焦化产业网络有效能情景、碳研排究放和水足迹的演化

摘要

作为大多数能源密集型工业的上游，焦化工业是典型的高能源消耗和高排放型工业。焦化行业的发展面临着资源制约、能源效率改善和碳减排的严重挑战。本文基于焦化产业网络演化历程，以有效能、生命周期碳排放和水足迹为定量研究指标，量化产业共生措施对能效和碳排放的影响，并分析不同情景实现碳减排气候目标的可行性。 本文以甘肃省某钢铁集团中焦化厂组成的产业共生网络为例，通过时间尺度下有效能和生命周期碳排放的演化分析，确定系统低效环节和潜在碳排放改善环节。同时量化焦化过程中嵌入的水足迹，识别工艺用水调整环节，初步分析焦化行业有效能损失和水足迹之间的关系。为了合理预测焦化行业发展模式，确定四种关键情景分别为产业共生、生物质焦炭生产、碳捕集封存技术和能源回收情景，预测不同情景对焦化行业能源效率和碳排放产生的影响。研究结果表明： （1）焦化厂的有效能效率从初期的26.08%提升至77.53%，但网络有效能效率仍有待提高。2012 年，耦合钢铁工业的焦化厂中硫铵作业区具有最大的比有效能损失，其次分别为脱硫作业区、焦炉、粗苯作业区和冷凝作业区。 （2）评估网络生命周期温室气体排放，4 结果显示案例中焦化网络生命周期碳排放从25.36 t CO2eq/t焦炭降低至0.91 t CO2eq/t焦炭。在网络发展中，焦化过程始终为最高排放环节，在2012年贡献了网络中76.7%的总温室气体排放量。 （3）在典型焦化企业案例研究中，焦化生产过程的水足迹和有效能效率之间呈正相关关系。蒸氨工段耗水量约是冷凝作业区中其他过程耗水量的6.4 倍，因此蒸氨工段的节能优化将降低用水足迹。在焦化行业视角下，建立焦化行业有效能损失和水足迹之间的关系。结果显示焦化行业总水足迹和有效能损失之间为显著正相关关系，其中间接水足迹对总水足迹的贡献最大，焦化行业水足迹呈现出净输入趋势。 （4）情景分析表明，独立焦化企业具有最差的有效能效率和排放特征。最佳实施情景显示出行业节能减排潜力，方案实施将实现 81.39%的有效能效率和0.58 t CO2eq/t焦炭的排放量。为了进一步降低工业碳排放，耦合碳捕集封存（CCS）技术的电力生产具有实现更清洁工业生产的潜力。将情景分析拓展至行业尺度，预测气候目标是否实现，结果显示焦化行业仅进行结构调整难以实现2030年减排目标，最佳实施情景显示能源回收措施的普及、电力脱碳化和生物质焦炭混合生产将促进减排目标的实现。

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