煉油過程涉及需消耗大量能量的分離和反應(yīng)過程，所需能量大多來自化石燃料燃燒，從而導(dǎo)致煉油廠直接的GHG排放，以及供入能量的間接排放。另外，GHG排放來自于催化劑再生、通過烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制氫以及煉油廠許多其他過程中累積的碳進(jìn)行燃燒所產(chǎn)生。

煉油過程的GHG足跡

據(jù)美國能源情報署（EIA）于2002年所作的制造業(yè)能源消費調(diào)查，來自煉油廠的GHG排放總量約為2.78億噸二氧化碳當(dāng)量（CO2e）。GHG排放超過一半來自于煉油廠石油基燃料，主要是煉廠燃料氣和石油焦的燃燒。其余的CO2排放來自于使用天然氣和發(fā)電。

據(jù)估算，石油煉制排放占美國總的GHG足跡的4%，運輸行業(yè)燃料燃燒排放的GHG足跡占15%（即占1/7）。

美國能源技術(shù)實驗室（NETL）根據(jù)2005年數(shù)據(jù)于2009年所作美國石油基燃料生命循環(huán)GHG排放評估表明，來自汽油和柴油燃料燃燒的直接排放占運輸燃料生命循環(huán)排放約80%，而總的燃料生命循環(huán)GHG排放的10%由石油煉制所作出，其次是石油生產(chǎn)占7%，石油運輸占2%，成品燃料分銷占1%。由此可見，按NETL 2005年估算的運輸燃料燃燒足跡，石油煉制GHG排放為運輸燃料燃燒足跡的1/8（或約占13%）。如按美國環(huán)保局（EPA）2007 GHG排放調(diào)查數(shù)據(jù)，則為15%（約占1/7）。

GHG排放估算

將原油煉制成產(chǎn)品汽油、柴油和其他成品涉及一些反應(yīng)過程，如裂化、焦化和重整，以及將烴類混合物分離成各種餾分的一些蒸餾步驟。這些過程需要大量熱量、蒸汽和電力，而它們都通過化石燃料燃燒來滿足，其結(jié)果會造成大量CO2排放。

催化劑再生通過累積的碳沉積的氧化，例如催化裂化（FCC）和蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化制氫，都會另外產(chǎn)生不少的CO2，從而會產(chǎn)生大量CO2，對煉油廠總的GHG足跡產(chǎn)生很大影響。煉油廠總的GHG足跡由直接CO2排放，如來自燃料燃燒或煉制過程，以及間接CO2排放，如來自由化石燃料燃燒而供入的電力和蒸汽，由這兩方面所組成。

加工量不同和加工不同原油，以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同的煉油廠，排放情況各不相同。然而，來自煉油廠的GHG排放可分成以下類別來源：燃燒來源、排放來源、區(qū)域來源、非常規(guī)活動、間接來源。

2009年春季，美國環(huán)保局提出規(guī)定，指令要求某些工廠，包括美國所有煉油廠要自2010年開始報告GHG排放情況，將監(jiān)測、報告、記錄和鑒定列入對各種分類排放源規(guī)定的子法則之中。煉油廠排放源的子分類為Y，固定燃燒源子分類為C，非商品制氫子分類為P，就地廢水處理子分類為Ⅱ。

來自煉制的特定GHG包括CO2、甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）。然而，CH4和N2O排放總量占典型煉油廠GHG總排放量小于1%（二氧化碳當(dāng)量基準(zhǔn)，CO2e）。為此，CO2占煉制GHG排放超過99%。

固定燃燒源

煉油廠幾乎所有過程都需要熱能，它們由化石燃料燃燒來提供。因為整個煉油廠都需要高的熱能，為此，固定燃燒源是GHG，主要是CO2的重要來源。

煉油廠使用的主要燃料為煉廠氣，它是幾個煉制過程的副產(chǎn)物，為輕烴和H2的混合物，而其質(zhì)量和組成因煉廠加工不同原油和加工模式而異。當(dāng)煉廠氣不合要求時，可外購天然氣加以補充。

