CN115125028A - 一种常减压装置抽真空系统的碳足迹分配方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种常减压装置抽真空系统的碳足迹分配方法，应用于碳足迹评价技术领域，该方法包括：根据常减压装置抽真空系统的能耗数据,确定常减压装置抽真空系统在生产减压塔每种侧线产品过程中的总碳排放量；根据减压塔各侧线产品的物性数据，计算减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量；根据减压塔各侧线产品的平均相对摩尔质量和常减压装置抽真空系统的总碳排放量，计算减压塔每种侧线产品的碳排放量；针对减压塔每种侧线产品的碳排放量，计算减压塔每种侧线产品的碳足迹；本申请根据在减压塔运行中抽真空蒸汽的作用和能量消耗，分配抽真空系统所产生的碳排放量，体现了能源转化为能量过程的碳排放本质特点。

Description

一种常减压装置抽真空系统的碳足迹分配方法

技术领域

本申请涉及碳足迹评价技术领域，具体而言，涉及一种常减压装置抽真空系统的碳足迹分配方法。

背景技术

产品“碳足迹(Carbon Footprint)”是评价一种产品或服务在生命周期内产生的温室气体排放量，通常以二氧化碳质量当量CO2e为评价单位。

常减压装置是炼油加工行业的龙头，其能源消耗和温室气体排放量大，在进行产品碳足迹评价中，需要将产品生产各个环节的二氧化碳排放按照产品生产过程分配到产品当中，即获取1t产品所排放的二氧化碳，由于常减压装置具有一种原料生产多种产品的特点，其碳排放的分配方法依据过程不同而出现较大差异，目前开展产品碳足迹评价技术对共生产品的二氧化碳排放方法包括：物理性分配、经济性分配和其他分配；物理性分配包括：以输出的共生产品的质量、运输货物的体积、热和电力的能源含量、产品的单元数量、化学成分等进行分配。经济性分配则是根据产品离开输出过程时的经济价值分配生产过程的碳排放量，常减压装置作为炼油生产过程的第一道工序，通常是将原油分离为汽油、柴油、煤油、减压蜡油等馏分，典型的常减压装置由电脱盐、换热网络、常压蒸馏、减压蒸馏、加热炉及其烟气余热回收等组成，其常减压装置工艺流程如图2所示。

图2中，原油经换热后进入初馏塔或初馏塔，闪蒸出或馏出部分轻组份，塔底拔头原油经换热后由加热炉加热至一定温度进入常压塔。原油在常压塔内被分割成石脑油和侧线煤油、柴油等馏份，塔底为常压重油，沸点一般高于350℃，为了防止常底油结焦和分解，需要将常压重油在减压真空条件下进行蒸馏，减压塔就是进一步从常压重油中分离出重质油料的蒸馏设备，通过减压蒸馏可以从常压重油中蒸馏出沸点约550℃以前的馏分油。

减压塔的抽真空系统是保持减压塔呈真空条件的重要设施，可以采用蒸汽喷射器(也称蒸汽喷射泵或抽空器)或机械真空泵，图3是典型的蒸汽喷射泵流程示意图。

图3中，减压塔顶流出的不凝气、水蒸气和带出的少量油气首先进入冷凝器，水蒸气和油气被冷凝后排入水封池，不凝气则由一级喷射器抽出从而在冷凝器中形成真空，由一级喷射器抽来的不凝气再排入一个中间冷凝器，将一级喷射器排出的水蒸气冷凝，不凝气再由二级喷射器抽走而排入大气，蒸汽喷射器由喷嘴、扩张器和混合室构成，具体结构如图4所示。

图4中，1—喷管；2—蒸汽入口；3—气体入口；4—混合气出口；5—扩张器；高压蒸汽由蒸汽入口进入喷射器，先经收缩喷嘴将压力能变成动能，在喷嘴出口处可以达到极高的速度(1000～1400m/s)，从而形成高真空度，不凝气从气体入口被抽吸进来，在混合室内与驱动蒸汽混合并一起进入扩张器，扩张器中混合流体的动能又转变为压力能，使压力略高于大气压，混合气从而由出口排出，蒸汽喷射器的能量利用效率较低，仅2％左右，其中末级蒸汽喷射器的效率最低，机械真空泵的能量利用效率一般比蒸汽喷射器高8～10倍，还能减少污水量。

