中国钢铁行业CO_(2)排放特征和减排路径研究——基于ARIMA-LEAP模型

为了消除对于未来粗钢、钢材以及生铁产量预测主观性,基于时间序列中的ARIMA模型,对未来相关产量进行客观预测,构建了中国钢铁行业ARIMA-LEAP模型,并以2020年为基准年,每5a为时间节点,研究了2020~2030年中国钢铁行业不同情景下全流程及各工序的CO_(2)排放情况.在技术进步中考虑了氢还原炼铁技术,在能源结构调整中考虑了发电方式调整,在此基础上分别设置了4种单一情景和4种组合情景来研究其减排潜力.结果表明,4种组合情景下的含有规模减排的3种组合情景CO_(2)减排潜力均高于单一情景.其中SUR+TER､SUR+STR和综合减排情景可以在2030年实现达峰,达峰年均为2021年,达峰时CO_(2)排放量分别为13.225亿t､13.359亿t和13.289亿t.单一情景中相较于基准情景CO_(2)减排量由高到低依次为:规模减排情景(SUR)、结构减排情景(STR)、技术减排情景(TAR),在2030年相对于基准情景的减排量分别为493.1Mt、247.8Mt以及105.1Mt.借助LEAP模型的能源核算以及CO_(2)排放核算功能,研究了综合减排情景下2020~2030年不同工序,不同能源的CO_(2)排量,其中CO_(2)排放较多的3个工序为炼铁､轧钢以及烧结工序,产生CO_(2)较多的4种能源为洗精煤、喷煤粉、电力以及焦炭,其中洗精煤CO_(2)排放量更是达到10Bt级,而其余3种能源也达到Bt级.确定了中国钢铁行业CO_(2)排放特征.对技术减排以及结构减排成本进行简单比较,制定中国钢铁行业CO_(2)减排路径.

徐州市不同行业CO_(2)排放量测算及减排措施

在城市发展过程中,准确计算城市碳排放量对优化和指导CO_(2)减排路径至关重要。通过收集26年的徐州统计年鉴,运用碳排放因子法计算了徐州市化石能源、家庭燃气、水泥、钢铁、化工、电力和交通运输的CO_(2)排放量。结果发现徐州市1995—2020年各行业CO_(2)排放量情况为:化石能源消费CO_(2)排放量为2.765 18×10^(7)~1.335 63×108t,家庭燃气CO_(2)排放量为0.931×10^(5)~5.275×10^(5)t,水泥行业CO_(2)排放量为1.050 185×10^(7)~3.894 500×10^(7)t,钢铁行业CO_(2)排放量为0.565 9×10^(6)~8.195 7×10^(6)t,化工行业CO_(2)排放量为0.722 8×10^(6)~4.411 4×10^(6)t,电力行业CO_(2)排放量为0.690 87×10^(7)~3.339 01×10^(7)t,交通运输CO_(2)排放量为0.658 0×10^(6)~7.340 3×10^(6)t。徐州市政府应根据各行业CO_(2)排放特点,从加大政策扶持、加强碳汇利用、倡导低碳发展和研发清洁能源等角度合理制定减碳措施。

耦合绿电煤气化生产化学品过程CO_(2)减排潜力

耦合可再生能源生产的绿电为煤气化反应供热以消除燃烧供热实现自热平衡的影响,不仅可有效降低气化过程CO_(2)排放量,还能提高合成气氢碳比(H/C),从而降低以煤气化为源头生产化学品的水煤气变换工段中CO_(2)排放。对不同类型的常规气化反应器和相应的耦合绿电反应器进行建模与模拟,判明合成气组分的主要影响因素,分析了温度对合成气组分的影响,探讨合成气H/C随温度变化规律,并计算不同化学品生产过程的CO_(2)减排潜力。结果表明,耦合绿电的气化反应器合成气中CO_(2)排放较常规气化反应器分别减少了12.63%(固定床)、11.01%(气流床)、9.23%(输运床)和5.12%(流化床),且H/C呈上升趋势;温度对合成气组分影响较大,热解解耦和气化反应的反应器一定程度上影响合成气组分;温度低于1500 K时,H/C随温度升高而降低;温度高于1500 K时,H/C随温度升高而缓慢升高;耦合绿电煤基化学品生产过程CO_(2)排放大幅减少,操作在更低温度和压力的气化反应器具有更高的合成气H/C和CO_(2)减排潜力;耦合绿电的固定床系统效率优势明显;考虑到耦合绿电的高温反应器存在的技术困难,耦合绿电的固定床、流化床和输运床反应器更具可行性。

