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CN111401717B - 评价对二甲苯生产过程产品碳足迹的方法及其应用 - Google Patents

评价对二甲苯生产过程产品碳足迹的方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及评价对二甲苯生产过程产品碳足迹的方法及其应用。所述方法包括：将已知碳足迹数据的原料的碳足迹数据值设定为迭代初值，按照生产过程中物料的循环路径来计算产品的碳足迹数据；当计算得到的产品碳足迹数据与设定初值的误差满足要求时，相关计算结果即为对二甲苯生产过程物料碳足迹数据；当计算得到的产品碳足迹数据与所设定的迭代初值相差不满足要求时，重新进行下一轮迭代，直至相邻两次迭代计算的误差满足要求；最终，通过循环迭代方法获得对二甲苯生产过程产品的碳足迹数据。所述方法能够获得更准确、更可靠、更贴近实际生产的碳足迹数据，为实现实际生产向低碳转型提供更切实、更科学的指导。

Description

评价对二甲苯生产过程产品碳足迹的方法及其应用
技术领域
本发明涉及化学、化工领域，具体而言，涉及评价对二甲苯生产过程产品碳足迹的方法及其应用。
背景技术
随着人们对温室气体排放管理越来越重视，越来越多的组织机构和政府部门开始采用“碳足迹(Carbon Footprint)”来衡量产品、服务、组织、城市及国家的温室气体排放量，为减排方案的制订提供决策依据。产品碳足迹是按照产品全生命周期范围，核算其温室气体排放，是产品从其原料获取、生产、使用以及废弃的整个生命周期内所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。
对二甲苯(p-X)是石化行业重要原材料，其生产过程能源消耗量大，同时会排放大量温室气体，按照全生命周期方法评价芳烃生产装置的产品碳足迹，不仅可以掌握芳烃生产各环节的碳排放分布，同时可以获得产品的全生命周期碳排放，为行业实现低碳转型提供重要指导。
按照碳足迹评价原则，开展对二甲苯生产过程的产品碳足迹评价需要计算生产过程所涉及的各个生产单元或处理过程的原料带入排放、能源使用排放等排放数据；同时将各个环节排放的CO2按照生产过程分配到产品当中，分配方法主要包括：(1)物理分配，例如按照共生产品的质量、运输货物的体积、产品的单元数量、化学成分等；(2)经济性分配，根据产品离开混合输出过程的经济价值将共生过程产生的排放分配给所研究产品和共生产品。
以芳烃联合装置生产过程为例，二甲苯生产过程中物料循环量较大，甚至超过了新鲜进料(即重整油)的数量，因此对该过程进行碳足迹评价需要考虑物料循环过程的影响，主要包括：异构化单元C8芳烃→二甲苯精馏单元C8芳烃→吸附分离单元的抽余液→异构化单元C8芳烃；歧化烷基转移C8芳烃→二甲苯精馏单元C9→歧化烷基转移单元→B/T精馏单元C8芳烃。在计算循环物料作为原材料带入的碳排放量时，需要已知循环物料的碳足迹数据，而该数值通常需要完成下游装置的碳排放足迹计算后才能得到。例如计算二甲苯精馏单元产品C8芳烃的碳足迹时，需要已知重整油、异构化C8芳烃和歧化烷基转移C8芳烃的原料带入排放，重整油碳足迹排放数据可以由炼油生产过程计算，而异构化C8芳烃和歧化烷基转移C8芳烃的原料碳排放数据需要由下游异构化单元和歧化烷基转移单元的碳足迹数据得到，而该数据在不进行上游二甲苯精馏单元的碳足迹计算时是难以得到的。
因此，为了克服上述矛盾，开发评价对二甲苯生产过程产品碳足迹的新方法十分具有现实意义。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种评价对二甲苯生产过程产品碳足迹的方法，所述方法在统筹考虑生命周期的前提下，将已知碳足迹数据的原料的碳足迹数据值设定为迭代初值，并通过循环迭代方法不断对计算过程和计算结果进行迭代和判定，最终获得更准确、更可靠、更贴近实际生产的碳足迹数据，为实现实际生产向低碳转型提供更切实、更科学的指导。
