随着全球气候变暖趋势的日益明显，控制温室气体排放成为当前环境领域的热点问题。国际能源署(IEA)报告表明，2010年我国CO₂排放总量为82.41亿t，成为全球最大的碳排放国家，其中工业生产部门CO₂排放为68.49亿t，占排放总量的83%。因此，推动主要工业行业温室气体减排势在必行。

我国是世界上最大的焦炭生产基地，焦炭产量超过世界总产量的40%；国家统计局数据显示，2010年我国焦炭总产量为38864万t，炼焦消耗标准煤约47150万t^[1]。焦炭生产是典型的高耗能产业，焦化行业是碳排放较大的行业。焦化行业碳排放核算方法是行业减排的技术基础，特别是我国焦化生产工艺类型比较复杂，不同企业的原料种类、生产装备水平存在较大差异，因此，开展焦化行业碳排放核算方法的研究，建立科学的核算体系对于建立全国碳排放权交易市场，推进企业碳排放直报制度实施，推进行业对标减排行动，都有现实意义。

目前国内外没有统一的独立焦化企业碳排放核算方法，现有的关于焦化企业碳排放量的核算方法均属于钢铁企业碳排放核算的一部分，作为铁前工序的焦化工序计算。张肖等人对钢铁行业核算方法做了实证研究，得出了各种方法计算结果存在差异较大的结果^{[2, 3, 4]}。本文采用排放因子法和物料恒算法计算了10家典型焦化企业的CO₂排放量，并分析了计算结果的差异性，总结了不同类型焦化企业的碳排放特征，评估了不同核算方法的适用性。

目前，我国焦化企业按组织形式可以分为独立焦化企业和钢铁联合配套焦化企业，按生产工艺可分为化产回收型和清洁热回收型两类。从企业数量看，我国焦化企业主要类型是化产回收型，包括全部的钢铁联合配套焦化企业和大部分独立焦化企业，占绝对优势；清洁热回收型焦化企业较少，全国仅40余家。从企业产能看，独立焦化企业产能约占65%，钢铁企业拥有炼焦产能占35%。其中独立焦化企业中清洁热回收型产能年产能约3000万t，占总产能的7%左右。

化产回收型焦化生产工艺包括备煤、炼焦、熄焦、荒煤气净化和化学品回收（焦油、粗苯和硫铵）及其废水处理等多个环节，具体工艺流程见图1。清洁热回收焦化生产工艺包括备煤、炼焦、熄焦和发电等环节，具体工艺流程见图2。

图 1

图 1 化产回收型炼焦生产工艺流程 注：高炉/ 焦炉煤气仅适用于钢铁联合配套焦化企业

图 2

图 2 清洁热回收型炼焦生产工艺流程

结合焦化企业实际运营边界，参考现有的焦化行业碳排放核算方法提出的核算边界确定原则，确定核算边界包括炼焦、熄焦和煤气净化以及化产回收（余热发电）环节。其中，碳输入项包括入炉煤及其他含碳配料、煤气净化及废水处理的含碳化学剂和外购电力/热力，输出项包括焦炭/焦粉产品、焦油/粗苯等副产品、外输焦炉煤气和自产电力/热力等，具体见图3。

图 3

图 3 焦化企业CO2排放核算边界 注：余热锅炉发电仅适用于清洁型热回收焦炉或建有余热发电设 施的普通立式焦炉。

《IPCC2006年国家温室气体清单指南》基于化石能源终端消耗的活动性质将温室气体排放源的范围划分为固定燃烧、移动燃烧、工业生产过程排放和逸散排放^[6]。《京都议定书》则基于提供产品/服务的企业对排放源的所有权性质将排放划分为直接排放（S1）和间接排放（S2和S3）：S1是指企业拥有或控制的排放源的排放；S2是指企业消耗外购电力热力而造成的排放，属于隐含间接排放；S3是指由企业职工在从事业务相关的活动中造成的间接排放活动，如通勤和出差等^[7]。焦化企业温室气体排放源统计情况如表1所示。结合企业现有监测条件和统计数据，本文对企业移动源燃烧不做统计，包括企业自用车和员工通勤或商旅车辆、轮船、飞机引起的CO₂排放。

