沥青产品的碳足迹研究

孙潇磊，张志智，尹泽群

(中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001)

沥青产品的碳足迹研究

孙潇磊，张志智，尹泽群

(中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001)

选择规范PAS2050作为石化产品碳足迹研究的基础方法依据，以某企业生产的沥青产品为评价对象，对该企业的沥青产品碳足迹进行研究，温室气体核算时间范围为2014年1—12月。分别对原料获取阶段、运输阶段、生产阶段、配送阶段和使用阶段的碳排放情况进行研究，得到原料获取阶段、运输阶段、生产阶段、配送阶段和使用阶段的碳排放系数分别为0.208，3.901×10-3，0.057 85，0.117，2.570 8 tt，最终得出该企业生产的沥青产品碳足迹为2.957 5 tt。在沥青全生命周期各阶段中，沥青使用过程的温室气体排放量最大，占全部排放量的86.92%。降低沥青环境影响的主要措施是将沥青循环利用，减少使用过程的温室气体排放。

沥青产品 碳足迹 碳排放系数

碳足迹是目前国内外普遍认可的用于应对气候变化、解决定量评价碳排放强度的研究方法，是考虑了全球变暖潜能(GWP)的温室气体排放量的一种表征。产品碳足迹是单一产品从其制造、使用以及废弃的整个“从摇篮到坟墓”的生命过程中，因燃料使用以及处理导致的温室气体排放量。开展产品碳足迹评价是企业掌握所生产产品对环境产生影响的重要手段，并由此采取可行的措施减少供应链中的温室气体排放。同时，碳足迹标识也是引导消费者实施绿色消费行为的有效手段，可以使消费者对产品生产的环境影响具有清晰的量化认识，进而引导消费决策[1-2]。本研究选择规范PAS2050作为石化产品碳足迹研究的基础方法依据，以某企业生产的沥青产品为评价对象，功能单位为1 t沥青产品，环境因素为沥青生命周期内的温室气体排放量，以当量二氧化碳(CO2e)排放量计量。将系统边界设定为产品整个生命周期，包括原料获取阶段、运输阶段、生产阶段、配送阶段和使用阶段。在此评价边界内的核算主体包括所有与该石化企业沥青生产相关的运行设施，温室气体核算的时间范围为2014年1—12月。

1 沥青组成

沥青是多组分产品，将沥青组分进行拆分便于自下而上进行数据收集。某石化企业生产的沥青组成为渣油、脱油沥青、抽出油和油浆。渣油和脱油沥青是沥青的主要组分，分别占沥青组成的75%和20%，抽出油仅占5%，催化裂化油浆用量极少，忽略不计。

2 计算方法

原油开采阶段的碳排放系数采用不同国家地理特点的加权平均值表示。

计算公式如下：

E1=∑(Ei×Ri)

(1)

式中：E1为原油开采的碳排放系数，t/t；Ei为i地区原油的碳排放因子，t/t；Ri为i地区原油所占比例，%。

原油运输阶段由于吞吐运输过程的温室气体排放主要与货物的质量有关，可按质量分配原则计算原油运输阶段的碳排放系数。

计算公式如下：

E2=∑(Ej×TjH)

(2)

式中：E2为原油运输阶段的碳排放系数，t/t；Ej为j种排放源的排放因子；Tj为j种排放源的质量，t；H为原油运输过程中各种排放的总质量，t。

沥青生产阶段的碳排放系数为沥青各组分碳排放系数之和，计算公式如下：

E3=∑(Emk×Tk)

(3)

式中：E3为沥青生产阶段的碳排放系数，t/t；Emk为沥青产品中k种组分在m单元装置的碳排放因子；Tk为沥青中第k种组分的质量分数。

各个阶段CO2排放系数计算过程中不同排放源的CO2排放因子见表1。

表1 不同排放源的CO2排放因子 tt

表1 不同排放源的CO2排放因子 tt

排放源排放因子排放源排放因子中东原油01281循环水00004非洲原油03683除盐水00091俄罗斯原油06314035MPa蒸汽02621中国原油0385610MPa蒸汽03018世界其余原油0981639MPa蒸汽03495外购电092231)燃料油32366水煤浆1780燃料气26528柴油3288氮气00019新鲜水00006压缩风000012)

