本發(fā)明涉及碳排放，尤其是涉及一種基于碳足跡評估的精餾過程碳減排優(yōu)化方法。

背景技術：

1、近年來，溫室氣體排放過量引發(fā)的氣候變化問題越發(fā)變多，碳足跡評價和碳減排優(yōu)化成為目前各行業(yè)研究的熱點。精餾作為最常見的單元操作過程，廣泛應用于石化行業(yè)中混合物的分離。精餾是利用混合物中各組分揮發(fā)度的差異，實現(xiàn)組分高純度分離的操作，過程需要消耗大量的能源，間接產(chǎn)生大量的溫室氣體排放。目前研究主要集中于精餾塔智能優(yōu)化設計和工藝的優(yōu)化設計，缺乏關于精餾過程全生命周期碳足跡評估和碳減排優(yōu)化，因此，需要利用全生命周期評估的方法量化精餾過程碳足跡，并提出可行的碳減排優(yōu)化方法降低過程碳排放。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明主要是解決了現(xiàn)有碳減排優(yōu)化主要集中于精餾塔智能優(yōu)化設計和工藝的優(yōu)化設計，缺乏關于精餾過程全生命周期碳足跡評估和碳減排優(yōu)化的問題，提供了一種基于碳足跡評估的精餾過程碳減排優(yōu)化方法。

2、本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種基于碳足跡評估的精餾過程碳減排優(yōu)化方法，包括以下步驟：

3、s1.確定精餾過程碳足跡評估的功能單位和系統(tǒng)邊界；

4、s2.根據(jù)溫室氣體排放分析精餾過程，獲取涉及碳足跡的物質和能源；

5、s3.基于生命周期評價，根據(jù)所述物質和能源建立精餾過程碳足跡評估模型；

6、s4.根據(jù)模型計算精餾過程碳足跡，分析精餾過程碳足跡貢獻率，確定主要碳排放來源以進行對應碳減排優(yōu)化。

7、本發(fā)明從精餾過程全生命周期評價方面對碳足跡進行核算，準確評估了精餾過程的碳足跡，為后續(xù)碳足跡優(yōu)化提供了基準，更好提出碳減排優(yōu)化方案。本發(fā)明利用全生命周期評價方法量化精餾過程的碳足跡，根據(jù)碳足跡來源分析對應提出可行的碳足跡優(yōu)化方法，精準的實現(xiàn)精餾過程碳減排優(yōu)化。本發(fā)明利用全生命周期評價方法對精餾過程的碳足跡進行評估，根據(jù)評估進行對應碳減排優(yōu)化，可以實現(xiàn)不同類型的精餾過程碳足跡評估和碳減排優(yōu)化，為石化行業(yè)低碳研究提供支持，助力實現(xiàn)碳中和目標。

8、作為一種優(yōu)選方案，所述步驟s1具體包括：

9、根據(jù)每處理單位噸數(shù)原料產(chǎn)生的溫室氣體排放確定碳足跡評估的功能單位；

10、對精餾過程進行劃分，劃分包括設備的生產(chǎn)過程，運行過程和廢棄處理過程，確定碳足跡評估的系統(tǒng)邊界。

11、確定精餾過程碳足跡評價的功能單位為每處理1噸原料產(chǎn)生的溫室氣體排放。精餾過程設備包括精餾塔、再沸器、冷凝器、泵，系統(tǒng)邊界為精餾過程中精餾塔、再沸器、冷凝器、泵的生產(chǎn)過程、運行過程和廢棄處理過程。

