合成氨企业碳排放核算案例分析

安 明

(中国质量认证中心成都分中心，四川成都 610041)

1 研究背景

建立全国碳排放权交易制度，加强温室气体排放统计与核算是我国“十三五”控制温室气体排放工作的重要任务[1]。全国碳排放权交易市场将于2017年启动，在第1阶段纳入石化、化工、建材、钢铁、有色、造纸、电力、航空等工业行业中年能耗10 kt标准煤以上企业，实施碳排放配额管控。合成氨企业作为典型的化工企业和碳排放大户，其碳配额将价值数千万乃至上亿元；准确核算其碳排放量，对于企业在碳交易机制下全面了解自身排放情况，寻找减排机会，优化配置碳资产，提升竞争优势意义重大。

2 核算要求

2013—2015年中任意1年综合能源消费总量达到10 kt标准煤以上(含)的合成氨企业需以法人企(事)业单位或视同法人的独立核算单位作为报告主体，按照《中国化工生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》(以下简称《指南》)的要求，分年度核算并报告其温室气体排放量及相关数据，编制《中国化工生产企业温室气体排放报告》(以下简称“排放报告”)，并填写《全国碳排放权交易企业碳排放补充数据核算报告模板》数据汇总表与补充数据表(以下简称“补充数据表”)[2]。

排放报告服务于国家温室气体排放基础统计和核算工作体系建设，关注责任人整体排放情况；补充数据表服务于全国碳交易配额分配方案设计，关注特定生产车间和设施的排放情况，以利于同类产品生产企业在同一核算基础上比较单位产品碳排放量，并据此参与碳交易。两者目的不同，故其核算要求不同(表1)[2-3]。下面以某合成氨企业为例，对其年度排放报告与补充数据表核算进行分析对比。

表1 排放报告与补充数据表核算要求对比

3 案例分析

3.1 案例介绍

某合成氨企业以煤为原料生产氨，副产粉煤灰并回收硫黄出售，其主要生产工艺流程如图1所示。主体为500 kt/a煤气化-合成氨工艺装置，配套建设循环流化床锅炉、汽轮机组热电装置。空分装置及厂区职工食堂、运输车队外包运营，其中空分装置运行所需电力由外包公司提供，热力由合成氨企业提供。

图1 某合成氨企业工艺流程

3.2 核算排放报告

3.2.1 确定企业边界

企业边界应是能够单独进行碳排放核算的单元，并与温室气体核算与报告主管部门要求保持一致。案例企业为独立法人，法人边界内所有生产设施可整体作为一个核算单元。外包运营的空分装置、厂区职工食堂、运输车队按运营权不纳入边界，不予核算。

3.2.2 确定应核算的排放源和气体种类

识别排放源是确保碳排放核算完整性的重要环节。报告主体应根据企业边界的确定情况，对每个核算单元按照《指南》中的排放源分类逐一确定，确保排放源识别完整、不漏项。根据案例企业边界的确定及生产工艺，排放源识别如下。

(1)燃料燃烧排放：燃料煤在锅炉中燃烧产生的CO2排放；

(2)生产过程排放：用原料煤生产氨时产生的CO2排放；锅炉燃煤使用氨法脱硫，故不存在碳酸盐使用过程产生的CO2排放，也不存在硝酸、己二酸生产，无N2O排放；

(3)CO2回收利用量：未进行CO2回收利用，以零计；

(4)净购入的电力和热力消费引起的CO2排放：包括全厂生产、办公用电引起的CO2排放；热力自产无外购，外供量需扣除；

(5)其他温室气体排放：根据《指南》，自备电厂应按照《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南》核算。但对于本案例企业，其热电界区锅炉主要用于全厂供热供汽，其所产高压蒸汽经减压以满足动力用汽需求时，为充分利用热能，按照“以热定电”的原则建设余热发电机组，其自发电远小于热电界区运行需求，需大量使用外购电，与一般的自备电厂不同。基于此实际情况，本案例不对余热发电机组进行核算。

3.2.3 识别流入流出企业边界的碳源流及其类别

碳源流法是核算化工企业碳排放的重要工具，正确识别碳源流可清晰地区分化石燃料是作为燃料燃烧还是原材料用途，也可在采用碳质量平衡法核算工业生产过程中的CO2排放量时避免重复计算或漏算。各煤制合成氨企业的碳源流基本一致，按《指南》分类本案例的碳源流识别如图2所示。

