煤制烯烃的碳足迹分析

本研究下游以烯烃产品为核算边界，上游边界包括煤的开采、煤的运输、煤气化单元、合成气转换单元、合成气制甲醇单元、甲醇制烯烃单元，分析流程图如图3所示。

图3　煤制烯烃产业链生命周期核算边界

在煤矿的开采过程中碳足迹的产生主要来自两个方面：电力消耗和甲烷气体泄漏。本研究中将基于2015年中国总煤产量和总CH4泄漏量计算出采煤过程中的平均CH4泄漏因子进行基础计算，如式（1）所示。

其中，EFcbm为采煤业CH4平均泄漏因子，EMCH4为中国采煤业年CH4泄漏量，Pcoal为中国煤年产量。

总排放则包括CH4泄漏排放和电力消耗产生的间接排放，如式（2）所示。

其中，EMcm为煤炭开采过程总碳足迹；EFcbm为采煤过程温室气体泄漏因子，以CO2排放量表示，吨CO2/吨煤；Qcoal为煤炭产量；ELIcm为煤炭开采单位电力消耗因子，38.94 千瓦时/吨煤；EFelectric为电力排放因子，0.850 3千克CO2/千瓦时。

煤炭的洗选过程中碳足迹主要源自设备使用产生的电力消耗进而引起的间接排放，因此该部分碳排放计算公式如式（3）所示。

其中，Qcoal为煤制烯烃工艺年消耗量；ELIws为单位电力消耗，3.44 千瓦时/吨；EFelectr为电力排放因子，0.850 3 千克CO2/千瓦时。

煤炭运输过程中碳足迹的产生主要是交通工具的燃料消耗，如汽油、柴油、电力等能源的消耗（见表2）。根据式（4）、式（5）结合排放因子可计算出煤炭运输过程产生的碳足迹。(www.xing528.com)

表2　不同运输方式能源消费强度

其中，j 表示运输方式，EFtransp，j为该运输方式下单位能源密集度，千焦/吨千米；Dj为运输距离，千米；W 为煤炭运输量，吨；EMtransp为各运输方式燃料消耗量，兆焦；EFpe为各燃料排放因子，克CO2/兆焦。本案例运输距离约为177 千米，全程铁路运输。

CTO 工艺部分碳排放可分为直接排放和间接排放，其中直接排放包括工艺排放、催化剂再生、燃煤锅炉烟气、硫回收烟气中的碳排放；间接排放为外购电力所导致的排放。对于碳足迹而言，还将包括工厂建设过程的耗材所带来的间接碳排放，CTO 工艺碳足迹采用式（6）计算。

其中，EMmp为CTO 工艺总碳足迹；EMdirect为直接碳排放产生的碳足迹，包括工艺排放、催化剂再生、燃料燃烧排放；EMelectr代表电力消耗产生的间接碳足迹；EMcon代表煤制烯烃工艺建设过程中耗材等产生的碳足迹。

根据上文构建的计算框架对CTO 产业链碳足迹进行全面考察，进而为下一步碳减排工作的开展提供理论数据，表3为碳足迹详细分布情况，图4为CTO 总碳足迹分布情况，可以得出在煤炭全生命周期中，CTO 生产版块碳足迹占比最大，占总碳足迹的93.81%，因此，降低总产业链碳排放应当首先从CTO 工艺减排入手。通过层次分析法可知，工艺相关碳足迹占比最大，此部分碳足迹占全生命周期碳足迹的89.71%，通过进一步分析发现，工艺相关碳足迹中CO2产品塔尾气中的CO2纯度最高，占CTO 生产板块足迹的59.4%，可直接用于工业合成原料，锅炉烟气中CO2浓度仅为6%左右，因此产品塔尾气中的CO2最具有利用价值，应当作为CO2减排的首要着力点。故应当考虑充分利用高浓度高排量的CO2产品塔尾气，该部分尾气总量占总碳足迹的一半以上，且浓度相对较高，因此利用该部分的CO2作为气源构建相关产业链并进行分析评价。

表3　CTO 工艺产业链碳足迹分布状况

图4　CTO 工艺产业链碳足迹分布图