减压塔顶抽真空系统消耗蒸汽量大，进行碳足迹评价时，需要将上述蒸汽产生的碳排放量分配到减压塔各个侧线产品当中，按照目前质量分配、经济性分配和其他方法均不能反映抽真空蒸汽在减压塔运行中的作用及能量消耗去向，因此未能体现碳排放的本质特征。

发明内容

本发明提出一种分配常减压装置抽真空系统碳排放量的方法，按照减压塔抽真空蒸汽在减压塔运行中的作用及能量消耗去向，分配抽真空蒸汽所产生的二氧化碳排放，真正体现能源转化为能量过程排放二氧化碳及能量在推动过程进行中的演化特点。

常减压装置抽真空系统的作用是造成塔内的负压环境以降低物料气液相之间的分离难度，塔内的真空环境主要促进了塔内气相物料的生成，即有利于各侧线产品的拔出。减压塔产品在减压塔的进料段呈气相状态，各侧线产品在塔底气相中的分压大小代表了物料拔出的难易程度和蒸汽抽真空的作用，分压大的物料意味着其更易拔出，蒸汽造成的真空环境对其气相生成的作用更大，另一方面，抽真空系统的作用是将塔内气相物料由负压状态“加压”到常压状态以输送到塔外，塔内气相在压力升高过程中所消耗的体积功，与产品在塔内的体积有关，因此按照体积分率或分压或摩尔流率分配抽真空蒸汽可以体现生产不同产品所消耗的能量多少，该能量消耗是产生碳排放量的主要原因，因此由此评价的产品碳足迹更加体现抽真空系统的运行特点。

为了实现上述分配方法，本申请提供了一种常减压装置抽真空系统的碳足迹分配具体实施方式，包括：

根据常减压装置抽真空系统的能耗数据,确定常减压装置抽真空系统在生产减压塔每种侧线产品过程中的碳排放量；

根据所述减压塔每种侧线产品的物性数据，计算所述减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量，所述物性数据包含：石油馏分的恩氏蒸馏曲线、相对密度、S含量等；计算减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量的中间关联数据包含：恩氏蒸馏曲线数据、中平均沸点、体积平均沸点、标准相对密度、平均沸点矫正值、恩氏蒸馏曲线斜率等；

根据所述减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量和所述常减压装置抽真空系统的碳排放量，计算所述减压塔每种侧线产品的碳排放量；

针对所述减压塔每种侧线产品的碳排放量，计算所述减压塔每种侧线产品的碳足迹。

在本申请一实施例中，根据常减压装置抽真空系统的能耗数据,确定常减压装置抽真空系统在生产减压塔每种侧线产品过程中的碳排放量，包括：

确定常减压装置抽真空系统在生产运行中的排放源,排放源包含：蒸汽排放源、电力排放源及其他排放源；

根据不同类型排放源的能耗数据，计算所述常减压装置抽真空系统在生产运行中的碳排放量：

其中，E_s表示抽真空系统的碳排放量，C_s表示常减压装置抽真空系统的蒸汽消耗量，C_p表示常减压装置抽真空系统的电消耗量，f_s表示常减压装置抽真空系统的蒸汽排放因子和f_p表示常减压装置抽真空系统的电力的排放因子。

在本申请一实施例中，根据所述减压塔每种侧线产品的石油馏分的恩氏蒸馏曲线、相对密度、S含量等；计算减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量的中间关联数据包含：恩氏蒸馏曲线数据、中平均沸点、体积平均沸点、标准相对密度、平均沸点矫正值、恩氏蒸馏曲线斜率，计算所述减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量，包括：