图2 某合成氨企业碳源流示意

《指南》中共包括8类碳源流，在本案例中：①流入企业边界且明确送往各个燃烧设备作为燃料燃烧的化石燃料部分，即锅炉用燃料煤；②流入企业边界作为原材料的化石燃料部分，即合成氨用原料煤，部分副产品及过程气回收至锅炉作为燃料(图2中虚线部分)，根据《指南》不纳入核算；③流入企业边界作为原材料的其他碳氢化合物(无)；④流入企业边界作为原材料的CO2气体(无)；⑤流入企业边界作为原材料、助熔剂或脱硫剂使用的碳酸盐(无)；⑥流出企业边界的各类含碳产品，即副产粉煤灰，主产品氨不含碳；⑦流出企业边界且被回收外供从而避免排放到大气中的那部分CO2(无)；⑧流出企业边界的其他含碳输出物(无)。

3.2.4 收集各个碳源流的活动水平数据

活动水平数据是量化导致碳排放或清除的生产或消费活动的活动量，可从企业能源统计报表、生产台帐、销售报表、财务明细等记录中收集。按照本案例碳源流的识别结果，需收集3类碳源流的活动水平数据(表2)。

表2 某合成氨企业活动水平数据

3.2.5 选择和获取排放因子数据

排放因子是与活动水平数据相对应的系数，用于量化单位活动水平的碳排放量。按排放源不同，排放因子计算略有不同，可按照《指南》要求选取缺省值或进行测量，但应遵循相应的测量标准和测量频次。本案例3类碳源流的排放因子数据见表3，其中燃料煤排放因子未进行测量，按《指南》选取缺省值，经查阅购煤合同，燃料煤煤种为“烟煤”，选取烟煤特性参数；原料煤排放因子《指南》要求按GB/T 476对煤炭在每批次燃料入厂时或每月至少进行一次检测，根据燃料入厂量或月消费量加权平均作为该煤种的含碳量。经查阅原料煤煤质检测记录台账，其检测方法符合要求，检测频次为每天1次，按生产消耗量求出年度加权平均作为数据来源，符合《指南》要求。

表3 某合成氨企业排放因子数据

3.2.6 依据相应的公式分排放源核算各种温室气体的排放量

按照《指南》对每一类排放源将活动数据与排放因子相乘获得排放量。计算过程中需注意各关联参数单位的一致性、C与CO2之间的换算。案例企业本部分核算如下：

(1)燃料燃烧排放量E燃烧

式中：E燃烧——分企业边界的化石燃料燃烧CO2排放量，t；

i——化石燃料的种类；

ADi——化石燃料i明确用作燃料燃烧的消费量，t；

CCi——化石燃料i的含碳质量分数；

OFi——化石燃料i的碳氧化率；

NCVi——化石燃料i的低位发热量，GJ/t；

EFi——化石燃料i的单位热值含碳量，t/GJ。

将数据代入上式，求得E燃烧=784 683.7 t。

(2)工业生产过程排放量E原料

只包括原材料消耗产生的CO2排放量，计算公式如下：

式中：E原料——化石燃料和其他碳氢化合物用作原材料产生的CO2排放量，t；

r——进入企业边界的原材料种类；

p——流出企业边界的含碳产品种类；

w——流出企业边界且没有计入产品范畴的其他含碳输出物种类；

ADr——原材料r的投入量，t；

CCr——原材料r的含碳质量分数；

其中ADp，ADw，CCp，CCw忽略不计，代入数据可得E原料=2 182 552.8 t。

3.2.7 核算净购入的电力和净购入的热力导致的CO2排放量

企业消费的外购电力、热力的排放虽然发生在企业外，但仍计入自身排放总量中。购入电力、热力并转供给其他企业的，转供量需扣减。对于合成氨等能源消费产业部门，其净购入电力和热力可以为负值[4]。电力活动水平数据来源于电费发票或电表计量；热力活动水平数据获取过程则较为复杂，热力一般以t为单位计量，需结合其物性参数换算为热量单位，以质量单位计量的蒸汽换算公式如下[5]：

