排放的實例教程
03
大氣排放碳
煉油生產(chǎn)過程中消耗的大量能量是以燃燒燃料得到的,是石化領(lǐng)域CO2排放的主要部分。石油煉制的CO2排放源為兩大類,即直接排放和間接排放:直接排放主要包括化石燃料的燃燒排放、生產(chǎn)過程中的工藝排放以及各種逃逸排放,間接排放是指外購的由化石能源轉(zhuǎn)換的電、蒸汽所產(chǎn)生的排放。由于目前針對間接排放是否列入煉油廠的實際碳排放還存在爭議,故本文的研究內(nèi)容主要是直接排放。煉油產(chǎn)生燃燒排放的主要設(shè)備為熱電鍋爐、蒸汽鍋爐、工藝爐、渦輪和火炬等,工藝排放主要來自催化裂化裝置燒焦、制氫工藝排放以及裝置的催化劑再生等過程,因逃逸排放具有不確定性、排放數(shù)量很小,未來可以采用簡化方法估算,這里暫不考慮。
碳平衡計算方法
01
原料碳計算
煉油廠物料帶入的碳量總和具體計算公式為:
02
產(chǎn)品碳計算
煉油廠產(chǎn)品的主要化學(xué)元素是碳、氫、氧等,其中碳質(zhì)量分數(shù)為80.0%~95.0%,氫質(zhì)量分數(shù)為3.0%~21.0%,由碳和氫形成的烴類構(gòu)成煉油產(chǎn)品的主要組成部分,約占96%以上。
展開 航空工業(yè)可以利用氫實現(xiàn)凈零排放
《巴黎氣候協(xié)定》和航空業(yè)界到2050年大幅降低排放的承諾,也在推動氫燃燒的研究和開發(fā)。由航空業(yè)提出的一項凈零碳排放路線圖表明,只有氫等可持續(xù)性燃料才能為2050年凈零排放目標提供現(xiàn)實的途徑。值得注意的是,電氣化將繼續(xù)幫助減少碳排放,特別是短途航班,但根據(jù)航空運輸行動小組(Air Transport Action Group)的數(shù)據(jù),航空領(lǐng)域90%以上的排放是由中遠程航班產(chǎn)生的。
其他領(lǐng)域也可以進行類似的研究,在這些領(lǐng)域,氫基解決方案必須與其他重要技術(shù)(例如能效、電池和碳捕捉)一起發(fā)揮關(guān)鍵作用,才能實現(xiàn)凈零排放的目標。
前液化空氣集團(Air Liquide)研發(fā)項目總監(jiān)、現(xiàn)任氫經(jīng)濟高級顧問Claude Heller表示:“得益于可再生能源成本的大幅下降,電力碳含量的降低和許多經(jīng)濟活動(例如交通運輸或工業(yè))的電氣化,是到2050年實現(xiàn)全球氣溫升高不超過1.5℃目標路線圖的關(guān)鍵組成部分。在所謂的難以減排的行業(yè)(例如煉鋼或航空業(yè))中,可以通過水電解產(chǎn)生的氫氣與低碳動力(例如可再生能源或核能),實現(xiàn)間接電氣化。”
跨行業(yè)普及氫能的三大關(guān)鍵挑戰(zhàn)
1. 成本
綠色產(chǎn)氫(使用可再生能源產(chǎn)氫)的成本,約為每千克5美元,與天然氣或煤油等重碳燃料相比,其價格競爭力明顯不足。
展開 第1 級(Tier 1)估算采用系數(shù)法,針對整個國家層面煉焦工業(yè)的無組織排放量估算。對于VOCs,該指南排放系數(shù)規(guī)定為7.7 g/t(焦炭產(chǎn)量)。第2 級(Tier 2)估算同為系數(shù)法。將煉焦無組織排放細分至各個源項,共給出了7 種無組織排放源各自對應(yīng)的不同污染物排放系數(shù),分別是裝煤、爐門和爐蓋泄漏、氣體排送系統(tǒng)泄漏、熄焦、推焦、燜爐、脫碳。其中,僅在裝煤和燜爐2 個環(huán)節(jié)中給出了VOCs 的排放系數(shù):裝煤7.7 g/Mg(焦炭產(chǎn)量)、燜爐3 g/Mg(焦炭產(chǎn)量)。第3 級(Tier 3)估算則是針對某一具體裝置的數(shù)學(xué)建模估算方法(見表1)。
2.2 日本
日本環(huán)境省公布的VOCs 排放量計算方法中,并未涵蓋煉焦工藝。其歷年公布的全國VOCs 排放清單中,煉焦行業(yè)VOCs 排放量統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于鋼鐵行業(yè)協(xié)會,并以苯這一特征污染物的排放量表征全體VOCs 排放量。
日本學(xué)者冰見康二在其研究中估計了煉焦行業(yè)的碳氫化合物排放量[14]。在以焦爐煤氣為燃料的煉焦工藝中,碳氫化合物排放系數(shù)為59.8 kg/108 kcal(燃料消耗),其中碳氫化合物以CH4 計。
2.3 中國臺灣
