独立焦化企业碳排放来源及降碳路径浅析_巩月伟.pdf

202311百家争鸣191Modern Chemical Research当代化工研究独立焦化企业碳排放来源及降碳路径浅析巩月伟（山西晋环科源环境资源科技有限公司 山西 030024）摘要：双碳战略将对焦化行业产生重大而深刻的影响。本文通过研究典型焦化工艺流程，分析识别了独立焦化企业生产工序及附属生产系统的碳排放源，并提出了一些可行的焦化企业降碳路径，为下一步准确核算企业碳排放量奠定扎实的基础，也为企业在以后的减污降碳及碳资产管理工作方面提供方向和思路，使企业在后期更为严峻的减污降碳协同增效目标下抢占先机。关键词：双碳战略；独立焦化；碳排放源；减污降碳；协同增效 中图分类号：TQ 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.11.059 Analysis of Arbon Emission Sources and Carbon Reduction Paths of Independent Coking EnterprisesGong Yuewei(Shanxi Jinhuan Keyuan Environment Resources Technology Co.,Ltd.,Shanxi,030024)Abstract：The dual-carbon strategy will have a significant and profound impact on the coking industry.By studying the typical coking process flow,this paper analyzes and identifies the carbon emission sources of the production processes and auxiliary production systems of independent coking enterprises,and puts forward some feasible carbon reduction paths for coking enterprises,laying a solid foundation for the next accurate accounting of carbon emissions of enterprises,and also providing direction and ideas for enterprises in the future pollution reduction and carbon asset management.This will enable enterprises to seize the opportunity under the more severe goal of reducing pollution and reducing carbon in the later stage.Key words：dual-carbon strategy；independent coking；carbon emission source；reduce pollution and carbon；synergize efficiency焦化是山西省的传统优势产业，产量位居全国第一，是全国唯一焦化产能超过1亿吨的省份1，也是全省煤炭消费和碳排放的重点行业。山西省焦化企业包括钢焦联合企业和独立焦化企业，其中独立焦化产能占比80%以上，且以民营企业为主体2。据测算，山西焦化行业的煤炭消费量占全省总量的35.6%，能源消费量占全省总量的9.3%，碳排放量占全省总量的8.2%，焦化行业在山西属于碳排放大户。面对日益严格的环保要求以及在国家双碳目标下，山西作为国家资源型经济转型发展示范区、全国能源革命综合改革试点先行区、全国最大焦炭生产基地，需全面建设国家绿色焦化产业基地，实现行业高质量碳达峰，为碳中和奠定基础。