12、作為一種優(yōu)選方案，所述步驟s2具體包括：

13、根據(jù)生產(chǎn)過程中設備生產(chǎn)消耗原材料產(chǎn)生溫室氣體排放，確定涉及碳足跡的原材料；

14、根據(jù)運行過程中設備運行所需物質和能源產(chǎn)生溫室氣體排放，確定涉及碳足跡的物質和能源；

15、根據(jù)廢棄處理過程設備處理廢棄物產(chǎn)生溫室氣體排放，確定涉及碳足跡的廢棄物。

16、精餾過程設備包括精餾塔、再沸器、冷凝器、泵。對精餾過程進行數(shù)據(jù)清單分析，在精餾各設備的生產(chǎn)過程中，考慮各設備生產(chǎn)所需的原材料產(chǎn)生的溫室氣體排放，包括精餾塔、再沸器、冷凝器和泵生產(chǎn)過程消耗的原材料，三種設備都是金屬材質為主，例如其中最常用的是碳鋼材料，由此確定涉及碳足跡的原材料為碳鋼。運行過程考慮泵所需的電力、再沸器所需的蒸汽、冷凝器所需的循環(huán)水等公用工程消耗產(chǎn)生的溫室氣體排放和原料液代入的溫室氣體，由此確定涉及碳足跡的物質和能源為電力、蒸汽、循環(huán)水、原料液。廢棄處理過程考慮廢棄精餾塔、廢棄再沸器、廢棄冷凝器和廢棄泵廢棄物處理過程產(chǎn)生的溫室氣體排放，例如上述原材料為碳鋼，則由此確定碳足跡的廢棄物為廢棄碳鋼。通過分析清單數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)過程精餾塔、再沸器、冷凝器和泵生產(chǎn)所需的原材料消耗量；運行過程電力、蒸汽、循環(huán)水、原料液的消耗量；廢棄處理過程各種廢棄物的處理量。

17、作為一種優(yōu)選方案，獲取涉及碳足跡的物質和能源，同時獲取物質和能源對應的碳足跡因子。

18、每種物質和能源分別具有其對應碳足跡因子，在根據(jù)精餾全生命周期的生產(chǎn)、運行、廢棄處理過程獲得涉及碳足跡的物質和能源后，同時獲取這些物質和能源對應的碳足跡因子。如清單數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)過程精餾塔、再沸器、冷凝器和泵生產(chǎn)所需的原材料消耗量，以及原材料的碳足跡因子，運行過程電力、蒸汽、循環(huán)水、原料液的消耗量，以及三種能源和原料液對應的碳足跡因子，廢棄處理過程各種廢棄物的處理量及其對應的碳足跡因子。

19、作為一種優(yōu)選方案，建立精餾過程碳足跡評估模型，模型為生產(chǎn)過程的碳足跡，運行過程的碳足跡，廢棄處理過程的碳足跡的總和。

20、設定生產(chǎn)過程的碳足跡，運行過程的碳足跡，廢棄處理過程的碳足跡，將三者相加為精餾過程處理原料的碳足跡。根據(jù)前述設定的功能單位，設定模型為精餾過程每處理單位噸數(shù)即一噸原料的碳足跡。

21、精餾過程碳足跡模型具體公式表示如下：

22、cfp=cfpp+cfpo+cfpw

23、式中，cfp（kgco2-eq/噸）為精餾過程每處理一噸原料的碳足跡，cfpp（kgco2-eq/噸）為生產(chǎn)過程的碳足跡，cfpo（kgco2-eq/噸）為運行過程的碳足跡，cfpw（kgco2-eq/噸）為廢棄處理過程的碳足跡。

24、作為一種優(yōu)選方案，所述生產(chǎn)過程的碳足跡為各種原材料的消耗量與對應碳足跡因子乘積的總和，與運行過程原料液處理量的商，其中運行過程原料液處理量為原料液流量，年運行時間，設備壽命，參數(shù)的乘積。

25、生產(chǎn)過程碳足跡表示如下：

26、cfpp=∑x(mx*kx)/a

27、其中，x為生產(chǎn)過程各種原材料的類型，mx(kg)為每種原材料的消耗量，kx(kgco2-eq/kg)為每種原材料對應的碳足跡因子。

28、精餾過程全生命周期內原料液處理量滿足以下公式：

29、a=f1*t*n*0.001

30、其中，a（噸）為運行過程原料液的處理量，f1(kg/h)為流量，t（小時）為年運行時間，n（年）為設備壽命。

31、精餾塔高、塔質量、再沸器質量和冷凝器質量滿足以下公式：

32、z=(n/e1-1)s

33、mt=z*h*a

34、mr=1000*qr*b*p2/(?t2-t1)k

35、mc=1000*qc*b*p2/(?t3-t1)k

36、其中，z(m)為精餾塔高，n為塔板數(shù)，e1為全塔效率，s(m)為塔板距離，a為塔質量換算系數(shù)，mt(kg)為精餾塔質量，mr(kg)為再沸器質量，qr(kw)為再沸器負荷，t1(℃)為原料液進料溫度，t2(℃)為再沸器出口溫度，t3(℃)為冷凝器出口溫度，k(w/m2℃)為傳熱系數(shù)，b(m)為換熱器厚度，p2(kg/m3)為碳鋼密度，qc(kw)為冷凝器負荷，mc(kg)為冷凝器質量。