当恩氏蒸馏数据中缺少部分馏出体积沸点时，按照以下公式拟合恩氏蒸馏曲线，并补充计算10％、30％、50％、70％、90％馏出体积的气相温度t：

根据恩氏蒸馏曲线馏出体积10％、30％、50％、70％、90％的气相温度t₁₀、t₃₀、t₅₀、t₇₀、t₉₀，计算体积平均沸点T_V：

根据恩氏蒸馏曲线馏出体积10％到90％之间的沸点值，计算恩氏蒸馏曲线斜率S：

根据所述体积平均沸点T_V和所述恩氏蒸馏曲线斜率S，计算石油馏分中平均沸点矫正值Δme：

Δme＝exp(-0.236097-0.012557·t_v ^0.6667+3.794295·S-1.99733·S²+0.581655·S³-0.063981·S⁴)；

根据所述体积平均沸点T_V与所述平均沸点矫正值Δme，得到石油馏分中平均沸点T_me：

T_me＝Y_v-Δme；

根据所述减压塔每种侧线产品的物性数据，计算所述减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量：

其中，t表示不同馏出体积V时的气相温度，单位℃，t₀表示初馏点温度，单位℃，V表示馏出体积，单位％；a、b表示恩氏蒸馏曲线参数；t₁₀、t₃₀、t_50、t₇₀、t₉₀表示恩氏蒸馏曲线馏出体积10％、30％、50％、70％、90％的气相温度，单位℃；S表示恩氏蒸馏曲线斜率，单位℃％，t₉₀-t₁₀表示恩氏蒸馏曲线斜率中10％到90％之间部分蒸馏数据；Δme表示中平均沸点校正值，单位℃；T_me表示石油馏分中平均沸点，单位K；T_V表示体积平均沸点，单位K；M_i表示侧线产品i的平均相对摩尔质量，单位kg/kmol，20℃标准相对密度依据

由国际标准相对密度转换得到，单位kg/m³。

在本申请一实施例中，根据所述减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量和所述常减压装置抽真空系统的总碳排放量，计算所述减压塔每种侧线产品的碳排放量，包括：

按照以下公式，根据所述减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量M_i和每种侧线产品的质量流量m_i，计算每种侧线产品的摩尔流量F_i；

按照以下公式，根据所述减压塔抽真空系统的碳排放量E_s和所述减压塔每种侧线产品的摩尔流量F_i，计算所述减压塔侧线产品i的碳排放量ΔCEi；

其中，ΔCE_i表示减压塔侧线产品i的碳排放量，∑_iF_i表示所有侧线产品的摩尔流量，单位kmol/hr，F_i表示侧线产品i的摩尔流量。

在本申请一实施例中，针对所述减压塔每种侧线产品的碳排放量，计算所述减压塔每种侧线产品的碳足迹，包括：

按照以下公式，根据减压塔每种侧线产品的碳排放量ΔCE_i与每种侧线产品i的质流量m_i，计算减压塔每种侧线产品的碳足迹ΔCF_i；

其中，ΔCF_i表示侧线产品i在抽真空生产过程中的碳排放足迹，单位kgCO₂/t，m_i表示每种侧线产品i的质量流量，单位t/hr。

本申请实施方式提供的一种常减压装置抽真空系统的碳足迹分配方法，与现有技术相比，目前还没有以常减压装置抽真空系侧线产品摩尔流量计算该产品的碳排放量，属于首次提出。常减压装置抽真空系统在减压塔运行过程中主要促进塔内气相物料的生成，有助于侧线产品的馏出。具体来说，本方案根据常减压装置抽真空系统的能耗数据,确定抽真空系统在生产过程中的碳排放量；根据减压塔侧线产品的恩氏蒸馏曲线、相对密度、S含量的物性数据，经中间关联数据中平均沸点、体积平均沸点、标准相对密度、平均沸点矫正值、恩氏蒸馏曲线斜率等计算侧线产品的平均相对摩尔质量；并以此将抽真空系统碳排放量分配到各侧线产品；由此计算得到的碳足迹数据更加精准地反映抽真空系统生产产品过程的碳排放情况。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的一种常减压装置抽真空系统的碳足迹分配方法中计算侧线产品的平均相对摩尔质量的框架图。