3 碳排放系数计算结果

3.1 原料获取阶段

该企业生产的沥青主要包括渣油、脱油沥青和抽出油。表2对生产沥青用3种组分的原油种类及数量进行统计。其中，用于生产抽出油的原油主要来源于中东、非洲、美洲、东南亚、俄罗斯、英国和中国；用于生产渣油的原油来源于中东(沙特、伊朗(轻))、非洲(加蓬、刚果、苏丹、利比亚、埃及)、越南和中国；生产脱油沥青的原油来源于阿曼、沙特(轻)、沙特(中)，以75 300 kt/a计算。

根据表2数据和公式(1)以及相关的排放因子，计算得到原料获取阶段碳排放系数为0.207 8 t/t。

表2 2014年该企业用于生产沥青的原油统计结果 kta

表2 2014年该企业用于生产沥青的原油统计结果 kta

项 目数 据项 目数 据中东非洲 阿曼145100 加蓬(埃塔姆)10000 沙特(轻)417700 刚果(杰诺)25400 科威特145800 苏丹(尼罗)145900 伊拉克71400 利比亚(萨里尔)13900 也门7000 埃及(卡伦)36600 伊朗320700 安哥拉116900 卡塔尔13000美洲俄罗斯10000 厄瓜多尔74200英国13500 巴西9000东南亚 玻利维亚18000 印尼7600 哥伦比亚100100 越南(白犀牛)33100 加拿大16300中国(涠洲)35600 墨西哥7400

3.2 原料运输阶段

原油从产地到炼油厂需要经过2个阶段的运输：①港口之间的运输；②原油从港口到炼油厂的运输。因为没有获得油轮的碳排放系数以及具体路线的距离，本次碳足迹的研究没有考虑原油从产地到炼油厂控制港口之间运输的温室气体排放。该企业原油通过港口分部调配入厂，进厂路线有两处，从港口到厂区原油运输的流程示意见图1。

图1 从港口到厂区原油运输的流程示意

湛茂输油管线和北茂输油管线2014年用电分别达到22.08 GW·h和30.08 GW·h；另外湛茂线湛江站水煤浆锅炉耗用水煤浆13.393 kt(用于加热原油便于输送)。原油运输过程的能耗见表3。根据公式(2)计算得到原油运输阶段碳排放系数为3.901×10-3t/t。

表3 原油运输过程的能耗

3.3 产品生产阶段

进入该企业生产区的原油保存在罐区，然后经过常减压蒸馏装置生产渣油；经过常减压蒸馏和糠醛精制生产抽出油；经过常减压蒸馏和催化裂化生产催化裂化油浆；经过常减压蒸馏和丙烷脱沥青生产脱油沥青，最后，4种组分调合生产道路沥青。沥青生产流程示意见图2。由于催化裂化油浆用量极少，在图2中未列出。分别对原油罐区、常减压蒸馏装置、丙烷脱沥青装置、糠醛精制装置和沥青调合装置进行碳排放系数的计算。

图2 沥青生产流程示意

3.3.1原油罐区原油罐区存储原油消耗8.329 kt的0.35 MPa蒸汽、740 MW·h的电和10 511 900 m3压缩风。原油罐区总共排放3.917 kt CO2。根据公式(2)，结合表1和表4中数据计算得到原油罐区的碳排放系数为0.217×10-3t/t。