燃煤电厂CO_(2)捕集的减排效率研究与展望

为了客观评价不同CO_(2)捕集技术的能耗水平,判别CO_(2)捕集技术的有效性和经济性,提出减排效率概念和计算模型。CO_(2)减排效率表示某种CO_(2)捕集技术的有效减排能力,即捕集单位CO_(2)所发生的CO_(2)有效减排量,减排效率模型对CO_(2)捕集技术的能耗进行归集和平准化计算,其值越大表明减排效果越佳。利用减排效率模型测算,目前我国燃煤电厂CO_(2)捕集技术的减排效率理论极值为98%,燃烧前、燃烧中和燃烧后捕集技术的减排效率分别达到80%、70%和58%~68%。经工程应用实践验证,减排效率模型能满足评价要求。最后对CO_(2)捕集技术的发展进行了展望,认为未来随着捕集技术的不断进步和创新,CO_(2)减排效率将超过90%。

水泥生产过程中CO_(2)减排潜力措施

文章旨在探讨水泥生产过程中CO_(2)减排的潜力措施。介绍了水泥的生产过程及CO_(2)排放来源,并提出了减排措施,包括使用替代燃料和原材料、能源效率提高、碳捕集利用与储存、流程优化和创新。通过对案例和成功项目的分析,总结出水泥生产过程中CO_(2)减排措施的关键因素,同时,探讨了国际和国内政策框架对促进可持续水泥生产的作用,评估了减排措施的经济和环境影响,以期为政府管理部门和水泥生产企业制定相关政策提供参考。

油气产业氢能利用的经济性与CO_(2)减排效益分析

中国在实现“双碳”目标和新型能源体系的构建过程中,油气产业发展中氢能利用具备独特的地域、技术和基础设施等优势。为此,总结了氢能产业的技术特点和油气产业发展氢能的优势,提出了4种典型的油气产业氢能发展路径,并运用蒙特卡罗模拟方法,从平准化成本和CO_(2)减排效益2个方面分析了各路径在不同资源禀赋条件下的发展趋势。研究结果表明:(1)蓝氢路径中,煤制氢耦合碳捕获与封存技术可以凭借其成本和CO_(2)减排优势作为油气产业氢气清洁化生产的过渡路径;绿氢路径的CO_(2)减排效益优于蓝氢路径,可以作为中长期的发展路径。(2)在天然气资源丰富、价格低于1.38元/m3的地区,天然气制氢耦合CCS技术具有较好的经济性和CO_(2)减排效果。(3)年光照有效发电小时数大于1390 h的油气田布局光伏制氢向加氢站供应清洁氢气将具有一定的经济可行性。(4)2030年,油气产业布局海上漂浮式风电制氢+天然气掺氢混合使用的业务在风力条件优越、年有效发电小时数大于2900 h的资源区将具备可行性。(5)其他资源区氢能利用路径的经济性则依赖于技术进步速度、碳市场价格和政策补贴力度。结论认为,氢能可以担当化石能源和可再生能源之间的桥梁作用,有助于持续推动能源体系向深度脱碳化发展。