AD蒸汽=M蒸汽×(E蒸汽-83.74)×10-3

式中：AD蒸汽——蒸汽的热量，GJ；

M蒸汽——蒸汽的质量，t；

E蒸汽——蒸汽所对应的温度、压力下每千克蒸汽的热焓，kJ/kg。

以工业中压蒸汽为例，在压力3.82 MPa、温度450 ℃下，查得热焓为3 333.656 kJ/kg，代入上式可求得蒸汽的热量为3.25 GJ/t。

电力排放因子需根据企业所在电网区域选择国家发展改革委发布的年度中国区域及省级电网平均二氧化碳排放因子。热力排放因子应优先采用供热单位提供值，可通过加权平均计算，其中余热回收排放因子为0，蒸汽锅炉或自备电厂排放因子为“排放量/供热量”；否则，按0.11 t/GJ计。

(1)净购入电力排放核算

外购电力用于全厂无转供，则全部外购电等于净购入电。某合成氨企业地处华北电网区域，取2012年电网排放因子为0.884 t/(MW·h)，净购入电力为216 756.576 MW·h。净购入电力排放核算公式如下：

E净电=AD电力×EF电力

式中：E净电——企业净购入电力消费引起的CO2排放量，t；

AD电力——企业净购入的电力消费量，MW·h；

EF电力——电力供应的CO2排放因子。

将数据代入上式，求得E净电=191 677.8 t。

(2)净购入热力排放核算

某合成氨企业热力自产，外购量为0，但因向外包的空分装置供汽，外供量需扣减，外供空分装置蒸汽量来源于月度蒸汽销售发票汇总为1 579 896 t，在压力3.82 MPa、温度450 ℃下的蒸汽热量为3.25 GJ/t，则净购入热力为-5 134 662.0 GJ。排放量为燃料燃烧排放与热电界区电力消耗排放之和，燃料燃烧排放量为784 683.7 t，根据热电界区月度用电量统计汇总热电界区电力消耗量为59 221.368 MW·h，折合排放量为52 369.5 t，则总排放量为873 053.2 t。根据月度生产汇总锅炉产汽量为3 119 047 t，在压力9.81 MPa、温度540 ℃下的蒸汽热量为3.39 GJ/t，则锅炉产汽总量为10 573 569.3 GJ。热力排放因子用蒸汽锅炉“排放量/供热量”计算，求得为0.079 2 t/GJ。净购入热力排放核算公式如下：

E净热=AD热力×EF热力

式中：E净热——企业净购入热力消费引起的CO2排放量，t；

AD热力——企业净购入的热力消费量，MW·h；

EF热力——热力供应的CO2排放因子。

将数据代入上式，求得E净热=-406 483.9 t。

汇总计算企业温室气体排放总量EGHG如下[4]：

EGHG=E燃烧+E过程-R回收+E净电+E净热

式中：EGHG——报告主体温室气体CO2排放当量，t；

E过程——企业边界内工业生产过程产生的各种温室气体CO2排放当量，t；

R回收——企业回收且外供CO2量，t。

E过程为0，将数据代入上式：

EGHG=784 683.7+2 182 552.8-0+

191 677.8-406 483.9

=2 752 430.4(t)

3.3 核算补充数据表

补充数据表的核算流程与排放报告的数据基本一致。

3.3.1 确定补充数据表核算边界

如前文所述，补充数据表核算边界为“备煤”至“分离”，限于合成氨工段，不包括空分装置与燃煤锅炉。对于本案例企业热电界区不纳入边界，不予核算。

3.3.2 确定核算内容

(1)能源作为原材料产生的排放量

需对生产工艺加以分析，按《指南》中工业生产过程排放的原材料消耗产生的CO2排放计算，如生产过程不产生温室气体排放，则可不予核算[5]。对于案例企业，本部分排放即排放报告中的“工业生产过程排放”，核算过程和结果等同。

(2)消耗电力对应的排放量

消耗电力仅指合成氨工段耗电，电力来源包括从电网供电、可再生能源发电、余热发电、自备电厂，排放因子根据来源采用加权平均。案例企业合成氨工段消耗电力也等于全厂用电减去热电界区用电。

(3)消耗热力对应的排放量

消耗热力同样仅指合成氨工段耗热，热力来源包括余热回收、蒸汽锅炉或自备电厂，排放因子根据来源采用加权平均。案例企业合成氨工段耗热由热电界区提供，其核算方式与排放报告中外供空分装置热力排放类似；因不对余热发电机组进行核算，消耗热力可由热电界区锅炉产汽总量减去外供空分装置蒸汽量进行简化计算。

