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废旧轮胎裂解碳排放计算方法研究

时间:2016-09-05 来源:中国轮胎循环利用网 点击:

刘囡南(中科钢研节能科技有限公司,北京,100081)

摘  要:

温室效应引起的全球性气候变化导致了近些年持续多发的自然灾害,碳排放正是温室效应的重要成因。如何科学有效的计算碳排放,分析碳排放的成因成为各国环境学者一直在研究探讨的话题。废轮胎热裂解是废轮胎综合利用的有效途径,可以将废轮胎真正意义上的吃干榨尽,热裂解可以有效减少碳排放,关于废轮胎热裂解过程碳排放的计算对企业申请贷款及政府扶持资金等有着重要的作用。

关键词:废轮胎热裂解   碳排放   计算方法   碳交易

引言


近年来,全球变暖引发的全球性气候变化导致了大量的自然灾害,世界各国都开始重视环保问题。造成全球变暖的主要原因是温室气体的大量产生,而温室气体的主要组成部分就是二氧化碳(CO2),二氧化碳排放与现代工业化大发展过程中大量使用各种化石能源(煤炭、石油、天然气)息息相关。减少化石能源的消耗,增加对可循环再生资源尤其是固体废弃物的有效利用对二氧化碳的减排尤为重要。

我国的汽车工业近几年来得到了高速发展,按照当今中国发展的水平,废旧轮胎产生量会在目前的1018万吨基础上大幅增长,预计到2020年废旧轮胎产生量将达到2000万吨。目前我国对废旧轮胎处理方式主要是破碎利用、再生胶、轮胎翻新和土法炼油。废旧轮胎处理主要是以生产再生胶和胶粉为主,但其产生的废旧橡胶制品仍然无法实现轮胎的再生循环利用。热裂解是废旧轮胎循环利用的最终环节,是将废旧轮胎吃干榨尽的重要手段。在节能工作中,经常需要统计分析二氧化碳减排量的问题。废轮胎热裂解在减少碳排放方面起到了重要作用,热裂解企业生产环节的碳排放计算方法是否科学将直接影响企业融资和政府项目扶持补助。

1 计算原理

废轮胎热裂解过程因为涉及到化学变化过程,且裂解的最终产物为轮胎油,因此在项目执行过程中多参照石化行业相关标准执行。《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)》中,化工生产企业的全部排放包括化石燃料燃烧的二氧化碳排放、工业生产过程排放、二氧化碳回收利用量、净购入的电力和热力消费引起的二氧化碳排放。因为不涉及二氧化碳的回收利用,对应到废轮胎热裂解企业,二氧化碳排放总量包括了燃烧不凝气/天然气/石油液化气的二氧化碳排放、工业生产过程排放、使用的电力和热力消耗引起的排放,如下图表1 所示。

 具体核算工作流程主要包括:

(1)确定计算边界,此次研究的内容是废旧轮胎热裂解的碳排放计算方法,因此只考虑核心工艺生产设备的CO2排放量。

(2)确定排放源和气体种类,废轮胎热裂解的热量来源为轮胎热裂解过程中产生的不可冷凝气以及辅助加热所消耗的电能,不可冷凝气燃烧过程将产生CO2,加热所需的用电量折算成燃油消耗排放的CO2计入总量。废轮胎热裂解产生的不凝气不经过排空直接脱硫后可进入燃烧系统循环利用,正常生产条件下不存在工业生产过程排放;

(3)识别碳源流及其类别,此过程主要是为了区分燃料是燃烧使用还是原材料使用,也是为了利用碳质量平衡法核算裂解过程CO2排放量时避免重复计算或漏算;

(4)收集各个碳源流的含碳量数据,包括废轮胎含碳量、轮胎油和炭黑的含碳量如下图1;

(5)核算净购入的电力和净购入的热力导致的CO2排放量;

(6)汇总计算裂解过程CO2排放总量。


2 计算方法

国外在碳排放计量时遵循三可原则(可测量、可报告、可核查),在工厂安装CO2浓度测量装置和烟气流量计,通过直接方法测量碳排放量。而我国主要采用排放因子为基础的计算方法。

为了有效证明轮胎裂解过程是减少碳排放的过程,我们将轮胎裂解产出炭黑的CO2排放量和原油制炭黑排放的CO2量进行对比。碳排放在计算时包含原料反应生成的CO2、燃料燃烧产生的CO2和生产用电折合成燃油燃烧产生的CO2。对比过程我们要确保以下信息基本相同,1、碳排放源的基本信息;2、采用的监测设备和方式;3、数据记录、统计、处理、汇总和保存方式;4、质量控制与保证措施;5、其他有关信息。

二氧化碳(CO2)包含1个碳原子和2个氧原子,分子量为44(C-12、O-16)。二氧化碳在常温常压下是一种无色无味气体,空气中含有约1%二氧化碳。液态碳和固态碳是生物体(动物植物的组成物质)和矿物燃料(天然气,石油和煤)的主要组成部分。一吨炭在氧气中燃烧后能产生大约3.67吨二氧化碳(C的分子量为12,CO2的分子量为44,44/12=3.67)。 我们在计算二氧化碳排放量时,有些提到的是“减排二氧化碳量”(即CO2),有些提到的是“碳排放减少量”(以碳计,即C),因此,减排CO2与减排C,其结果是相差很大的。因此要分清减排量的具体含义,它们之间是可以转换的,即减排1吨碳相当于减排3.67吨二氧化碳,下文介绍的均是CO2减排量。

