年我国单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40%~45%，作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划，并制定相应的国内统计、监测、考核办法，而目前对于炼厂CO2等温室气体排放量的计算方法鲜有报道，本文结合当前炼厂各常用装置，具体介绍炼厂温室气体排放的计算方法，为以后炼厂温室气体核算问题提供依据。

1 炼油厂二氧化碳等温室气体排放源分析

炼厂温室气体主要包括CO2、CH4、N2O等，其中绝大多数是CO2，本文重点介绍炼厂CO2的排放。炼厂碳平衡可用图1来表示，其中CO2的排放形式主要包括2种，即：固定碳折算排放和生产运行过程中的碳排放。全厂碳平衡图如图1。

图1 全厂碳平衡图Fig.1 Carbon balance of the whole plant

从图1可以看出：进入炼厂的碳主要由原油、公用工程（电、燃料等）、固定投资（钢材、水泥等）3种形式，离开炼厂的碳主要以产品及CO22种形式，其中以汽油、煤油、柴油等产品形式带走的碳，不属于炼厂的实际碳排放。

固定碳折算排放

炼厂在建设过程中所用到的钢铁、水泥等基础材料在其各自的生产过程中均消耗了大量的能源，也排放了大量的二氧化碳。例如我国吨钢能耗可折算为0.741 t标准煤，排放CO21.68 t、碳0.445 t。所以在整个炼厂生命周期内的碳排放中须将这些固定碳按炼厂生命周期折算后均摊到每年。

运行过程碳排放

炼厂实际运行过程中CO2主要分为直接排放和间接排放。其直接排放有：加热炉烟囱排放、火炬排放、泄露排放；间接排放有水、电、气、风等公用工程（均能以电的形式表示）。

1.1 加热炉烟囱排放

（1）各种加热炉CO2排放

炼厂很多生产工艺流程中的原料需要达到一定温度后方可进入反应器内反应，尽管目前各炼厂利用各种节能措施使原料与相应产品逐级换热，但仍需使用加热炉使原料升温，以满足最终反应的需要。而加热炉排放的烟气中CO2的量也很大，这也就是炼厂直接排放CO2的最大源头。目前这些配备加热炉的装置主要有：常减压蒸馏装置、催化裂化装置、各种加氢装置（加氢裂化、加氢精制等）、制氢装置、连续重整装置、动力站等。

（2）催化裂化再生器内烧焦产生的二氧化碳排放

原料油在催化剂上进行催化裂化反应时，一方面通过分解等反应生成气体、汽油等较小分子的产物，另一方面同时发生缩合反应生成焦炭。这些焦炭沉积在催化剂的表面上使催化剂活性下降，影响反应的进行，必须在再生器内将沉积在催化剂表面的焦炭尽量烧掉，从而产生大量CO2。由于我国催化裂化装置多是掺炼渣油，生焦量大，因而烧焦产生的再生烟气也是重要的CO2排放源。

（3）IGCC联合发电部分CO2排放

目前部分新建炼厂由于加工重质原油，全厂考虑新建IGCC装置（气化联合循环发电技术），利用石油焦等原料为全厂提供氢气或电力，此装置一般包括5大部分：空分、气化、酸性气脱硫、变换与PSA、联合发电。在联合发电部分中，从大气吸入的空气经空气过滤器滤去灰尘杂质后，进入燃气轮机压气机，空气经压缩后一部分送入燃气轮机燃烧室与净化后的合成气一起燃烧，燃烧后的高温烟气进入燃气轮机透平做功，带动发电机发电。高温烟气出燃气轮机后进入余热锅炉产汽，最后烟气通过烟囱排放，排放的烟气中CO2含量最大。

1.2 火炬排放

火炬系统是炼厂重要的安全设施，它能处理工艺装置在开停工时无法利用的可燃气体，还能释放工艺装置在停电、停水、停汽、火灾、设备故障和误操作等事故状态下突然排放的大量可燃气体，使之安全烧掉，化解存在的危险。大型炼厂装置正常操作时，一般将装置排放的可燃气体进入气柜，回收利用，不点燃火炬。而装置在开停工、停水、停电事故等紧急状态下，装置排放的可燃气体进入火炬点燃烧掉，因此也会放出大量的CO2。

1.3 泄露

炼油厂中的各个装置都是密闭连接，包括输送烟气的管道，但尽管如此，还是存在发生泄漏的可能性。

1.4 其他温室气体折算

《京都议定书》附件A中规定了6种受控的人为温室气体，在计算项目产生的温室气体时，按照如下比例将各受控人为温室气体折算为CO2进行统计，温室气体减排量的统一单位为“t CO2当量”（t CO2e）。由于炼厂在运行过程中可能会泄露少量CH4或产生少量N2O，其折算系数按表1。

表1 温室气体排放折算比例表Table 1 The convert proportion of greenhouse gas emission

2 炼油厂温室气体排放量计算方法

2.1 生命期内折算排放量

炼厂建设过程中消耗的钢铁、水泥等固定投资，由于他们在制成成品之前也消耗了大量能源，因此计算炼厂温室气体排放量时必须将该部分温室气体排放量折算到全厂总排放中，本文将各种固定投资折算为CO2表示。具体公式如下：