为此，理清一个独立焦化企业的整体碳排放量对企业及地方碳排放水平的评估具有决定性作用，其关键就是掌握企业的碳排放来源。有文献报道过焦化行业碳排放现状并计算了排放量，也提出了一些有益的减排措施3-6，仅是按照相关核算指南7进行分析，针对性不强，且随着环保、能源、双碳等政策的不断加严，独立焦化企业有了明显的技术进步，开发了一些新技术新工艺新设备。因此有必要根据新的形势进行分析。本文通过研究典型独立焦化工艺流程，参考笔者参与或主持的多项焦化项目环境影响评价、竣工环境保护验收、清洁生产审核、绩效评级等项目经验，依据中国独立焦化企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）识别了独立焦化企业生产工序及附属生产系统的碳排放源，并提出了一些可行的焦化企业降碳路径，为下一步准确核算企业碳排放量奠定扎实的基础，也为企业在以后的减污降碳及碳资产管理工作方面提供方向和思路。1.排放源识别焦化生产主要是将一次能源煤炭转换生成二次能源焦炭和焦炉煤气，以及煤焦油、粗苯等煤化工产品，在生产过程中排放出大量的CO2等温室气体，能源的投入产出量大，为典型的能源转换产业，其碳排放来源包括核算边界内化石燃料燃烧产生的CO2排放、炼熄焦及焦炉烟气脱硫等生产过程的二氧化碳排放、企业购入和输出的电力及热力所对应的二氧化碳排放。由于山西省95%以上焦炉为常规机焦炉，热回收焦炉已基本淘汰，因此本文所分析的碳排放源均为常规机焦炉。本文将从备煤、炼焦、熄焦、焦转运、煤气净化、自备锅炉及附属生产系统等环节分析独立焦化企业的碳排放源。（1）备煤系统。备煤系统的任务是为焦炉装置提供合格的炼焦原料煤，包括原料煤的取样、堆存、202311百家争鸣192Modern Chemical Research当代化工研究取料、配煤、粉碎及煤的输送，不涉及碳的氧化，主要涉及含碳物料为炼焦原料煤，主要温室气体排放是机械设备、环保设施、输送设备等电力消耗的间接排放。（2）炼焦系统。炼焦主要是将备煤送来的洗精煤在焦炉炭化室进行高温干馏生产焦炭的过程。此环节温室气体排放源主要有三类：一是炼焦生产过程中装煤、推焦过程以及焦炉密封不严所导致的逸散排放，为无组织排放，温室气体种类包括CH4和CO2，以CH4为主。二是煤气燃烧产生废气经烟囱排空，温室气体以CO2为主，排放是有组织形式，是焦化企业最大的温室气体排放源。经笔者计算，山西省独立焦化企业经焦炉烟囱排放的焦炉加热燃料燃烧CO2排放量约占总CO2排放量的80%90%。三是焦炉烟气脱硫过程中由脱硫剂分解产生的CO2排放，并且随着山西省实行焦化行业超低排放改造4及深度治理，对SO2排放浓度限值管控更为严格，因此也会加大脱硫剂的使用量，由此产生的CO2排放也将随之增加，虽然在中国独立焦化企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）未包含此部分排放，但笔者认为此部分排放很有必要考虑在内。（3）熄焦系统。山西省对于焦化企业的熄焦方式要求日益严格，已明确对于常规机焦炉的干熄焦利用率要达到90%以上，新建焦化项目要全部采用干法熄 焦8，而对于需要进行绩效评级为A级的焦化企业，无论新建已建，熄焦方式全部采用干法熄焦（含备用熄焦装置）9。湿法熄焦已逐渐成为备用或淘汰，因此本文仅对干法熄焦的碳排放源进行分析。在干法熄焦过程中会有0.9%1.0%的焦炭烧损率，这部分碳会与空气中的氧气进行反应，产生CO2排放；此外，由于环保政策要求对无组织VOCs排放进行管控，焦化企业通常将化产系统的脱硫再生尾气及污水处理系统的高浓度VOCs尾气引入干熄炉中，利用燃烧的方式处理掉其中的VOCs组分，这也会产生CO2排放。（4）焦转运系统。焦转运系统与备煤系统一样，主要温室气体排放是由机械设备、环保设施、输送设备等电力消耗的间接排放，主要涉及含碳物料为焦炭、焦粉。（5）煤气净化系统。该生产工段的脱苯工艺有管式炉燃烧焦炉煤气，产生的CO2是直接温室气体排放源。同时还存在焦炉煤气的无组织逸散，也会造成CO2排放到外界环境中。