本发明的第二目的在于提供上述评价方法在评价芳烃联合生产工艺的产品碳足迹方面的应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
评价对二甲苯生产过程产品碳足迹的方法，其包括：
将已知碳足迹数据的原料的碳足迹数据值设定为迭代初值，按照生产过程中物料的循环路径来计算产品的碳足迹数据；
当计算得到的产品碳足迹数据与设定初值的误差满足要求时，相关计算结果即为对二甲苯生产过程物料碳足迹数据；
当计算得到的产品碳足迹数据与所设定的迭代初值相差不满足要求时，重新进行下一轮迭代，直至相邻两次迭代计算的误差满足要求；
通过循环迭代方法获得对二甲苯生产过程产品的碳足迹数据。
可选地，所述对二甲苯生产过程包括二甲苯精馏单元、吸附分离单元、异构化单元、歧化烷基转移单元和芳烃抽提单元。
可选地，所述对二甲苯生产过程中的物料流程如图1所示。
二甲苯精馏单元是将原料重整油、歧化单元来的C8+芳烃和异构化单元来的C8+芳烃分离为重整油C6～C7馏分、C8+吸附分离原料、C9芳烃和重芳烃，有的企业的芳烃联合装置也可以分离出邻二甲苯产品。重整油C6～C7馏分送往芳烃抽提单元，C9芳烃送往歧化烷基转移单元，重芳烃作为产品送出装置。
吸附分离单元的作用将通过吸附和解吸方法将二甲苯精馏单元的混合C8芳烃分离为抽出液(p-X产品)和抽余液(混合C8芳烃)，其中抽余液主要组成为间二甲苯和邻二甲苯，需要送往异构化单元将其转化为对二甲苯。
异构化单元是在临氢和催化剂作用下，将吸附分离单元来的贫对二甲苯的C8芳烃(抽余液)转化为对二甲苯趋于平衡的C8芳烃。
芳烃抽提装置以重整油C6～C7馏分为原料，生产苯/甲苯混合芳烃和抽余油；其中抽余油作为产品送出装置，苯/甲苯混合芳烃送至歧化及烷基转移单元的苯/甲苯分馏单元进行产品精馏。
歧化烷基转移单元是以芳烃抽提来的苯/甲苯混合芳烃、二甲苯精馏来的C9/C10芳烃为原料，通过歧化和烷基转移反应生产低乙苯含量的优质C8芳烃，并送往二甲苯精馏单元，同时副产苯、少量轻烃和燃料气。
可选地，将所述二甲苯精馏单元的原料的碳足迹数据值设定为异构化C8芳烃和歧化烷基转移C8芳烃的迭代初值，计算二甲苯精馏单元、吸附分离单元、异构化单元的产品碳足迹数据。
可选地，所述二甲苯精馏单元的原料的碳足迹数据值为重整油的碳足迹数据值。
可选地，所述重整油的碳足迹数据值由上游的炼油生产过程计算获得。
可选地，当计算获得的异构化C8芳烃碳足迹的计算值与所述迭代初值的误差满足要求时，所述计算值继续用于计算歧化烷基转移单元和芳烃抽提单元的产品碳足迹。
可选地，当计算获得的异构化C8芳烃碳足迹的计算值与所述迭代初值的误差不满足要求时，将所述计算值设定为新的迭代初值，进行新一轮的迭代计算，直至相邻两次迭代计算的异构化C8芳烃碳足迹数据的误差满足要求时停止迭代，并将停止迭代时的异构化C8芳烃碳足迹的计算值设定为计算歧化烷基转移单元和芳烃抽提单元的产品碳足迹的迭代初值。
可选地，当获得的歧化烷基转移单元和芳烃抽提单元的产品碳足迹的计算值与所述迭代初值的误差满足要求时，所述计算值视作对二甲苯生产过程产品碳足迹。
可选地，当获得的歧化烷基转移单元和芳烃抽提单元的产品碳足迹的计算值与所述迭代初值的误差不满足要求时，将所述计算值设定为新的迭代初值，进行新一轮的迭代计算，直至相邻两次迭代计算的误差满足要求时停止迭代，停止迭代时的计算值视作对二甲苯生产过程产品碳足迹。
可选地，当所述误差不大于0.5kgCO2/t时，视作满足要求。
作为本发明一种实施方式，如图2所示，评价对二甲苯生产过程产品碳足迹的方法包括：
将二甲苯精馏单元的原料(重整油)的碳足迹数值设定为异构化C8芳烃和歧化烷基转移C8芳烃的碳足迹数值，则可以通过计算二甲苯精馏单元、吸附分离单元和异构化单元产品碳足迹数据，得到异构化C8芳烃碳足迹数值，通过该数值与设定初值(或上次迭代值)比较，当误差满足一定要求时，可继续计算抽提单元和歧化烷基转移单元产品碳足迹；否则需要将此次计算出的异构化C8芳烃碳足迹数值带入二甲苯精馏单元重新进行下一轮迭代计算，直至前后两次迭代的误差满足要求。