图2示出了本申请实施例所提供的一种常减压装置抽真空系统的碳足迹分配方法中涉及背景技术的常减压装置工艺流程示意图。

图3示出了本申请实施例所提供的一种常减压装置抽真空系统的碳足迹分配方法中涉及背景技术的蒸汽喷射泵流程示意图。

图4示出了本申请实施例所提供的一种常减压装置抽真空系统的碳足迹分配方法中涉及背景技术的蒸汽喷射器的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请提供一种常减压装置抽真空系统的碳足迹分配方法的具体应用实施例，具体包含有如下内容：某1000×10⁴t/a常减压装置抽真空系统的减压塔物料平衡和减压塔每种侧线产品各馏分油的物性数据如表1和表2所示，上述常减压装置的减压塔顶采用二级蒸汽抽真空系统，消耗1.0Mpa、蒸汽量为13t/hr；

表1减压塔物料平衡数据

表2减压塔的物性数据

根据常减压装置抽真空系统的蒸汽消耗量C_s和蒸汽排放源因子f_s，计算常减压装置抽真空系统在生产运行过程中的碳排放量E_s；

E_s＝226.82kgCO₂/t×13t/hr＝2948.66kgCO₂/hr；

根据上述减压塔每种侧线产品各馏分油的物性数据，计算减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量，以减一线为例，由t₀＝235℃，t₁₀＝253℃，t₅₀＝282℃，求得蒸馏曲线模型参数a＝57.09，b＝0.51051，利用蒸馏曲线模型求得恩氏蒸馏数据中缺少的部分馏出体积气相温度t₃₀＝268.5℃，t₇₀＝297.2℃；

根据恩氏蒸馏曲线馏出体积10％、30％、50％、70％、90％的气相温度t₁₀、t₃₀、t₅₀、t₇₀、t₉₀，计算体积平均沸点T_V；

由此可知，

即281.42℃；

根据恩氏蒸馏曲线馏出体积10％到90％之间的沸点平均升高值，计算恩氏蒸馏曲线斜率S；

根据体积平均沸点T_V和恩氏蒸馏曲线斜率S，计算石油馏分中平均沸点矫正值Δme；

Δme＝exp(-0.236097-0.012557·t_v ^0.6667+3.794295·S-1.99733·S²+0.581655·S³-0.063981·S⁴)；

＝exp(-0.236097-0.012557·281.42^0.6667+3.794295·0.675-1.99733·0.675²+0.581655·0.675³-0.063981·0.675⁴)＝2.83K；

根据体积平均沸点T_V与平均沸点矫正值Δme的差值，得到减一线馏分的中平均沸点T_me；

T_me＝T_v-Δme＝554.57K-2.83K＝551.74K；

根据减一线馏分中平均沸点T_me，计算减压塔侧线产品的平均相对摩尔质量M_i；

同理可计算每种侧线产品平均相对摩尔质量M_i，计算结果如表3所示；

表3减压塔各侧线产品平均相对摩尔质量计算结果

根据总碳排放量E_s和减压塔每种侧线产品的摩尔流量F_i，计算减压塔每种侧线产品的碳排放量ΔCE_i，减一线产品碳排放量为：

则，减一线产品的碳足迹：

同理可计算其他侧线产品碳排放量和碳足迹，结果如表4所示；

项目	减压塔顶油气	减一线	减二线	减三线	减四线
						平均相对摩尔质量M，kg/kmol	136.45	212.77	321.59	446.98	436.31
摩尔流量，kmol/hr	32.25	225.60	665.45	239.38	89.39
						碳排放，kgCO<sub>2</sub>/hr	75.94	531.30	1567.16	563.76	210.51
碳足迹，kgCO<sub>2</sub>/t	17.259	11.069	7.323	5.269	5.398

表4减压塔侧线产品的碳足迹分配结果。

Claims (5)

1.一种常减压装置抽真空系统的碳足迹分配方法，其特征在于，所述方法包括：

根据常减压装置抽真空系统的能耗数据,确定常减压装置抽真空系统在生产减压塔每种侧线产品过程中的碳排放量；

根据所述减压塔每种侧线产品的物性数据，计算所述减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量，所述物性数据包含：石油馏分的恩氏蒸馏曲线、相对密度、S含量，计算所述减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量的中间关联数据包含：恩氏蒸馏数据、中平均沸点、体积平均沸点、标准相对密度、平均沸点矫正值、恩氏蒸馏曲线斜率；