表 1

表 1 焦化企业CO2排放源统计

表 1 焦化企业CO2排放源统计

目前我国焦化行业CO₂排放核算采用的主要方法是IPCC清单法^[6]，即排放系数法。

IPCC清单法是采用国家焦炭生产工序的排放因子对焦化生产过程CO₂排放量进行估算，计算公式如下：

式中，ECO₂表示源自焦炭生产的二氧化碳排放量，单位为吨；P表示企业生产的焦炭量，单位为吨；EFCO₂是排放因子，单位为吨CO₂/吨焦炭产量。

我国温室气体清单编制中涉及到焦化行业CO₂排放核算，均是作为钢铁生产中焦化工序计算，采用的排放系数是2006年IPCC冶金焦生产工序CO₂缺省排放因子“0.56 t CO₂/t生产的焦炭”。国际上还有另一种排放系数法是基于燃料和动力介质等的消耗或者设备进行计算，如温室气体议定书（GHG）^{[8, 9, 10]}、日本的钢铁联盟志愿行动计划^[11]和综合能源统计^[12]等，这些方法均是统计其化石燃料和动力介质的消耗量，然后分别乘以对应的CO₂排放系数并进行加和计算；但因为炼焦生产中CO₂排放除了化石燃料燃烧排放，还有工业过程和煤气逸散排放，因而本研究未采用以上方法对焦化企业的CO₂排放进行计算。

物料衡算法（碳平衡法）是指一定时间内炼焦生产系统中所消耗原料含碳总量与产品含碳总量的差额即是碳排放量，然后换算为CO₂排放量。该方法以生产过剩中损失的碳均是以CO₂的形式排放到空气中的假设为前提。目前国内外涉及焦化行业CO₂排放核算方法采用物料衡算法原理的有三种： IPCC^[6]、国际钢铁协会（第一版）^{[13, 14]}和欧盟碳交易体系。

具体计算过程中，IPCC中焦化企业各输入输出项碳含量因子均是缺省值，而我国各焦化企业原料和产品品种差异很大；国际钢铁协会的能源种类是按照工序和用途划分的，与中国按煤炭种类划分实际不一致；欧盟碳交易体系是按照煤炭/焦炭的灰分和挥发分对碳含量因子进行经验估算，且我国焦化企业监测统计现状能满足其核算项要求。因此，本文采用欧盟碳交易体系中的核算方法，具体核算项如图3中输出和输入所示。计算公式如下：

其中，CC是焦炭生产所消耗的煤炭量，单位为t；PM表示其他入炉含碳物料，单位为t；BG表示焦炉加热消耗的各种燃气量，包括焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气，单位为m³或GJ；NIC表示焦炭生产总量，单位为吨；COG表示除去用于焦化厂加热后剩余（或外输）焦炉煤气总量，单位为m³或GJ；COB表示焦炉煤气净化的副产品量，单位为吨；CX表示投入或产出各物料的含碳量，单位为吨C/吨物料（或m³燃气）；Qk表示净购入电力和热力量，单位为MWH或吨；EFk表示电力热力的CO₂排放因子，分别参考我国国家电网排放因子和能源通则折标煤系数。

实测法是基于特定工厂数据，即实测CO₂排放数据可以从焦炭生产中获得。计算公式^[15]如下：

式中，Q表示介质（燃气/空气）流量；C是介质中CO₂浓度；K是单位换算系数。

目前国际上通用标准测量方法是国际标准化组织（ISO）中规定的固定源排放废气测量方法，包括的温室气体的有CO₂和CH₄，未涉及N₂O。我国相关学者也对碳源碳排放量的测算方法做过相关讨论^[16]，但因为实测法目前未在焦化企业碳排放量化中使用，故本研究不对此方法进行讨论。

综上可以看出，目前国内外关于焦化行业碳排放的核算方法，排放系数法（IPCC清单法）计算简单，需要的基础数据也较少，但其基于焦炭的CO₂排放系数缺省值，随着生产技术和减排水平的提高已存在很大的不适用性，有可能造成我国焦化企业碳排放核算水平偏大很多；物料衡算法是基于实际生产中各物料的输入输出进行逐项含碳量核算，计算结果相对比较可靠，能清楚反映各企业的CO₂排放特征，有助于企业自身核查减排，但其需要的生产数据较多且计算过程复杂，对企业自身相关数据统计有较高要求，企业独立核算也有一定的难度。

通过实地调研10家焦化企业生产工艺，并收集这些企业2012年的生产统计数据。所调研的10家焦化企业均是典型工艺流程且正常运行，其中1 ~ 6号企业是化产回收型独立焦化企业，7~9号企业是钢铁联合配套焦化企业，10号企业是清洁热回收型独立焦化企业。