為方便地區(qū)征收VOCs 污染防治費的統(tǒng)一管理,中國臺灣環(huán)保管理部門于2012 年發(fā)布了《公私場所固定污染源申報空氣污染防制費之揮發(fā)性有機物之行業(yè)制程排放系數(shù)、操作單元(含設(shè)備組件)排放系數(shù)、控制效率及其他計量規(guī)定》,給出了各個行業(yè)的VOCs排放系數(shù)。其中,煉焦行業(yè)VOCs 排放系數(shù)為0.054 kg/t(焦炭產(chǎn)量),且對于各類特征污染物的排放比例也做出了估算(見表2)。
展開 由于碳排放權(quán)交易的總量確定,因此各國可以更好地把握減排效果。同時,碳排放權(quán)與經(jīng)濟利益掛鉤,可推動化石燃料相關(guān)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級,提高燃料利用率。對于有
CO
2
排放需求和碳排放指標盈余的企業(yè),碳排放權(quán)交易更像是橋梁,起到了資源互通、互補的作用。
02
全球碳排放權(quán)交易進展
歐盟自2005年開始根據(jù)總量控制與交易原則,建立了世界上最早的碳排放權(quán)交易市場。其碳排放權(quán)交易系統(tǒng)覆蓋了歐洲經(jīng)濟區(qū)內(nèi)電力部門、制造業(yè)和航空業(yè)約40%的碳排放。
2020年,美國設(shè)立溫室氣體減排目標的州數(shù)量增加,其中夏威夷州和加利福尼亞州計劃在2045年達成“凈零排放”。美國的碳交易市場正處于快速發(fā)展階段。“區(qū)域性溫室氣體減排倡議”(RGGI)是美國第一個基于強制性市場、旨在降低溫室氣體排放的計劃,成員包括康涅狄格州、特拉華州、紐約州等11個州。在該倡議框架下,過去幾年的成交價格不斷攀升,2020年9月甚至達到了6.82美元/短噸二氧化碳當(dāng)量。
加利福尼亞州是美國碳排放權(quán)交易市場發(fā)展最完善的州。2016年,加州成功實現(xiàn)了碳排放低于1990年水平的目標。目前,加州政府已從碳排放權(quán)交易中獲得了50億美元的稅收,這筆收入被劃歸到“溫室氣體減排基金”中,用于運作那些旨在減少溫室氣體排放的項目。此外,加州的碳排放權(quán)交易市場還通過“西部環(huán)境倡議”和加拿大魁北克省的碳排放權(quán)交易市場互通,實現(xiàn)了跨國、跨機構(gòu)合作。
除了由各個國家建設(shè)的碳排放權(quán)交易市場,一些國際組織也在推行本行業(yè)的碳排放權(quán)政策。
展開 VOC的來源可分為自然源和人為源,自然源主要來自植被排放,而人為源與人類生產(chǎn)、生活息息相關(guān),包括燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)、車輛尾氣排放、有機溶劑的使用和揮發(fā)等。根據(jù)梁小明等的研究結(jié)果,2018年我國工業(yè)源VOC排放量為12698kt,其中工業(yè)涂裝行業(yè)貢獻最大,占排放總量的27.5%。
船舶涂裝是船舶修造的重要工藝過程,涉及鋼材預(yù)處理、調(diào)漆、噴涂、烘干、點補等過程,底漆、防腐涂料、防污涂料、高溫涂料等多種涂料中的有機溶劑是VOC的主要排放源。船舶涂裝可分為室內(nèi)涂裝和外場涂裝(船臺、船塢及碼頭),其中室內(nèi)涂裝可對含VOC廢氣進行收集處理,為有組織排放,外場涂裝由于船體龐大不便于進行廢氣密閉收集,基本為無組織排放。船舶涂裝過程排放的VOC多為活性較高的有機物,如二甲苯、乙苯等,排放到大氣環(huán)境中會促進臭氧和二次氣溶膠污染的形成。
目前對于臭氧形成機制及影響因素已有較深入的認識,有關(guān)工業(yè)涂裝VOC排放對臭氧生成貢獻的研究也已大范圍開展,但關(guān)于船舶修造行業(yè)的VOC排放對臭氧影響的研究寥寥無幾。本研究基于江蘇省在我國船舶制造業(yè)中的重要地位,選取一家江蘇省船廠為研究對象,剖析船舶涂裝過程的VOC組分排放特征,計算典型物種的OFP,以期為研究江蘇省臭氧污染成因和制定船舶制造行業(yè)污染防治對策提供數(shù)據(jù)支撐。
1 材料與方法
1.1 排放量估算
涂裝過程VOC排放量的計算一般可分為實測法、排放系數(shù)法和物料衡算法等,實測法對于無組織排放具有局限性,排放系數(shù)法一般適用于大空間尺度的估算,不適用于單個企業(yè)的排放量估算,因此本研究采用物料衡算法估算該船廠涂裝過程中的VOC排放量。
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