目前我国生产炭黑用原料油主要有两种,分别是乙烯焦油和煤焦油,其中以煤焦油(包括葱油和防腐油)为主。依据生产厂家生产工艺水平的不同,一吨煤焦油可以提炼20%~30%葱油,提炼50%左右炭黑,即每生产一吨炭黑用油量2吨,用电450kW。煤焦油中含炭量约为91%,2吨煤焦油折合含炭1820kg,一吨炭黑中炭总量999.9kg。计算时将煤焦油中炭总量减去炭黑中炭总量即为生产过程原料消耗产生的CO2排放量,炭排放在大气中以二氧化碳的形式存在,根据相对分子量计算燃烧排放二氧化碳量3007kg①。煤焦油制取炭黑过程耗电量450kWh,查询“折标系数”或者使用重油量折算140kg(重油热值9200kcal,發電效率30%,重油含炭量91%),[1]重油燃油燃烧产生二氧化碳468kg②。①和②相加得出采用传统煤焦油制取原生炭黑排出的二氧化碳总量为3475kg。

废轮胎裂解制取炭黑需要的原料为废轮胎,加热介质主要依靠裂解过程产生的不可冷凝气以及电辅助加热。每生产一吨炭黑需要消耗轮胎量2856kg,每公斤轮胎裂解需要消耗热量350kcal,轮胎充分裂解需要消耗热量为999600kcal。轮胎裂解所需的热量由裂解生成的不可冷凝气燃烧提供,不可冷凝气燃烧热值10280kcal/kg,燃烧过程效率值80%,计算得到不可冷凝气总需求量122kg,不可冷凝气的含碳量大概在75%左右,不可冷凝气在燃烧过程产生二氧化碳量334kg③。轮胎热裂解制取炭黑用电量为500kWh,折合燃油量156kg,燃油燃烧产生二氧化碳520kg④。③和④相加得出废轮胎裂解炭黑过程排出的二氧化碳总量为854kg。

经过上述计算对比,采用轮胎裂解方法比传统原生方法生产每吨炭黑减少二氧化碳排放量2621kg。

以工信部规定的废旧轮胎综合利用项目指导意见中对废轮胎裂解项目产能的要求,新建生产线产能最低为2万吨。因此采用轮胎热裂解工艺制备炭黑每年可生成炭黑约7000吨,减少二氧化碳排放量1.83万吨。

3 碳交易

废旧轮胎热裂解过程是一个资源循环再生利用的过程,项目的有效实施减少了二氧化碳排放量,为我国建设和谐社会、应对气候危机、实现社会可持续发展提供了强大的支撑,为遏制全球变暖趋势做出了积极的贡献。

目前全球范围内共有20多个碳排放交易平台,交易标的主要有两种,一是二氧化碳排放配额,以及由此衍生出来的类似期权与期货的金融衍生品,二是相对复杂的减排项目。按照碳交易市场的发展现状来看,有望超过石油市场,成为世界第一大市场。我国也在进行碳排放交易的试点工作,近些年来借助市场化的手段确定北京、天津、上海,重庆、湖北,广东和深圳市7省市开展碳排放交易试点,开展低碳城市建设。中国即将于2017年全面启动全国碳排放交易市场,首期纳入的企业涉及11个行业7000多家大型企业。[2]

无论是国内的碳排放交易市场还是国际间的气候变化谈判,都离不开碳计量。目前计量在我国低碳经济发展中的关键性、基础性作用远没有体现出来,碳计量还有广阔的发展空间。实施碳排放交易的基础是要对参与交易的企业能准确计量排放量。中国电力、热力、石油化工、炼焦、冶炼等行业排在碳排放量的前列。短期内做到对行业内所有企业的计量CO2排放量是不可能的。企业根据申报排放量进行自检,同时环保部门对企业实行监督性检测。尽管理论上可行,但实际操作中也存在一些问题:(1)缺乏法定的数据计算方法;(2)实时检测设备成本太高;(3)数据覆盖面小。行业有了统一的排放量计算方法并得到环保部等的支持有利于企业在碳排放交易中有理有据,合法获利。

除了准确计算碳排放量外,目前我国在碳排放交易中还存在着一些不足,1、碳排放交易起步较晚,基础薄弱,制度标准欠缺;2、地方规定参差不齐,交易过程缺乏法律保障;3、交易量少,流动性差。

4 结论

没有计量就没有交易,低碳经济的特征是减少碳排放,构筑低能耗低污染的经济发展体系。碳排放交易是通过增加成本一直无节制的CO2排放,遏制全球变暖的趋势,维持社会的可持续发展。但是目前无论欧美发达国家还是发展中国家都没有在碳计量方法上达成一致意见。中国单位生产产值的能耗比世界平均水平高很多,降低能耗需要建立规范的评价体系、计量方法和相关标准。尤其是节能环保领域的新技术更需要科学有效的CO2排放量计算方法做依托,支撑行业未来的发展。

废轮胎作为城市化进程的产物,不加利用的堆积不仅占用大量土地资源而且容易滋生蚊蝇传播疾病,有时甚至会引起火灾,不得不重视。同时废轮胎也是一种很好的城市矿产资源,如能有效利用将节约大量资源并直接减少CO2的排放量。目前我国大多数地区开始对当地的环境加大环保投入力度,建设低碳城市,依靠技术进步大力节能减排,加强环境治理,树立低碳意识,降低二氧化碳排放量,走绿色发展的道路。 

参考文献:

[1] 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)

[2] 碳排放交易网  

 

作者简介

刘囡南,男,汉族,河南安阳人,中科钢研节能科技有限公司,从事工程管理和项目研发相关工作

 

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