优化HPPO装置工艺技术降低CO_(2)排放

采用中国石化的全套过氧化氢直接氧化制环氧丙烷(HPPO)专利技术以及中国石化长岭分公司的工业HTS催化剂,以400 kt/a的HPPO装置为例,在反应温度25~90℃、反应压力0.2~3.4 MPa、丙烯质量空速0.4~8.0 h^(-1)、甲醇/过氧化氢摩尔比4~20、丙烯/过氧化氢摩尔比1.2~10.0、pH=8.7~9.7的范围内,采用Aspen Plus软件对HPPO装置的环氧化反应单元的CO_(2)排放量进行计算。计算结果表明,改变反应温度和反应压力影响CO_(2)排放量,CO_(2)排放量由高到低,达到最低值后,由低到高;CO_(2)减排量为687.91~2942.59 t/a;各参数对CO_(2)减排量的影响程度从大到小依次为反应温度和反应压力、甲醇/过氧化氢摩尔比、丙烯/过氧化氢摩尔比、丙烯质量空速、pH。

中国民用航空器CO_(2)减排潜力的区域划分

对中国进行科学的区域划分,是研究具有区域差异性与空间相关性航空器CO_(2)排放问题并提出差异化CO_(2)减排措施的重要基础。基于2007—2016年中国部分地区民用航空器运行数据,在构建CO_(2)减排潜力分类模型的基础上,通过Kruskal算法得到省域网络关系最小生成树;采用谱聚类算法,以“最大化区划优度”为目标,划分航空器CO_(2)减排潜力的不同区域。结果表明:最优区域划分为四分区,区划优度为0.35;航空器CO_(2)减排潜力高的区域主要分布于中国西南和中南地区,潜力低的区域主要分布于东北和华北地区;针对各区域CO_(2)减排特征,从民航局、机场和航空公司等不同主体提出了差异化的区域CO_(2)减排措施。

生物炭对CO_(2)气体吸收排放影响的研究进展

全球气候变暖是当前人类所面临的共同难题,农田土壤生态系统作为温室气体排放的重要源之一,探究其对大气中主要温室气体CO_(2)的吸收和排放规律具有重要意义。有研究指出,在农田土壤中施用生物炭,可以在改善土壤结构的同时,有效减少温室气体排放,生物炭作为生物质在缺氧条件下高温热解的产物,也具有稳定性强、比表面积大、气孔结构丰富等特点。通过综述农田土壤施加生物炭后,对于CO_(2)的吸收与排放的影响与作用机理,以期为生物炭的合理施用、农田固碳减排等提供理论基础与参考依据。

碳达峰视角下的机场航空器CO_(2)减排潜力研究

科学测算机场航空器CO_(2)的减排潜力对民航实现“双碳”目标具有重要意义。基于中国31个省域(除港澳台)机场航空器CO_(2)排放量,采用面板回归方法分析了4类影响因素的减排效应;从理论最优与最佳实践视角测算了CO_(2)减排潜力;最后利用情景分析与蒙特卡洛模拟方法研究了CO_(2)达峰水平与路径。结果表明:影响因素均有积极减排效应;理论最优视角下,机场航空器CO_(2)减排潜力为1 325.79万吨,其中开放程度减排潜力最高;而最佳实践视角下,CO_(2)排放将增加;基准发展与政策减排情景下,可分别在2045年、2034年达峰;减缓机场航线网络扩张等可加速实现碳达峰。

“双碳”目标约束下企业CO_(2)协同减排路径研究

由于企业CO_(2)的大量排放,对环境造成了不可逆转的破坏,为此,在“双碳”目标的约束下,针对企业提出一种CO_(2)协同减排路径研究方案。采用核算指南和温室气体核算体系,确定制浆造纸联合工厂的核算边界,核算其CO_(2)排放量;通过分析企业CO_(2)排放量的影响因素,确定其与能源消耗间的关系,能耗增加势必是会引起CO_(2)排放量的增长;给出三点CO_(2)协同减排路径方案,从技术水平、管理水平和绿色创新能力三方面共同实现企业CO_(2)的减污降排。通过展开实验测试,结果表明,应用所提方法后,企业的能源利用率、化石燃料燃烧率均得到显著提升,CO_(2)排放量得以控制,企业每年支付能源的费用有所减少。