按照要求，固定燃燒設(shè)施的熱量供入必須小于2.5億BTU（燃料高熱值）。

FCC再生器

FCC過程通過使用固體細(xì)粉催化劑將重質(zhì)烴類轉(zhuǎn)化或裂化成輕質(zhì)產(chǎn)品，焦炭則沉積在催化劑表面，這使其將進(jìn)料烴類裂化的能力有所降低。為恢復(fù)催化劑活性，焦炭要連續(xù)地在FCC催化劑再生器中燃燒，而產(chǎn)生CO2。其些再生器操作在部分燃燒模式下，產(chǎn)生一氧化碳（CO），CO進(jìn)入CO鍋爐進(jìn)一步燃燒和回收熱量。

按照所提出法則，用于FCC過程的計算方法，CO2的排放根據(jù)來自排氣體積流率（測量或估算）和CEMS測量的排煙中CO2和CO濃度來計算。對于部分燃燒FCC裝置，如果在CO鍋爐中補充燃料如天然氣或煉廠氣，則不是按CEMS測量排煙中CO2，而是采用固定燃燒源方法從補充燃料來計算CO2的排放量。另外，也必須加以監(jiān)測，以避免計及來自FCC再生器和CO鍋爐（按補加煉廠氣操作）的CO2排放加倍。

制氫裝置

天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化是商業(yè)化制氫常用的方法，也有某些裝置采用煉廠氣或石腦油為原料制氫。原料烴類和蒸汽被轉(zhuǎn)化成CO和H2，通過CO和CO2的水氣變換轉(zhuǎn)化也可產(chǎn)生附加的H2。

在美國環(huán)保局提出的規(guī)范中，計算來自制氫過程的CO2排放有二種方法。從CEMS提供的CO2濃度和排氣流率數(shù)據(jù)計算，或采用原材料平衡途徑，都可計算出CO2排放。原材料平衡途徑計算來自于制氫過程的CO2排放需有原料的數(shù)量和碳含量。

CO2消減策略

煉油廠CO2消減策略可分為三個部分：

·提高能效和過程效率；

·燃料、原料或公用工程替代，采用較低碳含量和生命循環(huán)GHG排放的替代方案；

·改進(jìn)過程或替代，以有利于從排氣流中捕集CO2。

（1）過程燃燒式加熱爐

過程燃燒式加熱爐是煉油廠CO2排放的主要來源，但它們是單個的小的排放源，CO2濃度也低，這是由于它們采用空氣燃燒的緣故，而使排氣中引入了大量稀釋的N2。為此，從過程燃燒式加熱爐實施燃燒后CO2捕集，在現(xiàn)在的技術(shù)條件下不甚經(jīng)濟(jì)，因為其成本較高。較低碳排的替代方案是采用能效燃燒器和燃料替代，這可使來自過程燃燒式加熱爐的CO2凈排放減少。

（2）FCC再生器

FCC再生器也產(chǎn)生排氣，因使用空氣來燃燒，使這種排氣中的CO2也較稀薄。FCC產(chǎn)生的CO2采用燃燒后捕集在經(jīng)濟(jì)上也面臨挑戰(zhàn)。

對于FCC再生器在部分燃燒模式下的操作，下游CO鍋爐通過從再生器排氣中回收某些能量，可提高能效，這種途徑可為減少煉油廠的CO2凈排放帶來收效。

（3）制氫

煉油廠制氫大多采用蒸汽轉(zhuǎn)化。這一過程產(chǎn)生兩股含有CO2的排放氣流。一股是粗的氫氣產(chǎn)品氣流，含CO2濃度相對較小；第二股是來自轉(zhuǎn)化加熱爐利用空氣燃燒的排氣，它在很大程度上被N2氣所稀釋。前10年來，過程效率的改進(jìn)已大大減少了制氫的CO2強(qiáng)度，但是，由于設(shè)置的制氫能力增長，以滿足清潔燃料生產(chǎn)的需求，故CO2絕對排放量仍增大了。