（1）根据IPCC清单法和欧盟碳排放交易体系推荐的物料恒算法对10家焦化企业CO₂排放量分别进行核算，核算结果如图4所示。

图 4

图 4 典型焦化企业CO2排放总量的计算结果

从图4可以看出，通过两种核算方法对典型焦化企业CO₂排放量的核算结果差异很大，其中4号企业的差异最大，为111.4万t，差额量是物料衡算法计算结果的2.63倍；10号企业的差异最小，为6.0万t，差额量占物料衡算法计算结果的23%。

（2）根据式（1）可推导出企业CO₂排放系数（吨焦CO₂排放量），结果见图5所示。

图 5

图 5 焦化企业CO2排放系数比较

从图5可以看出，各企业CO₂排放系数与IPCC缺省值0.56差异很大，并呈现出一定规律：化产回收型独立焦化企业的CO₂排放系数均小于缺省值，多数企业均属于0.15~0.30的范围，3号企业最小，为0.13；钢铁联合配套焦化企业的CO₂排放系数均大于缺省值，7号企业最大，为0.9；清洁热回收型独立焦化企业10号为0.73，大于IPCC缺省值。

（3）根据物料衡算法计算，焦化企业各排放源CO₂排放量如图6所示。

图 6

图 6 典型焦化企业分排放源CO2排放量计算结果

由图6可以看出，焦化企业CO₂排放主要是直接CO₂排放中煤气燃烧造成的，CO₂排放量占比75%~94%。其中，化产回收型独立焦化企业中煤气燃烧造成的CO₂排放在企业CO₂排放总量中占比较小，为75%~80%；钢铁联合配套焦化企业和清洁热回收型独立焦化企业占比较大，为90% ~ 94%。

综上可以看出，焦化企业CO₂排放总量和CO₂排放系数与企业类型及生产工艺有很大关系，化产回收型独立焦化企业CO₂排放系数较小，而钢铁联合配套焦化企业和清洁热回收型独立焦化企业排放系数较大。

（1）通过分析比较典型焦化企业的工艺流程和原料产品的异同，发现化产回收型独立焦化企业和钢铁附属焦化企业的工艺流程基本一致，主要不同点在于加热焦炉的燃气：独立焦化企业均是采用焦炉煤气燃烧加热，钢铁联合配套焦化企业多采用焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气的混合气体燃烧加热。

从表2可以看出，三种燃气的低位发热值：焦炉煤气>高炉煤气>转炉煤气；单位热值含碳量：焦炉煤气 < 转炉煤气 < 高炉煤气。 因此，在提供相同热量时，需要焦炉煤气量较少，含碳量低，从而CO₂排放量小；而需要混合燃气量多，含碳量高，从而CO₂排放量大。以上便是造成钢铁企业附属焦化企业CO₂排放系数大的主要原因。

表 2

表 2 焦炉煤气、转炉煤气和高炉煤气特性[17]

表 2 焦炉煤气、转炉煤气和高炉煤气特性[17]

（2）关于清洁热回收型独立焦化企业，因为焦炉煤气从炭化室排出后，直接用于燃烧发电，生产工艺没有煤气净化和化产回收，即没有固碳产品的抵扣，所以CO₂排放量也比较大，CO₂排放系数较高。

（1）我国不同类型和工艺的焦化企业基于焦炭的CO₂排放因子差异很大，化产回收型独立焦化企业的CO₂排放因子较小，钢铁联合配套焦化企业和清洁热回收型独立焦化企业的CO₂排放因子较大。而我国焦化行业以化产回收型独立焦化企业为主，因而国内外采用IPCC缺省值对我国焦化行业CO₂排放量的估算普遍偏高。因此，我国可借鉴欧盟碳排放交易体系的物料衡算法对不同区域焦化企业的CO₂排放进行核算，采用一定的统计学方法确定符合我国焦化企业实际的CO₂排放因子。

（2）焦化行业碳排放主要是燃料（煤气）燃烧引起的，钢铁联合配套焦化企业更为显著，高达90%以上，因此焦化行业低碳发展应该着重提高煤气燃烧效率和焦炉热利用率；另外应增加余热回收技术（如干熄焦等），从而提高碳排放量抵扣。

（3）我国焦化行业目前未列入温室气体核查上报的重点行业，且企业自身对温室气体排放的相关监测和数据统计也不够完善。随着碳交易市场的进一步统一发展，必将对焦化企业统计数据和核算方法提出更高的要求。我国一方面应尽快开展关于焦化行业企业层面的碳排放核算研究，为我国焦化提供统一的CO₂排放核算方法及其相关参数确定方法；另一方面应督促企业加强温室气体相关统计和监测技术。