一种计算页岩气制氨的环境影响方法

本发明属于生命周期评价
技术领域：
，涉及一种计算页岩气制氨的环境影响方法。
背景技术：
：作为世界最大的氨生产国家(氨产量占全球产量23％)，我国合成氨原料煤占75.2％，天然气占22.2％，受资源结构影响，我国以天然气和重油为原料生产的比重将逐步降低。而以煤为原料的合成氨工艺能耗水耗高，对气候变化的贡献度高，这将会进一步加剧我国资源环境问题。对于氨生产，与煤相比，天然气是一个相对清洁的能源，它平均减少了37.5％的能耗。页岩气是一种非常规天然气，水平钻井与水力压裂技术的使页岩气开采成为可能。我国页岩气可采储量为31.6万立方米，现居世界首位。由于政府补贴，技术进步，基础设施的完善，我国页岩气总产量从2013年的1.5亿立方米增加到2017年的9.03亿立方米，年均增长278％，预计到2030年达到100bcm。在2007-2009年，美国开始加速开采页岩气，通过替代煤发电，减少了空气污染物的排放，如co2，so2，pm2.5。但另一方面，页岩气开采过程所造成的环境污染可能会抵消页岩气作为原料带来的好处。而目前研究主要集中在页岩气开采阶段和可再生能源制氨的环境影响，少有研究从全生命周期角度考虑页岩气制氨的环境影响和能源消耗。技术实现要素：为解决上述问题，本发明提出一种计算页岩气制氨的环境影响方法，能够全面地评估页岩气制氨对环境的影响。为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：一种计算页岩气制氨的环境影响方法，步骤如下：(1)目标与范围的确定：边界定为“从摇篮到门”，包括了原材料的开采到合成氨生产在内的所有生命周期阶段(页岩气开采、页岩气加工、合成氨生产三个阶段)，系统边界内各阶段的资源、能源、物质投入及污染物排放均考虑。鉴于合成氨下游利用路径多，因此合成氨使用阶段及后续再处理阶段不作考虑。此外，厂区基础设施建设、工艺设备的制造及相关运输等也排除在外。由于国内天然气制氨工艺较多，将选取典型工艺。功能单位定义为生产1吨合成氨产品。(2)清单分析：收集页岩气开采数据、页岩气加工数据、国内典型天然气制氨的工艺生产数据。数据包含资源、能源消耗及污染物排放。(3)影响评价方法：根据清单数据，通过openlca软件和ecoinvent3.5数据库建模进行特征化计算。特征化计算公式如下：ep(j)＝∑[q(j)×equiv(j)]其中，ep(j)为第j种环境影响潜能值；q(j)为第j种排放物的量；equiv(j)为第j种环境影响类型的特征化因子。运用cml2001计算页岩气制氨各个生命周期阶段的环境影响和能源消耗。cml2001被认为最公认的和最广泛使用的midpoint方法。(4)结果分析：对影响评价的结果进行评估，识别出页岩气制氨生命周期中的重大问题，分析造成环境影响的原因，并提出相应的改进措施。本发明的有益效果：(1)从全生命周期角度量化了页岩气制氨的环境影响和能源消耗，能够更加系统全面认识页岩气制氨路线的优劣性，为政策制定者选择更清洁的氨生产路径提供参考依据。(2)分析页岩气制氨生命周期三个阶段分别对选定环境影响指标的贡献度，提出改进措施。附图说明图1为页岩气制合成氨的生命周期边界示意图。具体实施方案结合技术方案和附图，进一步说明本发明的具体实施方式。合成氨厂一般位于天然气田附近，故假设忽略页岩气的输送阶段。页岩气制氨路线的研究范围由页岩气开采，页岩气加工，合成氨生产三大部分组成。页岩气制合成氨的生命周期边界如图1所示。本实施例从四川省威页40#平台提取了页岩气开采数据，平台内布置3口井均为水平井，井深3830—3855米，水平井段长1500米，部分钻井液和压裂液均会回用。产能第一年配产5.2*10^4m3/d井，气井最终采收率eur是影响页岩气开采生命周期阶段至关重要的因素，根据威远地区的地质特点，本实施例中单井全生命周期产量为6.643*10^7m3。页岩气完井过程无组织排放产生的co2为214tones/井，ch4为3362mcf/井。合成氨生产阶段的原材料和能源消耗、运输工具、直接排放等原始数据来源于我国典型合成氨工厂数据，运输距离根据谷歌地图测量得到。背景数据如电力、柴油、蒸汽、压裂液、化学产品(如甲醇、烧碱)、废物处理等均来自于ecoinvent3.5数据库。选取cml2001作为本实施例的影响评价方法。选取指标包括臭氧层耗竭(odp)、人类毒性潜值(htp)、非生物资源消耗(adpfossil)、酸化效应(ap)、全球变暖潜值(gwp100years)以及富营养化效应(ep)。通过openlca软件建模得到页岩气制氨的各个过程在选定影响类型的特征化结果，分别是：人类毒性潜值为76.20016kg1,4-dcbeq./tonnh3，非生物资源消耗为2.95671e4mj/tonnh3,全球变暖潜值为304.04442kgco2eq./tonnh3，臭氧层损耗为-3.7034e-5kgcfc-11eq./tonnh3，酸化潜值为0.54825kgso2eq./tonnh3，富营养化潜值0.22200kgpo4eq./tonnh3。表1为选取的环境影响类型所对应的特征化因子或单位。通过特征化计算，量化了页岩气制氨全生命周期的环境影响和能源消耗，识别出整个生命周期中的重大环境问题，更加系统全面认识页岩气制氨路线的优劣性，并分析页岩气制氨生命周期三个阶段分别对选定环境影响指标的贡献度，提出改进措施。表1选取的环境影响类型及所对应的特征化因子或单位环境影响类型特征因子或单位臭氧层耗竭(odp)cfc-11人类毒性潜值(htp)1,4-dcb非生物资源消耗(adpfossil)mj酸化效应(ap)so2全球变暖潜值(gwp100years)co2富营养化效应(ep)phosphate当前第1页12