表4 原油罐区的能耗

3.3.2常减压蒸馏装置该企业共有5套常减压蒸馏装置，但只有1号和3号常减压蒸馏装置生产沥青。常减压蒸馏装置的排放主要包括工艺炉产生的燃烧排放以及消耗蒸汽、电力等间接排放，常减压蒸馏装置的能耗见表5。常减压蒸馏装置总加工量为5 166 903 t，共排放CO2152 414 t，炼油加工过程没有废料产生，加工过程的单元装置实现了物料平衡。按照共生产品的温室气体质量分配原则，单位原油加工量的温室气体与单位产品的温室气体排放一致。根据公式(2)，结合表1和表4中数据，得到常减压蒸馏装置生产渣油的碳排放系数为0.029 t/t。

表5 常减压蒸馏装置的能耗

3.3.3丙烷脱沥青装置丙烷脱沥青装置的排放主要包括工艺炉产生的燃烧排放以及消耗蒸汽、电力等间接排放，丙烷脱沥青装置能耗见表6。丙烷脱沥青装置加工量为404 707 t，共排放38 118 t CO2，根据公式(2)，结合表1和表6中数据，得到丙烷脱沥青装置生产沥青的碳排放系数为0.094 t/t。

表6 丙烷脱沥青装置能耗

3.3.4糠醛精制装置糠醛精制装置的排放主要包括工艺炉产生的燃烧排放以及消耗蒸汽、电力等间接排放，糠醛精制装置能耗见表7。糠醛精制装置总加工量为637 567 t，共排放58 338 t CO2。根据公式(2)，结合表1和表7中数据，得到糠醛精制装置加工单位原料的碳排放系数为0.092 t/t。

表7 糠醛精制装置能耗

3.3.5沥青调合装置沥青调合装置的排放主要包括压缩风和氮气，统计结果见表8。沥青调合装置总加工量为102 900 kt，共排放CO25 640 t。根据公式(2)，结合表1和表8中数据，得到沥青调合装置的碳排放系数为5.481×10-3t/t。

3.3.6沥青生产阶段总碳排放系数沥青生产阶段包括原油储罐、原油加工以及沥青组分调合。各种组分的生产流程中单元装置的碳排放系数之和与需要加工的沥青组成数量的乘积获得沥青单一组分的碳排放量，各个沥青组分的碳排放量之和为沥青生产阶段的碳排放量。沥青生产阶段的碳排放系数根据公式(3)进行计算，为0.057 85 t/t，其中常减压蒸馏装置的碳排放量最大，其排放量占生产阶段碳排放总量的50.13%；其次为丙烷脱沥青装置，其碳排放量占生产阶段碳排放总量的35.50%。

3.4 产品配送阶段

该企业的沥青产品采用汽车方式销往广东、广西、海南、贵州、湖南和云南等地区。采用火车方式销往云南、贵州、四川和湖南地区，同时还出口到越南、印尼、泰国和菲律宾等国家，其中90%沥青在国内销售，排除船运的方式。由于没有具体的统计数据，因此按照汽车运输沥青至湖南长沙为基础，假设运送距离为500 km，采用专门的40～50 t载重卡车进行沥青运输，卡车会空车返回，因此考虑双程排放。根据EMEP/EEA air pollution emission inventory guidebook(EEA，2009)的统计，40～50 t载重卡车空载的碳排放量是满载碳排放量的0.56倍[3]。采用《中国交通年鉴2007》公路运输的单位能耗数据计算获得沥青运输碳排放因子为0.15 kg/(t·km)，沥青运输的碳排放系数为0.117 t/t。

3.5 产品使用阶段

炼油厂生产的沥青运输到道路公司用于铺路。铺路沥青料的生产目前还主要采用热拌技术。热拌沥青混合料碳排放系数采用文献[4]中的数据，为0.018 t/t。

热拌场到施工现场距离不会太远，假设距离为10 km，铺路沥青料使用柴油卡车运输，计算沥青混合料运输的碳排放系数采用文献[5]中的数据，为 0.000 8 t/t。

沥青填埋处理造成的碳排放采用PAS2050的时间加权方法进行计算，按照沥青含碳80%计算，假设沥青在使用阶段排放延迟10年，在此后5年内平均释放，加权系数应为0.87，废旧沥青处置碳排放系数为2.552 t/t。