不過，進(jìn)一步減少制氫裝置的CO2排放，仍然存在很大機(jī)遇，這可通過從粗H2產(chǎn)品流來捕集它，粗H2產(chǎn)品流中CO2濃度相對較高。脫除CO2可采用吸收或變壓吸附（PSA）方法，捕集的CO2可達(dá)到高的濃度，可用于啤酒工業(yè)，或可望應(yīng)用于提高油田油氣采收率。

在最近幾十年內(nèi)，PSA裝置不斷增多，用于替代吸收器，使H2提純，因為其具有高的能效。然而，PSA過程典型地也產(chǎn)生含有中等CO2純度的低壓馳放氣流，中等CO2純度的低壓馳放氣流用于在轉(zhuǎn)化爐中燃用，利用其燃料價值，再排向大氣。因此，PSA裝置下游CO2捕集典型的不甚經(jīng)濟(jì)。其他的方案也在考慮之中，如設(shè)置PSA裝置的上游吸收器。

美國大多數(shù)煉油廠與重要的間接CO2排放相鏈接，因為需購買電力、蒸汽和氫氣，它們大多基于化石燃料燃燒或加工。在鄰近煉油廠處通過與聯(lián)產(chǎn)裝置組合成一體化，可大大減少排放。

（4）聯(lián)產(chǎn)

推薦采用熱電聯(lián)產(chǎn)，它涉及在透平（燃?xì)廨啓C(jī)）中燃燒燃料，用于發(fā)電，隨后，采用排氣熱回收來發(fā)生蒸汽，蒸汽繼而再用于蒸汽透平發(fā)出電力。該過程的平均效率約為70%，而從常規(guī)燃煤電廠購入電力的效率平均為34%。產(chǎn)生的蒸汽可用于廢止老式、低效的鍋爐，因而可再減少CO2排放。聯(lián)產(chǎn)裝置也可與煉油廠制氫裝置組合成一體，以進(jìn)一步提高效率。來自使用聯(lián)產(chǎn)的CO2減少量估算約為典型煉油廠碳足跡的7%。采用熱電聯(lián)產(chǎn)除了可減少CO2排放外，對提高煉油廠的能效也極具經(jīng)濟(jì)吸引力。

（5）帶有CO2捕集的氣化

除了上述討論的煉油廠CO2排放源外，美國一些少數(shù)煉油廠有大的CO2點排放源，如流化焦化或氣化器。如果將純O2用于氣化，則得到的產(chǎn)品氣體會含有相當(dāng)高的CO2濃度，可用于燃燒前捕集，它與燃燒后捕集、用空氣燃燒相比，經(jīng)濟(jì)性要好得多。雖然在美國煉油廠尚未普遍采用，但這些大的燃燒點源通過燃燒前捕集，可為大量減少CO2排放提供發(fā)展機(jī)遇。這一路徑也可通過在煉油廠增設(shè)氣化裝置將重質(zhì)渣油（包括石油焦或瀝青）轉(zhuǎn)化成合成氣。繼而，合成氣可轉(zhuǎn)化制氫、發(fā)電或/和產(chǎn)汽，而可產(chǎn)生濃的CO2氣流，再用于捕集和封存。其結(jié)果可減少或避免采用常規(guī)的制氫、產(chǎn)汽和發(fā)電方案，可使CO2排放進(jìn)一步減少。

減少或防止煉油廠GHG排放進(jìn)一步增加的又一途徑是增加運輸燃料從潛在的低GHG路徑來生產(chǎn)，如采用生物燃料、基于合成氣費托合成反應(yīng)的氫燃料或合成燃料，合成氣可采用煤炭、天然氣或生物質(zhì)來生產(chǎn)。當(dāng)O2用于通過氣化或轉(zhuǎn)化生產(chǎn)合成氣時，粗合成氣產(chǎn)品有相對較高的CO2濃度，使之可采用吸收法經(jīng)濟(jì)地加以捕集。最近NETL的研究業(yè)已提出，在氣化器中聯(lián)合加工煤炭和生物質(zhì)原料，繼而通過費托合成來生產(chǎn)合成液體運輸燃料，與常規(guī)石油基燃料相比，可大大減少CO2排放。