(4)氨产量

主营产品产量是用于全国碳交易配额分配的主要参考数据，合成氨产量以液态氨为最终计量状态，按实物量计算[6]，包括生产过程中的回收和自用量。

3.3.3 收集活动水平数据与排放因子数据，并核算与汇总

消耗电量数据来源于合成氨月度用电量统计表汇总，也与全厂用电减去热电界区用电结果一致，则消耗电量为157 535.208 MW·h。锅炉产汽总量为10 573 569.3 GJ，外供空分装置蒸汽量为5 134 662.0 GJ，则合成氨工序所消耗的热量为5 438 907.3 GJ。汇总成补充数据表见表4。

表4 某合成氨企业2015年温室气体排放报告补充数据表

在准确计算了热力排放因子时，补充数据表二氧化碳排放总量与排放报告相同。

3.4 核算要点

3.4.1 核算边界

排放报告应以企业法人为边界，且不包含生活、出租或外包的设施。与案例企业不同，大型化工集团一般拥有多个子公司和分公司、分厂，组织结构复杂。其子公司需按独立法人单独报告，非独立法人的分公司、分厂可划分为多个独立单元分别核算后汇总，以便于工作开展。尤其合成氨车间应划分为独立单元，利于核算补充数据表。

3.4.2 排放源和碳源流

案例企业产品单一、工艺简单，但对于一般的大型化工集团，合成氨工序后还可能包括CO2回收、甲醇、尿素、硝酸、硝铵、钙法脱硫等多个工序，排放源和碳源流识别需进行全面分析。其中“工业生产过程排放”中需考虑多种含碳产品输出、碳酸盐使用过程产生的CO2排放、硝酸生产过程的N2O排放等；回收CO2且外供至边界外的，需核算“CO2回收利用量”；有自备电厂的，需按《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南》核算其他温室气体排放。

3.4.3 活动水平数据与排放因子

企业通常会存在以下情况：能源统计报表、生产台帐、盘存表等各台账之间数据来源不一致；生产数据和财务数据统计期不一致；全厂计量和各车间分级计量之间存在计量误差和传输损耗。以上均会造成同一活动水平数据的多个数据来源之间数值不一致。核算中应根据实际情况选取最准确的数据，并以另一来源数据进行交叉核对，数值不一致的需分析并说明原因。

合成氨企业煤的排放因子采用检测值，以提高核算的准确性；其他因子采用缺省值，以减少核算工作量。不同报告期之间需保持排放因子选取方式的一致性，避免对核算结果造成影响。

3.5 结果分析

3.5.1 粉煤灰产量缺失对核算结果的影响

案例企业粉煤灰产量未统计。如按设计值，年副产造气粉煤灰200 kt(含碳质量分数10%)，对应CO2排放量为73 kt，约占全厂排放3%。粉煤灰对应排放量虽然占比小，但绝对值大，且属于补充数据表核算内容，会直接影响企业碳配额。

3.5.2 CO2回收利用对核算结果的影响

合成氨企业典型的CO2回收利用方式是后续生产尿素、碳酸氢铵。以500 kt/a合成氨装置配套800 kt/a尿素计(含碳质量分数20%)，将减少全厂CO2排放587 kt，约占全厂排放21%。但对合成氨工段而言，因其补充数据表不核算CO2回收利用量，因此对碳配额无影响。

3.5.3 天然气替代煤对核算结果的影响

在同等合成氨产能下，若以天然气作为原料生产，按天然气用量5×108m3、用电量85 000 MW·h计，不考虑天然气合成氨副产蒸汽，对应CO2排放1 167 kt，与煤制合成氨碳排放差异巨大。部分因煤炭、天然气价格变化而考虑进行原料替代的企业，应充分评估其工艺变更对碳配额的影响。

4 结语

碳排放核算是企业管理碳配额和获取碳资产收益的重要基础，其工作涉及面广、流程复杂、技术难度大，对企业提出较高的要求。在实际工作中，企业应从管理层面上对碳排放核算工作进行规范，从高层加以重视，设立专岗专人专责；应完善统计计量体系，对碳排放相关活动水平数据和排放因子数据从监测计划、数据记录、汇总报告、仪表维护等方面按信息流向进行精细化管理；应加强能力建设，掌握提升碳排放核算技术要求，定期开展排放核算工作内部审核，分析数据的合理性，及时解决问题，通过建立健全的企业碳排放管理体系，以保证碳排放核算工作的质量。