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摘要：在全球气候变化加剧的背景下，碳中和已成为国际社会的共同行动目标。我国明确提出 “双碳” 战略，化工行业作为能源消耗和碳排放的重点领域，其绿色转型至关重要。乙二醇作为聚酯工业、医药化工等领域的核心原料，年产量巨大，生产过程伴随大量碳排放。开展乙二醇生产碳足迹核算，探索科学有效的低碳改造路径，既是响应国家 “双碳” 目标的必然要求，也是行业可持续发展的内在需求。

关键词：碳足迹核算；低碳改造路径；碳中和

一、乙二醇生产工艺特征分析

1.1 传统工艺技术体系

1.1.1 石油基工艺

石油基乙二醇生产以乙烯为核心原料，通过乙烯氧化生成环氧乙烷，再经水合反应制备乙二醇。该工艺经过数十年发展已形成成熟的工业化体系，具有产品纯度高、连续生产稳定性强等特点。但整个流程对化石能源依赖度高，乙烯裂解需在高温条件下进行，能耗强度大，且氧化反应中催化剂效率受限，副反应会产生额外碳排放。从能源消耗来看，每吨产品综合能耗较高，其中乙烯制备环节能耗占比超过40%，是碳排放的主要来源之一。

1.1.2 煤基工艺

煤基乙二醇采用煤气化-合成气净化-草酸酯合成-加氢的技术路线。煤气化过程将煤炭转化为一氧化碳和氢气的混合气体，部分合成气经水煤气变换反应调节氢碳比，此环节会生成等摩尔量二氧化碳。该工艺原料成本受煤炭价格影响显著，且整个生产链碳排放集中在煤气化、变换反应及公用工程系统。从碳流分布看，原料煤中的碳约60%转化为产品及中间产物，其余以二氧化碳形式排放，碳转化效率有待提升。

1.2 新型低碳工艺探索

1.2.1 生物基工艺

生物基乙二醇以木质纤维素、淀粉等生物质为原料，通过酶解发酵或热化学转化制备。该工艺依托可再生原料体系，理论上可实现碳循环利用，从源头上降低碳排放。但目前存在关键技术瓶颈：生物质预处理效率低导致原料转化成本高，发酵过程产物选择性不足，规模化生产时原料供应稳定性难以保障，尚未形成工业化竞争优势。

1.2.2 CO₂加氢工艺

CO₂加氢制乙二醇技术通过催化反应将 CO₂与 H₂直接转化为乙二醇，既能消耗工业排放的 CO₂，又能生产高附加值化学品。该工艺的核心在于高效催化剂研发，需解决反应过程中C-C键偶联效率低、产物选择性差等问题。目前催化剂寿命和反应转化率尚未达到工业化要求，且氢气原料若来自化石能源，会削弱其低碳优势，需与绿氢制备技术协同发展。

二、碳足迹核算体系构建与应用

2.1 核算方法体系比较

2.1.1 生命周期评价法（LCA）

LCA从“摇篮到大门”全流程评估产品碳排放，涵盖原料获取、生产加工、能源消耗等所有环节。其核心在于建立完整的物料与能源平衡模型，通过清单分析量化各环节碳排放因子。在乙二醇核算中，需涵盖原料开采、运输、工艺反应、公用工程等子系统，能全面反映生产链碳排放特征，但对数据完整性和准确性要求极高。

2.1.2 过程生命周期评价（PLCA）

PLCA 采用“自下而上”的核算逻辑，基于生产装置实际运行数据，对各工艺单元能耗和碳排放进行逐项统计。适用于单厂或特定工艺的碳足迹精细化核算，可精准定位高排放环节。但受边界设定影响，易产生截断误差，难以反映产业链上下游间接碳排放。

2.1.3 投入产出生命周期评价（I-OLCA）

I-OLCA基于宏观经济投入产出表，通过行业平均碳排放系数推算产品碳足迹，适用于区域或行业层面的碳排放总量估算。优点是能规避边界设定偏差，覆盖间接碳排放，但分辨率较低，无法满足单产品精细化核算需求，且数据时效性受投入产出表更新周期限制。

2.1.4 混合生命周期评价（HLCA）

HLCA融合PLCA和I-OLCA的优势，通过 “微观数据 + 宏观系数” 的组合方式，既保证核心生产环节核算精度，又能涵盖上下游间接排放。但模型构建复杂，需要大量交叉验证工作，目前在化工产品核算中应用尚处于探索阶段^[1]。

2.2 不同工艺碳足迹核算结果

2.2.1 石油基工艺碳足迹

石油基工艺碳足迹主要来自三个环节：原油开采与运输的能源消耗碳排放，乙烯裂解的燃料与电力消耗碳排放，以及氧化反应的工艺碳排放。其中乙烯裂解环节能耗占比最高，因高温反应需持续输入大量能量；环氧乙烷合成过程中，催化剂选择性不足导致的副反应会额外增加10%-15%的碳排放。综合核算显示，石油基工艺吨产品碳足迹处于较高水平。