将沥青使用阶段各个过程的碳排放系数相加即为沥青使用阶段的碳排放量，计算结果为2.570 8 t/t。

3.6 沥青全生命周期的碳足迹

将上述各个阶段的碳排放量进行汇总得到沥青产品碳足迹，如表9所示。沥青碳足迹为2.957 5 t/t。其中原料从港口到炼油厂的运输和沥青生产是该企业控制的阶段，是碳足迹研究的主体。原油的部分阶段运输排放量占总排放量的0.13%，沥青生产阶段的排放量占总排放量的1.96%，两者合计占总排放量的2.09%。如果考虑沥青出厂以前的过程，温室气体排放占比为9.12%，排放量为0.27 t/t。

在沥青全生命周期各阶段中，沥青使用和处置过程的温室气体排放量最大，占全部排放量的86.92%。目前废旧沥青的处理包括非法的焚烧、填埋和再生利用。目前降低沥青环境影响的主要措施是尽量降低沥青填埋，提高沥青循环利用，减少使用过程的温室气体排放。

表9 该企业沥青全生命周期的碳排放

4 结 论

(1)该石化企业生产的沥青产品碳足迹为2.957 5 t/t。

(2)在沥青全生命周期各阶段中，沥青使用过程的碳排放系数最大，其排放量占全部排放的86.92%。降低沥青环境影响的主要措施是将沥青循环利用，减少使用过程的温室气体排放。

(3)该企业控制了原油的部分阶段运输和沥青的生产，两者合计占总排放量的2.09%。该阶段是控制产品碳排放的重点。

(4)从沥青全生命周期的过程排放来看，排放系数较高的单元过程包括原油开采和废旧沥青处理。废旧沥青处理是不受该石化企业控制的过程，从沥青碳排放量考虑应该从原油进口方面入手降低沥青碳排放量，调整原油进口比例。排放系数相对较低的单元过程是常减压蒸馏装置和丙烷脱沥青装置。因此应该优化原油进口，常减压蒸馏装置和丙烷脱沥青装置采用减排技术，降低单元过程排放系数。

[1] 耿涌，董会娟，郗凤明，等.应对气候变化的碳足迹研究综述[J].中国人口·资源与环境，2010，20(10)：6-12

[2] 代方舟，吴迪，王丹寅，等.工业过程的碳足迹评价与应用初探[J].生态经济，2011(10)：29-33

[4] 龚鲁义，英达.就地热再生技术的“低碳”效应[J].筑路机械与施工机械化，2010，27(5)：15-17

[5] CEPI.Framework for the development of carbon footprints for paper and board products[R].Confederation of European Paper Industries，Brussels，2007

STUDYOFCARBONFOOTPRINTOFASPHALTPRODUCTSWTBZ

Sun Xiaolei， Zhang Zhizhi， Yin Zequn

(FushunResearchInstituteofPetroleumandPetrochemicals，Fushun，Liaoning113001)

Carbon footprints of asphalt products were studied by PAS2050 standard method.The time boundary for greenhouse emission evaluation is limited in 2014.The examined stages included the raw material acquisition，production，transportation，distribution and end-using.The results indicated that the carbon emission coefficient for each stage is 0.208，3.901×10-3，0.057 85，0.117，2.570 8 t/t of asphalt.The carbon footprint of asphalt product is 2.957 5 t/t.The maximum emission of greenhouse gas is in the end-using stage of asphalt，taking over 86.92% of the total emission in whole life cycle.The main measures for reducing the environmental impact of the asphalt are reduction of greenhouse emission in end-using stage and asphalt recycle utilization.

asphalt product； carbon footprint； carbon emission coefficient

2017-07-11；修改稿收到日期2017-08-08。

孙潇磊，硕士，工程师，主要从事石化行业节能减排相关工作。

孙潇磊，E-mail：sunxiaolei.fshy@sinopec.com。

中国石油化工股份有限公司资助项目(314014)。