另外，此工段还消耗大量的电力和蒸汽，是企业主要的温室气体间接排放源。（6）自备锅炉。对于有自备锅炉的炼焦企业，锅炉燃烧焦炉煤气用来生产蒸汽或发电，其燃烧焦炉煤气产生的CO2是直接温室气体排放源。目前干法熄焦已逐渐普及，干法熄焦配套的余热锅炉将会替代自备锅炉，此部分排放可以不予考虑。（7）附属生产系统。附属生产系统，主要考虑厂区车辆所用汽油和柴油，生活所用电力、蒸汽以及食堂所用液化石油气或天然气。通过对上述各个系统环节的梳理分析，基本形成独立焦化企业的碳排放源体系，企业可根据图1所示的排放环节及排放源进行查缺补漏，使企业的碳排放数据更加准确、完整和有效。炭化室燃烧室煤气净化系统干法熄焦管式炉(若有)炼焦煤其他含碳物料焦炭荒煤气工业过程CO2燃料燃烧CO2焦炭外供焦油、粗苯外供燃料燃烧CO2工业过程CO2焦炉煤气外供其他燃气燃料燃烧CO2煤气回炉烟气脱硫自备锅炉(若有)燃料燃烧CO2焦炉煤气工业过程CO2烟气净外购电力、热力各工序间接CO2外购燃料附属生产系统燃料燃烧CO2直接排放间接排放图1 独立焦化企业碳排放示意图2.独立焦化企业降碳路径独立焦化企业要深刻认识到，实施双碳战略是不可逆转的历史潮流，是我国对全世界做出的重大承诺，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。因此炼焦化学工业碳减排任务异常艰巨，本文就独立焦化企业开展碳减排路径提出以下几点思路或建议。（1）推动减污降碳协同增效。采用余热回收、干熄焦、煤自动化调湿、自动加热优化控制等成熟技术推进5.5m及以上炭化室高度的大机焦和热回收焦炉实施技术改造；开发焦化工艺流程信息化与智能化技术，提高智能制造水平。技术改造过程中，需兼顾焦化行业超低排放改造需求和节能降碳要求，确保协同发展。（2）优化焦炉煤气利用方式。焦炉煤气具备H/C高的特性，主要成分是H2和CH4，并有少量的CO、CO2、N2和其他烃类等。目前焦炉煤气深度利用方式主要包括制甲醇合成氨、制天然气、制乙二醇、制氢等，这几种方式均有固碳作用，是较好的利用方式。同时，焦炉煤气还可与煤气化合成气耦合，生产高端化工产品，如费托合成制清洁油品和高端特种蜡，开发附加值更高的“固碳”化工产品。此外，利用焦炉煤气开发低碳燃料气，减少作为燃料利用的比例也是重要方向10。焦炉加热燃料燃202311百家争鸣193Modern Chemical Research当代化工研究烧CO2减排可采用前端脱碳、加热过程控制燃料消耗降碳和末端烟气脱碳工艺，实现焦炉碳减排，脱除的CO、CO2可作为焦炉煤气制取甲醇或LNG时补碳来源，以增产产品产量，经脱碳后的低碳燃料气送回焦炉加热燃用。（3）开展焦炉烟气碳捕集利用示范。按照独立焦化企业温室气体排放核算方法与报告指南的核算边界，笔者曾核算过参与焦化项目的碳排放量，经核算得出独立焦化企业焦炉加热燃料燃烧CO2排放量约占总CO2排放量的80%90%。可见，将焦炉烟气中的CO2进行捕集利用，将会大幅度减少碳排放。国内首例焦炉烟气CO2捕集与利用制取高纯度CO2产品项目示范工程，已在河北旭阳焦化投运。该示范项目采用化学吸收法捕集工艺及深冷分离法提纯工艺，可捕集CO2 7500t/a，捕集CO2经深度提纯后应用于本工业园区生产可降解塑料，或外供作为工业化学品生产原料等。山西省焦化行业首个焦炉烟气碳捕集利用示范项目已在山西金烨焦化有限公司开工建设，该项目以复合胺为吸收剂，通过吸收剂循环吸收-解吸，生产高纯度CO2产品气，作为下游焦炉煤气制LNG的补充碳源，每年可减少CO2排放30000t以上。（4）开发零（低）碳炼焦技术。尝试开发零（低）碳炼焦创新技术，是未来“碳中和”的技术发展方向。开发应用绿氢，与捕集焦炉烟气中CO2作为原料制取天然气，并将天然气作主要组分，混配绿氢、高炉煤气和焦炉烟气等，调质成燃料气替代常规用的焦炉煤气或高炉煤气作焦炉加热燃料，以实现零（低）碳炼焦。（5）发展分布式光伏。焦化企业可积极开展分布式光伏可行性研究，全面摸底企业内部可发展光伏的屋顶资源，充分利用煤棚、办公楼等区域，通过