2.2.2 煤基工艺碳足迹

煤基工艺碳排放集中在煤气化和水煤气变换阶段。煤气化过程中，煤炭不完全转化产生的CO₂占总排放的40%-50%；水煤气变换反应为调节氢碳比，每生成1mol H₂伴随1mol CO₂排放，占总排放的30%左右。此外，空分、压缩等公用工程系统的电力消耗也贡献一定比例碳排放，整体碳足迹显著高于石油基工艺。

2.2.3 新型工艺碳足迹潜力

生物基工艺碳足迹具有显著优势，生物质生长阶段吸收的CO₂可抵消部分生产排放，理论碳减排率可达50%以上。但受限于原料预处理能耗，实际减排效果需结合具体工艺路线评估。CO₂加氢工艺的碳足迹取决于氢源类型，若采用绿氢，可实现近零排放；若依赖化石燃料制氢，则碳减排效果有限。

三、碳排放关键环节识别

3.1 原料供应链碳排放

石油基工艺原料供应链包括原油开采、炼制、运输等环节，碳排放主要来自开采设备能耗和运输燃料消耗。煤基工艺原料端碳排放涵盖煤炭开采、洗选及运输，其中开采过程的通风、提升等辅助系统能耗占比达30%，长途运输因燃油消耗进一步增加碳足迹。原料供应链碳排放占总碳足迹的15%-25%，且受运输距离和方式影响显著。

3.2 核心生产过程碳排放

核心生产过程是碳排放的主要来源，占总碳足迹的60%-70%。石油基工艺中，乙烯裂解炉的燃料燃烧和电力消耗是关键排放点，高温条件下单位能耗碳排放强度高；环氧乙烷反应器的氧化反应伴随工艺碳排放，且反应热回收效率直接影响能源消耗。煤基工艺中，气化炉的煤炭转化和变换反应器的CO₂生成构成双重排放源，气化效率每降低1%，碳排放将增加0.5%左右。

3.3 公用工程系统碳排放

公用工程系统包括蒸汽、电力、循环水等辅助设施，其碳排放占总碳足迹的 10%-20%。蒸汽生产依赖锅炉燃料燃烧，电力消耗主要来自大型压缩机组和泵类设备。传统公用工程系统能源利用效率较低，存在蒸汽管网损失、电机运行效率不足等问题，导致单位产品辅助能耗偏高^[2]。

4.低碳改造技术路径

4.1 能源系统优化

4.1.1 可再生能源替代

在厂区规划分布式光伏电站，满足部分生产用电需求，减少外购电网电力带来的间接碳排放。结合区域资源条件，可配套风电或生物质能供热系统，替代传统燃煤锅炉。通过可再生能源与生产系统的耦合，可降低能源端碳排放15%-30%，具体效果取决于可再生能源替代比例。

4.1.2 能源梯级利用

构建多层次能源梯级利用系统，将工艺余热按温度等级分配：高温余热用于蒸汽生产，中温余热用于原料预热，低温余热用于采暖或热水供应。通过增设余热锅炉、热泵等设备，提高能源利用效率10%-15%，显著降低单位产品能耗。同时优化蒸汽管网设计，减少输送过程热损失，进一步挖掘节能潜力。

4.2 工艺技术升级

4.2.1 传统工艺优化

石油基工艺可通过新型催化剂研发提高环氧乙烷选择性，降低副反应碳排放；采用裂解炉高效燃烧技术，减少燃料消耗。煤基工艺重点提升气化效率，开发新型气化炉降低煤炭消耗；优化变换反应工艺，通过工艺集成减少CO₂排放。传统工艺优化可实现碳减排 10%-20%，且投资回报周期较短。

4.2.2 新型工艺产业化

加快生物基工艺关键技术突破，开发高效预处理和发酵技术，降低原料转化能耗；建立区域性生物质原料供应体系，保障稳定供应。推动CO₂加氢工艺与绿氢项目协同，突破催化剂稳定性瓶颈，探索与煤化工园区的CO₂循环利用模式。推进新型工艺产业化需政策支持和长期研发投入，但其长期减排潜力显著。

5.结论

乙二醇生产低碳改造是实现 “双碳” 目标的重要组成部分。传统工艺通过能源优化和技术升级可实现阶段性减排，新型低碳工艺是长期方向。碳足迹核算显示，煤基工艺需优先实施碳捕集；石油基工艺应聚焦能效提升；生物基和 CO₂加氢工艺需突破技术瓶颈。未来需构建 “技术研发—政策引导—市场机制” 协同体系：加大新型催化剂和低碳工艺研发，完善碳核算标准与激励政策，培育绿色原料供应链和碳利用市场。多维度发力推动行业低碳循环转型，为化工行业碳中和提供示范。

参考文献

[1]周韦明,翟春海,焦金牛,等. 生物基聚酯树脂的合成及其对碳足迹的影响[J].涂料工业, 2025, 55 (04): 8-13+20.

[2]高军政,于晓华,吴翠华,等. 煤制乙二醇生产过程生命周期碳减排路径研究[J].环境工程, 2023, 41 (S2): 321-325.

孙海

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