劣质渣油加工技术碳排放分析

贾海龙，常鑫，王园园，马杰，杨晓航，郭忠森,*

(1. 盘锦浩业化工有限公司，辽宁盘锦 124124；2. 大连理工大学盘锦产业技术研究院浩业分院，辽宁盘锦 124221；3. 盘锦浩业科技有限公司，辽宁盘锦 124124)

为有效应对温室效应所导致的一系列气候问题，世界各国相继提出“碳达峰、碳中和”的任务目标和行动计划[1-3]。作为负责任的世界大国，中国政府向世界做出了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的郑重承诺[4]，由此产生的碳减排压力对以高能耗、高碳排放为行业特点的石油炼制行业的发展带来了重大影响。此外，2020年我国原油对外依存度已高达73.5%，全年原油进口量达5.42亿t[5]，石油炼制行业同样肩负着保障国家能源安全的重要使命。因此，如何清洁低碳地加工好每一滴原油，尤其是劣质渣油组分的绿色深加工成为炼厂发展的重要课题[6]。

以延迟焦化技术为代表的脱碳工艺和以渣油加氢技术为代表的加氢工艺是劣质渣油深加工的两大路径。其中，延迟焦化技术具有技术成熟、流程简单、投资及操作费用低、原料适应强等优点，但其仍存在液相收率低、资源利用不充分等缺点[7]；渣油加氢技术是近年来新兴的渣油加工技术，具有转化率高、液相收率高等优点，但仍存在装置投资大、技术复杂等缺点[8]。众多研究者针对延迟焦化技术和渣油加氢技术进行了大量的研究工作，但对两种技术在实际应用情况下的碳排放情况对比研究的报道较少。

笔者以某炼厂的渣油加工装置为研究对象，通过对加工能耗和碳排放情况进行分析，对比了延迟焦化装置和渣油加氢装置之间碳排放的差异，以期为渣油加工装置碳减排提供指导。

1 装置简介

某炼厂渣油加工装置共有2套，分别为140万t/a延迟焦化装置和120万t/a渣油加氢装置，工艺流程见图1和图2。

图1 延迟焦化装置工艺流程示意

图2 渣油加氢装置工艺流程示意

由图1可见：延迟焦化装置主要由加热炉、焦炭塔、分馏塔和吸收稳定系统等组成，操作模式为切换使用焦炭塔A/B的间接模式。

由图2可见：渣油加氢装置主要有加热炉、反应器、气-液“四分”系统和分馏系统组成，操作模式为连续操作。

2 碳排放核算过程

2.1 碳排放核算方法

石油加工过程中CO2排放源可分为3种：工艺排放、燃料燃烧排放和外购公用工程间接排放[9-10]。不同CO2排放源的核算方法见表1，相关系数见表2。

表1 不同碳排放源核算方法

表2 碳排放核算相关系数

2.2 碳排放核算基础数据

某炼厂140万t/a延迟焦化装置和120万t/a渣油加氢装置公用工程消耗数据见表3。

表3 单位处理量下公用工程消耗情况对比

由表3可见：延迟焦化装置在燃料气和蒸汽上消耗较大，而渣油加氢装置电能消耗较大。

3 碳排放核算结果

延迟焦化装置和渣油加氢装置的碳排放核算结果对比见表4。

表4 单位处理量下各公用工程碳排放核算结果单位：kg CO2/t原料料

由表4可见：延迟焦化装置单位总碳排放量为170.09 kg CO2/t原料；渣油加氢装置单位总碳排放量为78.95 kg CO2/t原料；渣油加氢装置单位总碳排放量仅为延迟焦化装置的46.41%。考虑到间接排放碳源不可回收，故进一步对比燃料直接燃烧所产生的碳排放情况。其中，渣油加氢装置单位直接碳排放为13.53 kg CO2/t原料，延迟焦化装置单位直接碳排放为34.57 kg CO2/t原料，渣油加氢装置单位直接碳排放量仅为延迟焦化装置的39.14%。

结合表2、表3和表4，进一步探究延迟焦化装置碳排放较高的原因，分析可见：延迟焦化装置碳排放量较高的主要原因在于因装置除焦、吹扫等工艺所需的蒸汽消耗量较大，其3.5 MPa蒸汽消耗量为渣油加氢装置的4.02倍，1.0 MPa蒸汽消耗量为渣油加氢装置的4.34倍；同时，蒸汽碳排放因子更高，分别是燃料气的3.11倍和电能的2.07倍。延迟焦化碳排放量高的另一原因在于燃料气的大量使用，其燃料气使用量为渣油加氢装置的2.56倍。炉出口温度接近的情况下，燃料气用量出现较大差距的原因有：①延迟焦化装置液收较低，大量热量残存在焦炭中无法取出，进而冷焦过程造成大量热量浪费，而渣油加氢装置由于均为液相产品，可通过进出料有效换热方式回收热量；②延迟焦化反应核心为热裂解-缩合反应，反应过程需吸收大量热量，而渣油加氢反应核心为加氢反应，反应过程同时伴随大量热量生成，这部分热量随反应产物与进料进行换热。

4 结论

以某炼厂渣油加工装置为研究对象，通过对比延迟焦化装置和渣油加氢装置的碳排放情况，得到如下结论。

1)相比于延迟焦化工艺，渣油加氢工艺是较为理想的低碳技术，其单位总碳排放量为78.95 kg CO2/t原料，单位直接碳排放量仅为13.53 kg CO2/t原料，分别是延迟焦化装置的46.41%和39.14%。

2) 3种碳排放源中，蒸汽的碳排放因子最高，分别为燃料气的3.11倍和电能的2.07倍，延迟焦化装置大量使用蒸汽是其总体碳排放量较高的主要原因。

3)处理同等质量渣油，延迟焦化装置燃料气用量及碳排放更高的最本质原因在于热裂解-缩合结焦反应。

4)延迟焦化装置降低碳排放应从提高液相收率和降低公用工程消耗量两方面同时进行；而渣油加氢装置应更注重采用变频节电技术。