转炉底吹CO_(2)炼钢技术碳减排计算探讨

钢铁作为非电力行业最大碳排放行业,在我国推进双碳政策过程中,钢铁的绿色低碳发展将成为至关重要的一环。转炉底吹CO_(2)炼钢技术作为中钢协优选的50项极致能效技术之一,能够有效提升产品质量,降低生产成本,同时在减排方面具有明显效果,结合国际钢协CO_(2)排放计算方法,对转炉底吹CO_(2)工艺技术的碳排放测算方法进行探讨,通过测算使用该工艺碳减排效果4.3 kg/t,计算结果符合LCA计算要求。

内河船舶减少CO_2排放的策略研究

分析目前国内外比较关注的船舶CO2排放和国际上对海上运输船舶CO2排放控制的要求和趋势。认为我国内河船舶CO2排放标准的制定和控制将对内河船舶运输带来较大的影响。从新建船舶和现有船舶两个方面对如何降低船舶CO2排放进行了研究探讨,提出了应对措施。

石化行业CO_(2)排放核算与减排技术进展

全面细致地进行CO_(2)排放核算是炼化企业挖掘碳减排潜力、升级碳减排技术、实现“双碳”目标的基础依据。综述了国内外石化行业CO_(2)排放的核算方法与减排技术,重点介绍了CO_(2)排放核算模型、核算方法、核算指南与规范,以及基于核算结果的CO_(2)减排技术,分析了国内外大型炼化企业CO_(2)排放核算成果、减排技术效果及发展趋势,以期为炼化企业在转型发展、节能降耗、CO_(2)减排和利用等方面提供借鉴。

基于时间序列的国际CO_(2)减排效果评价方法

企业为响应国家CO_(2)减排政策,在积极寻求碳达峰,碳中和路径的过程中,了解国际CO_(2)减排效果是十分必要的。在此背景下,研究一种基于时间序列的国际CO_(2)减排效果评价方法。在完成一轮评价指标选取的基础上,利用DEMATEL方法计算评价指标的中心度和净影响程度,以此实现第二轮指标选取。利用改进熵权法计算指标权重。按照时间顺序,选取指标数值并组成指标时间序列,以此为输入并结合权重,基于时间序列构建评价模型,得出国际CO_(2)减排效果评价值,对比划分等级,得出CO_(2)减排程度。结果表明:3个地区的CO_(2)减排效果在初期差别并不大,之后评估值均呈现上升的状态。其中地区1的减排效果一直处在领先状态,从减排效果很差上升到了减排效果好的程度。地区2的减排效果评估值在前4年要大于地区2的减排效果评估值,在第4年开始评估值增幅减缓,直至第5年落后于地区3,最终减排效果只达到一般,而地区3的减排效果在第5年时达到较好程度,甚至接近了最高状态。

基于STEP7的加热炉燃烧系统CO_(2)减排技术研究与应用

针对目前CO_(2)减排技术存在的减排效果较差的问题,提出了一种基于STEP7的加热炉燃烧系统CO_(2)减排技术。介绍了加热炉燃烧系统的结构,分析了常规CO_(2)减排流程在变量复杂度方面存在的不足,引入了化学吸收法优化减排效率,并建立了应用有机醇胺的CO_(2)吸收模型。实际测试结果表明:该方法具有较好的减排性能,CO_(2)吸收速率高、减排负荷低、CO_(2)能源再生效果好。