式中：C固定—为固定建筑的CO2排放量，t；

M钢材—全厂钢材质量，t；

γ钢材—吨钢材CO2排放量，1.68～2.7，国内一般取2.539；

M水泥—全厂水泥质量，t；

γ水泥—吨水泥CO2排放量，0.7～1.2，国内一般取1；

N—折算使用年限。

2.2 运行排放量计算

运行排放主要包括炼厂各加热炉、火炬等所消耗的燃料气或燃料油以及耗电等所产生的CO2及其他温室气体的排放。

式中：C运行—为炼油厂随时排放CO2的量，t；

Mi燃料—全厂所用某种燃料总量，t；

ξi燃料—燃料排放系数，t碳 /t燃料；

B焦炭—焦炭量，t；

η烧焦率—烧焦率，99%～99.9%；

A电—全厂用电量，（kW·h）；

δ电—kg CO2/（kW·h），0.5～1.3，一般取1；

Mi其它—全厂其它温室气体总量，t；

γi—温室气体折算系数，参见表3中数值。

从式（2）可以看出，CO2排放量的推算中，首先必须决定出各种燃料的CO2排放系数。所谓CO2排放系数，是指单位化石燃料中所含的碳素元素的数量。目前关于CO2排放系数的研究国外已经做了大量的工作，例如日本的环境厅企划调整局地球环境部（1992年，1994年），能源经济研究所（各年），科学技术厅科学技术政策研究所[2]（1992年)，经济企画厅经济研究所（1997年）和美国的橡树岭国家实验室（ORNL）[3]以及加拿大的沃特卢大学[4]等。这些研究中采用的CO2排放系数多少有些不同，没有太大的差别。不过，这些研究用的发热量指标大多数是高位发热量，只有日本科学技术厅的研究采用的是低位发热量指标。因为《中国能源统计年鉴》中所刊载的能源消费量为低位发热量资料，故本文所采用的二氧化碳排放系数参考了日本科学技术厅的研究成果，见表2。

表2 各种能源的热量换算及CO2排放系数Table 2 The various convert proportions of enery and emissioncoefficient of CO2

2.3 全厂总排放量计算

综合以上内容炼油厂温室气体排放主要包括两大部分：即固定资产及设备的折算排放和生产过程中的运行排放。排放量计算式可综合为：

3 炼油厂温室气体排放量监测方法

综上所述，由于燃料组成及燃烧程度的不确定性导致各种燃料的CO2等温室气体排放系数仅仅是统计值，而非精确值，因此用式（3）计算的全厂温室气体排放量仅为粗算值。随着技术的发展对于重点介绍的CO2而言，目前已有很多在线测量仪器应用于工业生产，其中最为常见的是红外线分析仪，其工作原理为：当红外光通过待测气体时,CO2气体分子对特定波长的红外光有吸收,其吸收关系服从朗伯—比尔（Lambert-Beer）吸收定律，即某些气体对红外光进行有选择性吸收，其吸收强度变化取决于被测气体的浓度。

因此在炼油厂各烟囱等相关烟气排出口设置CO2在线测量仪器，数据信号通过远传进入中控室，同时烟气的流率也可以同样测出，这样在计算机屏幕上可以直观的显示全厂CO2的排放情况。

4 结束语

（1）在具体分析了国内炼油厂CO2等温室气体排放源的基础上得到了温室气体具体计算的方法及公式，可应用于炼油厂温室气体排放量的总估算。

（2）应用精密测量设备加DCS控制可将全厂CO2等温室气体动态数值直接远传至中控室，随时检测炼油厂温室气体的排放情况。

[1] 钱伯章.温室气体减排和利用进展[J].研究探讨，2006，7：12-15．

[2]张宏斌.我国的能源消费和二氧化碳排出[J].山西师范大学学报：自然科学版，2001，15（4）：64-69．

[3]钱杰，俞立中.上海市化石燃料排放二氧化碳贡献量的研究[J].上海环境科学，2003，22（11）：836-839．

[4]Ibrahim Alhajri．Integration of Hydrogen and CO2Management within Refinery Planning[D] .Waterloo,Ontario,Canda：The University of Waterloo，2008．

Calculation Method of Greenhouse Gas Emission From Refinery

ZHANG Chong-wei，WANG Zhi-gang，ZHANG Xin，ZHANG Xiao-guang
（CPECC East-China Design Branch，Shandong Qingdao 266071，China）

Aming at difficulty of calculating greenhouse gas emission from refinery，sources of CO2emission were analyzed，calculation formula was put forward，which can offer some references for refinery to calculating their CO2emission.

Greenhouse gas；Carbondioxide；Refinery；Emission；Calculation method

TE 992.1

A

1671-0460（2010）05-0553-03

2010-05-19

张崇伟，男，硕士，助理工程师，2008年毕业于中国石油大学（北京），目前主要从事炼油设计工作。电话：0532-80950632，E-mail：zhangchongwei@cnpccei.cn。