根据所述减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量和所述常减压装置抽真空系统的总碳排放量，计算所述减压塔每种侧线产品的碳排放量；

针对所述减压塔每种侧线产品的碳排放量，计算所述减压塔每种侧线产品的碳足迹。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据常减压装置抽真空系统的能耗数据,确定常减压装置抽真空系统在生产减压塔每种侧线产品过程中的碳排放量，包括：

确定常减压装置抽真空系统在生产运行中的排放源,所述排放源包含：蒸汽排放源、电力排放源及其他排放源；

根据不同类型排放源的能耗数据，计算所述常减压装置抽真空系统在生产运行中的碳排放量：

E_s＝C_s·f_s+C_p·f_p

其中，E_s表示抽真空系统的碳排放量，C_s表示常减压装置抽真空系统的蒸汽消耗量，C_p表示常减压装置抽真空系统的电消耗量，f_s表示常减压装置抽真空系统的蒸汽排放因子和f_p表示常减压装置抽真空系统的电力的排放因子。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述减压塔每种侧线产品的物性数据，计算所述减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量，包括：

当恩氏蒸馏数据中缺少部分馏出体积沸点时，按照以下公式拟合恩氏蒸馏曲线，并补充计算10％、30％、50％、70％、90％馏出体积的气相温度t：

根据恩氏蒸馏曲线馏出体积10％、30％、50％、70％、90％的气相温度t₁₀、t₃₀、t₅₀、t₇₀、t₉₀，计算体积平均沸点T_V：

根据恩氏蒸馏曲线馏出体积10％到90％之间的沸点值，计算恩氏蒸馏曲线斜率S：

根据所述体积平均沸点T_V和所述恩氏蒸馏曲线斜率S，计算石油馏分中平均沸点矫正值Δme：

根据所述体积平均沸点T_V与所述平均沸点矫正值Δme，得到石油馏分中平均沸点T_me：

T_me＝T_v-Δme；

根据所述减压塔每种侧线产品的物性数据，计算所述减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量：

其中，t表示不同馏出体积V时的气相温度，单位℃，t₀表示初馏点温度，单位℃，V表示馏出体积，单位％；a、b表示恩氏蒸馏曲线参数；t₁₀、t₃₀、t₅₀、t₇₀、t₉₀表示恩氏蒸馏曲线馏出体积10％、30％、50％、70％、90％的气相温度，单位℃；S表示恩氏蒸馏曲线斜率，单位℃％，t₉₀-t₁₀表示恩氏蒸馏曲线斜率中10％到90％之间部分蒸馏数据；Δme表示中平均沸点校正值，单位℃；T_me表示石油馏分中平均沸点，单位K；T_V表示体积平均沸点，单位K；M_i表示侧线产品i的平均相对摩尔质量，单位kg/kmol，20℃标准相对密度依据

由国际标准相对密度转换得到，单位kg/m³。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量和所述常减压装置抽真空系统的碳排放量，计算所述减压塔每种侧线产品的碳排放量，包括：

按照以下公式，根据所述减压塔每种侧线产品的平均相对摩尔质量M_i和每种侧线产品的质量流量m_i，计算每种侧线产品的摩尔流量F_i；

按照以下公式，根据所述减压塔抽真空系统的碳排放量E_s和所述减压塔每种侧线产品的摩尔流量F_i，计算所述减压塔侧线产品i的碳排放量ΔCEi；

其中，ΔCE_i表示减压塔侧线产品i的碳排放量,∑_iF_j表示所有侧线产品的摩尔流量，单位kmol/hr，F_i表示侧线产品i的摩尔流量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所述减压塔每种侧线产品的碳排放量，计算所述减压塔每种侧线产品的碳足迹，包括：

按照以下公式，根据减压塔每种侧线产品的碳排放量ΔCE_i与每种侧线产品i的质流量m_i,计算减压塔每种侧线产品的碳足迹ΔCF_i；

其中，ΔCF_i表示侧线产品i在抽真空生产过程中的碳排放足迹，单位kgCO₂/t，m_i表示每种侧线产品i的质量流量，单位t/hr。

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