37、作為一種優(yōu)選方案，所述運行過程的碳足跡為原料液流量與原料液碳足跡因子的乘積，電力消耗量與電力碳足跡因子的乘積，蒸汽消耗量與蒸汽碳足跡因子的乘積，循環(huán)水消耗量與循環(huán)水碳足跡因子的乘積的總和，與運行過程原料液處理量的商。

38、相應的運行過程的碳足跡表示如下：

39、cfpo=?(ako+eke+zskz+hwkh)/a

40、其中，ko(kgco2-eq/kg)為原料液的碳足跡因子，e(kwh)為運行過程電力消耗量，ke(kgco2-eq/kg)為電力的碳足跡因子，zs(kg)為蒸汽消耗量，kz(kgco2-eq/kg)為蒸汽的碳足跡因子，hw(kg)為循環(huán)水消耗量，kh(kgco2-eq/kg)為循環(huán)水的碳足跡因子。

41、蒸汽消耗量、循環(huán)水消耗量以及運行過程電力消耗量的公式表示如下：

42、zs=qr*t*3600/r

43、hw=qc*t*3600/cpδt

44、e=f2*p1*g*h*e2*t*n/(3600*1000)

45、其中，f2(m3/h)為泵流量，p1?(kg/m3)為原料液密度，e2為泵效率，h(m)為泵揚程，r(j/kg)為蒸汽比汽化熱，cp(j/kg℃)水比熱容，δt?(℃)為循環(huán)水進出口溫差。

46、作為一種優(yōu)選方案，所述廢棄處理過程的碳足跡為廢棄處理過程中每種廢棄材料處理量與其對應碳足跡因子乘積的總和，與運行過程原料液處理量的商。

47、廢棄處理過程的碳足跡表示如下：

48、cfpw=∑y(my*ky)/a

49、其中，y為廢棄物的種類，my(kg)為每種廢棄物的質量，ky(kgco2-eq/kg)為每種廢棄物處理的碳足跡因子。

50、作為一種優(yōu)選方案，所述的分析精餾過程碳足跡貢獻率，具體包括：

51、分別計算生產(chǎn)過程，運行過程，廢棄處理過程的碳足跡在精餾過程碳足跡中所占比例，獲得生產(chǎn)過程，運行過程，廢棄處理過程碳足跡貢獻率。

52、在建立精餾過程碳足跡模型后，將精餾過程相關參數(shù)代入模型進行計算，獲得精餾過程碳足跡，同時可以計算獲得生產(chǎn)過程、運行過程和廢棄處理過程的碳足跡。通過分別計算生產(chǎn)過程、運行過程、廢棄處理過程的碳足跡在精餾過程碳足跡中所占百分比，分別作為生產(chǎn)過程、運行過程、廢棄處理過程碳足跡貢獻率，根據(jù)貢獻率比較以進行對應碳減排優(yōu)化操作。

53、作為一種優(yōu)選方案，所述的確定主要碳排放來源以進行對應碳減排優(yōu)化，具體包括：

54、將精餾過程各過程貢獻率按大小進行排序，確定貢獻率最大的過程為主要碳排放來源，對該過程中涉及碳足跡的來源進行碳減排優(yōu)化。

55、因此，本發(fā)明的優(yōu)點是：

56、1.從精餾過程全生命周期評價方面對碳足跡進行核算，準確評估了精餾過程的碳足跡，為后續(xù)碳足跡優(yōu)化提供了基準，更好提出碳減排優(yōu)化方案。

57、2.利用全生命周期評價方法量化精餾過程的碳足跡，根據(jù)碳足跡來源分析對應提出可行的碳足跡優(yōu)化方法，精準的實現(xiàn)精餾過程碳減排優(yōu)化。

58、3.利用全生命周期評價方法對精餾過程的碳足跡進行評估，根據(jù)評估進行對應碳減排優(yōu)化，可以實現(xiàn)不同類型的精餾過程碳足跡評估和碳減排優(yōu)化。