中国水层CO_(2)地质封存技术攻关方向

在国家“碳达峰碳中和”战略目标下,为了延长化石能源行业的生命周期,亟需进行大规模碳减排的重大革命,其中CO_(2)地质封存(CCS)这一大规模碳减排的托底技术,已在全球达成共识。为此,系统梳理了全球CCS发展趋势,并针对中国CCS地质特点和工程技术现状,分析了中国发展水层CCS面临的挑战和难点,提出了中国水层CO_(2)地质封存技术的攻关方向。研究结果表明:①中国水层CCS起步早,当前正在开展世界级规模水层CCS先导试验,技术水平与国外并行,CCS有望成为中国未来大规模碳减排的主要手段;②鉴于中国水层多无法回避陆相沉积、断裂发育、非均质性强等先天条件,中国未来建设大规模水层CCS将面临封存规模大、封存成本高和长期封存安全性等3个方面关键技术的挑战;③从推动和形成CCS负碳新产业角度,中国未来水层CCS碳埋存需要攻克CCS地质体评估、CO_(2)高速注入、低浓度CO_(2)封存、降低成本和地质监测等5个关键技术。结论认为,该研究认识进一步坚定了中国发展水层CCS技术的信心,提出的5个方面关键技术为快速形成负碳领域的国家战略科技力量明确了攻关方向,同时为后续推动大规模地下储氢、储氦、压缩空气储能等战略性新兴行业的发展提供了前瞻性技术支撑。

电磁感应加热技术在船舶CO_(2)减排中的应用

在碳峰中和国家战略目标下,航运相关各界高度重视船舶减排方案的研究。该文阐述了减少船舶靠港期间二氧化碳排放的重要性,分析了船舶营运靠泊期间产生二氧化碳排放的主要源头,提出了结合当前国家大力发展的岸电基础设施,采用电磁感应加热技术应用岸电为减少船舶靠港期间二氧化碳排放设想了一种理论上可行的技术方案。

煤化工工艺过程CO_2排放分析及其减排技术

分析了煤化工产业中煤制甲醇、煤直接液化和间接液化、煤制烯烃等工艺过程中CO_2的排放,并介绍了3种CO_2减排技术:CO_2收集和储存技术、CO_2循环利用技术和CO_2化学转化技术。应高度重视CO_2化学转化技术的开发,把CO_2化学转化为附加值高的化学品。

微藻光合减排燃煤电厂烟气CO_(2) 及资源化利用研究进展

微藻光合作用固定燃煤发电厂烟气CO_(2)及其生物质能源化资源化利用已成为低碳循环的核心技术,是实现我国“双碳”目标有效途径之一。然而烟气中CO_(2)浓度高(相对自然界藻类生长的空气氛围),且存在易溶酸性气体,如SO_(2)等,对微藻光合生长及碳转化过程是极大挑战,造成我国微藻捕集烟气CO_(2)的工程应用非常有限。为促进微藻固定烟气CO_(2)发展,针对烟气高浓度CO_(2)和含SO_(2)等酸性气体的特点,从耐受烟气氛围的高效藻种构建、微藻对高浓度碳的代谢及转化过程调控再到烟气中高浓度CO_(2)在光生物反应器中的传输及转化过程进行全面综述。小球藻是最有望实现微藻生物固定烟气CO_(2)的藻种。通过筛选和驯化等方式,小球藻可适应烟气的高碳浓度和一定浓度下酸性气体的胁迫,并保持较高固碳速率。烟气在光生物反应器内溶解传输及引起多相流动是影响微藻固碳性能的关键,强化反应器内的CO_(2)传输并抑制SO_(2)酸性气体溶解是有效提高微藻光合固碳的有效手段,同时优化反应器结构,改善光照、混合和曝气条件等可有效提高微藻生物量的积累与烟气CO_(2)的固定速率。微藻生物质的利用能有效增加微藻减排烟气CO_(2)的经济性,总结了微藻生物质能源化、资源化、高值化可利用途径和研究进展,包含微藻酯交换合成生物柴油、微藻热解合成生物油和生物气以及微藻发酵合成生物合成气的工艺流程和相关研究进展。为提高微藻生物质资源利用的经济效益,指出微藻作为高值产品合成原料的利用方向,以及藻渣作为碳基材料的资源化利用方式。提出以发展高价值利用为前提,协同微藻基生物燃料和生物炭等产品的高值化、能源化、资源化梯级利用方向,以此提高微藻生物固定烟气CO_(2)系统的经济性和可行性,同时推动微藻生物质新能源的研究,为我国烟气CO_(2)的生物减排及资源化利用提供指导,促进绿碳经济发展。