当异构化C8芳烃碳足迹数据收敛后，可计算抽提单元和歧化烷基转移单元产品碳足迹，并进行歧化烷基转移C8芳烃与设定初值(或上次迭代值)比较，当误差满足一定要求时，导出物流的碳足迹数据即为产品碳足迹；否则将歧化烷基转移C8芳烃碳足迹数据代入二甲苯精馏单元进行下一轮迭代计算，直至前后两次迭代的误差满足要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的评价对二甲苯生产过程产品碳足迹的方法，在统筹考虑全生命周期的前提下，将已知碳足迹数据的原料的碳足迹数据值设定为迭代初值，并通过循环迭代方法不断对计算过程和计算结果进行迭代和判定，最终获得更准确、更可靠、更贴近实际生产的碳足迹数据，为实现实际生产向低碳转型提供更切实、更科学的指导。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1为本发明一种实施方式中，对二甲苯生产过程中的物料流程图；
图2为本发明一种实施方式中，芳烃联合装置生产对二甲苯的产品碳足迹评价过程图；
图3为本发明一种实施方式中，芳烃联合装置生产对二甲苯的工艺物料碳足迹图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
某60万吨/年对二甲苯(p-X)联合装置由芳烃抽提、二甲苯精馏、异构化、吸附分离和歧化烷基转移等单元构成，如图1所示。图2和图3分别为芳烃联合装置生产对二甲苯的产品碳足迹评价过程图和芳烃联合装置生产对二甲苯的工艺物料碳足迹图。原料包括C6+重整生成油、外购混合二甲苯；主要产品包括对二甲苯、汽油调和组分、苯、重芳烃、粗甲苯以及燃料气，同时可以生产邻二甲苯。其中，二甲苯精馏装置能力为385万吨/年，吸附分离装置能力为327万吨/年，异构化装置加工能力为266万吨/年。物料平衡数据和装置碳排放数据如表1所示。
表1芳烃联合装置物料平衡表
Figure BDA0002405864510000071
表2芳烃联合装置能源使用排放数据
Figure BDA0002405864510000081
由上游炼油生产过程计算得到的重整油原料碳足迹为604.18kgCO2/t，因此，设定异构化C8芳烃和歧化烷基转移C8芳烃碳足迹为604.18kgCO2/t，计算得到物料碳足迹数据如表2所示。
由于表2中异构化C8芳烃碳足迹数据748.73kgCO2/t与设定值604.18kgCO2/t相差较大，因此，将748.73kgCO2/t带入二甲苯精馏单元原料——异构化C8芳烃，重新计算物流碳足迹，结果如表3所示。
由表3可知，第一次迭代后，异构化C8芳烃碳足迹数据为828.66kgCO2/t，与上次迭代结果748.73kgCO2/t相差较大，因此重复上述迭代过程，直至相邻两次结果相近，其值如表4所示。
由表4可知，异构化C8芳烃碳足迹数据收敛结果为927.26kgCO2/t，此时，二甲苯精馏单元的原料——异构化C8芳烃碳足迹数据为927.05kgCO2/t，两者相差误差小于0.5kgCO2/t，收敛结果较好。
当异构化C8芳烃碳足迹数据收敛时，计算得到歧化C8+芳烃的碳足迹数据985.94kgCO2/t，与设定初值604.18kg CO2/t相差较大，因此以987.94kgCO2/t带入二甲苯精馏单元原料——歧化C8芳烃，重新计算物流碳足迹，结果如表5所示。
由表5可知，歧化C8芳烃碳足迹数据为1032.37kgCO2/t，与第一次迭代值985.94kgCO2/t相差较大，异构化C8芳烃碳足迹数据为：973.83kgCO2/t，与异构化第一次收敛值(927.26kgCO2/t)相差较大。因此，将异构化C8芳烃碳足迹数据973.83kg CO2/t代入二甲苯单元原料，重新计算直至其满足收敛条件，其结果如表6所示。
由表6可知，此时异构化C8芳烃碳足迹数据收敛结果为1031.42kgCO2/t，此时，二甲苯精馏单元的原料——异构化C8芳烃碳足迹数据为1031.2kgCO2/t，两者相差误差小于0.5kgCO2/t，收敛结果较好。
