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.

碳中和视域下四川省能源消费CO_(2)与大气污染物协同减排研究

化石燃料的使用是CO_(2)和大气污染物的主要来源,两者具有同源性。在中国提出碳中和目标背景下,各省份均面临较严峻的减排形势。四川省是中国优质能源供应基地和西部经济高质量发展的重要增长极,减排责任尤为重大。基于2011—2020年的四川统计年鉴和中国能源统计年鉴相关数据,设计基准、低碳和强化低碳3个情景,通过Leap模型对四川省2022—2050年的能源消费量和CO_(2)、大气污染物排放量进行预测,并分析不同情景下CO_(2)和大气污染物的减排效果,最后基于分析结果提出相应建议。

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%。

微藻生物固定CO_(2)耦合污染物减排技术应用及展望

“碳达峰”与“碳中和”(“双碳”)是传统工业面临的巨大挑战,如何实现减污降碳协同增效愈加重要。微藻光合作用能固定CO_(2),还可利用废气及废水等作为营养源生长,减排污染物的同时实现生物质增值,是有望助力“双碳”战略目标的新型生物技术路线。基于微藻固碳减排技术的发展现状,探讨了微藻光合作用固定CO_(2)的机理;综述了影响微藻固碳效率的无机碳源、传质、光源、温度及pH值等关键因素及强化策略;深入分析NO_(x)、SO_(x)等在微藻培养体系中的溶解、传输、吸收利用及转化机理;系统探讨了微藻减排烟气污染物的方法和技术路线;进一步归纳了在污水处理以及重金属处理方面的作用机理和潜力;围绕微藻生物质的高价值转化以及产业化应用等方面开展了相关综述。最后讨论了微藻生物技术当前实践面临的挑战和未来前景,为“碳中和”探索协同减污降碳的技术方法、开发应用及工程实践提供参考。

面向电力传输的大气污染物及CO_(2)减排效应研究

由于优化电力配置后不同地区污染负担被重新分配,政府开展了空气污染减排政策。为此,文章提出研究面向电力传输的大气污染物及CO_(2)减排效应。对全国全部监测站点的电力传输数据进行分析和统计,选择QIO模型模拟2022年的年均电力传输量,估算不同省份的大气污染物及CO_(2)排放量;按照获取数据结果选择对应减排措施,以工业发达城市作为减排模拟区域,分别对大气污染物及CO_(2)实行减排措施。综合减排模拟结果来看:对SO_(2)、NO_(x)、CO_(2)。减排量贡献最大的措施为“工业设施改燃”、对PM_(2.5)、PM_(10)、PMTSP减排贡献最好的措施是“淘汰自备电站”。

“双碳”目标约束下企业CO_(2)协同减排路径研究

以贵州省凯里市某制浆造纸企业为对象,在“双碳”目标约束下,对该企业CO_(2)排放核算与减排路径进行研究。采用温室气体核算体系确定某制浆造纸企业排放边界、识别排放源、收集活动水平数据、通过筛选适宜排放因子,对企业生产活动、能源使用和废水处理过程CO_(2)排放进行核算,结果表明化石燃料燃烧是主要排放源,过程排放和能源消耗亦贡献部分排放。而对企业内部管理和技术水平提升协同减排措施进行实验测试,也证实CO_(2)协同减排路径在提高能源利用率和降低成本等方面的有效性,因此研究结果为行业实施“双碳”目标提供了策略方向。

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。

CO_(2)捕捉技术在船舶减碳中的应用分析及展望

船舶碳捕集技术成为当前减少船舶碳排放的重要解决方案之一。针对短期内减少船舶尾气CO_(2)排放的问题,本文系统梳理了CO_(2)捕捉技术及其在船岸的应用和发展;通过对比分析法得出不同方式的CO_(2)捕捉技术的成熟度及优缺点,并在此基础上深入分析了目前CO_(2)捕捉技术在船舶应用中存在的捕捉效率不高、运行成本较高、政策标准不完善等方面的问题;提出了未来船舶尾气碳捕捉技术发展方向及建议,为商船碳捕集技术的更深入研究和推广应用提供更多思路和参考依据。

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。

大型天然气净化厂硫磺回收装置尾气SO_(2)减排技术

GB 39728—2020《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》对新建及现有天然气净化厂硫磺回收装置大气污染物排放限值提出了更高的要求。为降低尾气SO_(2)排放浓度,实现含硫废气资源化利用,对高含硫天然气净化厂硫磺回收装置工艺技术进行了优化:(1)开发大型硫磺回收装置液硫池含硫废气回收工艺,将液硫池废气引入克劳斯炉进行硫元素回收;(2)开发大型硫磺回收装置深度热备开工技术,建立酸性气联通网,减少开工期间SO_(2)排放;(3)开发大型硫磺回收装置绿色停工工艺,利用热氮吹硫实现绿色停工。技术优化后,装置负荷100%时,尾气SO_(2)质量浓度可降至197 mg/m^(3),减少排放40%;停工期间,尾气SO_(2)排放浓度远低于甲烷吹硫模式,平均值可达237 mg/m^(3),满足GB 39728—2020对大型硫磺回收装置的SO_(2)排放要求。

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。

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。

“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。

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。