当异构化C8芳烃收敛后，则可以进行歧化C8芳烃碳足迹计算，即将1089.79代入二甲苯分馏单元原料——歧化C8芳烃，直至异构化C8芳烃和歧化C8芳烃均满足收敛条件，其结果如表7所示。
表3芳烃联合装置物流碳足迹数据(异构化C8芳烃一次迭代结果)
Figure BDA0002405864510000091
表4芳烃联合装置物流碳足迹数据(异构化C8芳烃第一次收敛结果)
Figure BDA0002405864510000092
表5芳烃联合装置物流碳足迹数据(歧化C8芳烃第一次迭代结果)
Figure BDA0002405864510000101
表6芳烃联合装置物流碳足迹数据(歧化C8芳烃第一次迭代下异构化C8芳烃收敛结果)
Figure BDA0002405864510000102
表7芳烃联合装置物流碳足迹数据(歧化C8芳烃、异构化C8芳烃均收敛的结果)
Figure BDA0002405864510000103
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.评价对二甲苯生产过程产品碳足迹的方法，其特征在于，
所述对二甲苯生产过程包括二甲苯精馏单元、吸附分离单元、异构化单元、歧化烷基转移单元和芳烃抽提单元；
所述二甲苯精馏单元的原料的碳足迹数据值为重整油的碳足迹数据值；所述重整油的碳足迹数据值由上游的炼油生产过程计算获得；
所述方法包括：
将已知碳足迹数据的原料的碳足迹数据值设定为迭代初值，按照生产过程中物料的循环路径来计算产品的碳足迹数据；
当计算得到的产品碳足迹数据与设定初值的误差满足要求时，相关计算结果即为对二甲苯生产过程物料碳足迹数据；
当计算得到的产品碳足迹数据与所设定的迭代初值相差不满足要求时，重新进行下一轮迭代，直至相邻两次迭代计算的误差满足要求；
通过循环迭代方法获得对二甲苯生产过程产品的碳足迹数据；
当所述误差不大于0.5kg CO2/t时，视作满足要求；
所述下一轮迭代的方法包括：将计算值设定为新的迭代初值，进行新一轮的迭代计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述二甲苯精馏单元的原料的碳足迹数据值设定为异构化C8芳烃和歧化烷基转移C8芳烃的迭代初值，计算二甲苯精馏单元、吸附分离单元、异构化单元的产品碳足迹数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当计算获得的异构化C8芳烃碳足迹的计算值与所述迭代初值的误差满足要求时，所述计算值继续用于计算歧化烷基转移单元和芳烃抽提单元的产品碳足迹。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当计算获得的异构化C8芳烃碳足迹的计算值与所述迭代初值的误差不满足要求时，将所述计算值设定为新的迭代初值，进行新一轮的迭代计算，直至相邻两次迭代计算的异构化C8芳烃碳足迹数据的误差满足要求时停止迭代，并将停止迭代时的异构化C8芳烃碳足迹的计算值设定为计算歧化烷基转移单元和芳烃抽提单元的产品碳足迹的迭代初值。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，当获得的歧化烷基转移单元和芳烃抽提单元的产品碳足迹的计算值与所述迭代初值的误差满足要求时，所述计算值视作对二甲苯生产过程产品碳足迹。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，当获得的歧化烷基转移单元和芳烃抽提单元的产品碳足迹的计算值与所述迭代初值的误差不满足要求时，将所述计算值设定为新的迭代初值，进行新一轮的迭代计算，直至相邻两次迭代计算的误差满足要求时停止迭代，停止迭代时的计算值视作对二甲苯生产过程产品碳足迹。
7.权利要求1至6任一项所述的评价对二甲苯生产过程产品碳足迹的方法在评价芳烃联合生产工艺的产品碳足迹方面的应用。
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