Kiểm kê KNK của các ngành sản xuất theo các hướng dẫn quốc tế dễ áp dụng vì tính linh động của các công thức ứng với với các mức độ thu thập số liệu khác nhau. Mặt khác, trong khuôn khổ nhiệm vụ kiểm kê KNK quốc gia, chúng ta đã thống nhất sử dụng phương pháp luận của IPCC để tính toán phát thải cho một số ngành như sản xuất điện, sản xuất xi măng… Hướng dẫn IPCC đồng thời cũng là cơ sở của một số Hướng dẫn khác áp dụng tính kiểm kê phát thải KNK.
Kiểm kê phát thải KNK của ngành phân bón là kiểm kê phát thải quá trình sản xuất (đó là những phát thải KNK trong quá trình chuyển hóa vật lý và hóa học của vật chất [1]), không bao gồm các phát thải liên quan đến sử dụng năng lượng (đốt cháy, sản xuất điện, vận chuyển…) để tránh tính lặp lại (double counting) các kết quả kiểm kê của các ngành liên quan đến năng lượng.
31
dụng theo hướng dẫn của IPCC 2006 (phiên bản sửa đổi 1996) “Kiểm kê khí nhà kính Quốc Gia” (2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories) đối với ngành sản xuất ammoniac, phần 3, chương 3, mục 3.2.
Lựa chọn các cách tính Tier dựa vào mức độ đáp ứng các dữ liệu sẵn có (sơ cấp, thứ cấp) hoặc chưa sẵn có. Công thức tính toán cho mức độ (Tier) khác nhau - ứng với khả năng đáp ứng số liệu giảm dần, như sau [9]:
- Tier 1: dựa vào những giá trị mặc định và thống kê quốc gia
- Tier 2: dựa vào những giá trị mặc định và số liệu đầu ra đầy đủ từng nhà máy ứng với nguyên liệu đầu vào và loại quá trình
- Tier 3: dựa hoàn toàn vào số liệu đầu vào từng nhà máy
TIER 1
Tier 1 sử dụng sản lượng amoniac quốc gia để kiểm kê phát thải theo công thức:
CÔNG THỨC 1
ECO2 = AP * FR * CCF * COF * 44/12 – RCO2
(Công thức [3.1] – [9])
Trong đó:
ECO2 = lượng CO2 phát thải, kg AP = sản lượng ammoniac, tấn
FR = Nguyên nhiên liệu cần thiết cho một đơn vị sản phẩm, GJ/tấn NH3
CCF = hệ số hàm lượng C của nhiên liệu, kg C/GJ COF = hệ số oxi hóa C của nhiên liệu, phân số
RCO2 = lượng CO2 thu hồi cho quá trình xuôi dòng (sản xuất đạm), kg
Lưu ý:
- AP: thu được từ số liệu thống kê quốc gia - FR: sử dụng hệ số cao nhất trong Bảng 2.1
- CCF, COF có thể xác định từ các giá trị mặc định như Bảng 2.1.
32
thì áp dụng các giá trị lớn nhất trong Bảng 2.1 - RCO2 = (sản lượng đạm) * 44/60
- Trường hợp lượng CO2 thu hồi cho quá trình sản xuất đạm không có thì RCO2 = 0
TIER 2
Tier 2 kiểm kê phát thải dựa vào tính tổng nguyên liệu sử dụng bởi từng loại nhiên liệu dựa trên công thức sau:
CÔNG THỨC 2.1
TFRi = Σ (APij * FRij)
(Công thức [3.2] – [9])
Trong đó:
TFRi = tổng nguyên liệu i sử dụng, GJ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
APij = lượng nhiên liệu i sử dụng trong quá trình j để sản xuất amonia, tấn
FRij = Nguyên nhiên liệu cần thiết cho một đơn vị sản phẩm, GJ/tấn NH3
Lưu ý:
- Thông tin về nguyên liệu và quá trình sản xuất thu thập từ các nhà sản xuất
- FRij có thể xác định từ các giá trị mặc định như Bảng 2.1.
Mức phát thải CO2 được tính theo công thức sau: CÔNG THỨC 2.2
ECO2 = Σ (TFRi * CCF * COF * 44/12) – RCO2
(Công thức [3.3] – [9])
Trong đó:
ECO2 = lượng CO2 phát thải, kg
TFRi = tổng nguyên liệu i sử dụng, GJ
CCF = hệ số hàm lượng C của nhiên liệu, kg C/GJ COF = hệ số oxi hóa C của nhiên liệu, phân số
33 CCS), kg
Lưu ý:
- CCF, COF có thể xác định từ các giá trị mặc định như Bảng 2.1 hoặc các thông tin của ngành năng lượng quốc gia
- Lượng CO2 thu hồi cho quá trình sản xuất đạm và CCS thu thập từ các nhà sản xuất
TIER 3
Tier 3 kiểm kê phát thải dựa vào tổng nguyên liệu sử dụng bởi nguyên liệu sử dụng của từng nhà máy: CÔNG THỨC 3.1 TFRi = ∑ TFRin (Công thức [3.4] – [9]) Trong đó: TFRi = tổng nguyên liệu i sử dụng, GJ
TFRi n = tổng nguyên liệu i sử dụng bởi nhà máy n, GJ Mức phát thải CO2 được tính theo công thức 2.2.
Lưu ý:
- CCF, COF có thể xác định từ các nhà sản xuất hoặc các thông tin của ngành năng lượng quốc gia
- Lượng CO2 thu hồi cho quá trình sản xuất đạm và CCS thu thập từ các nhà sản xuất
Dựa vào mức độ đáp ứng của số liệu thu thập được từ ngành sản xuất phân bón có thể lựa chọn phương pháp tính theo các Tier trên theo bảng sau.
34
Bảng 2.1. Bảng lựa chọn kiểm kê phát thải CO2 từ sản xuất amoniac
Các dữ liệu Các lựa chọn Sản lượng/
Công suất
Công nghệ Nhiên liệu (loại, lượng)
Các hệ số quốc gia Tier 1 v - - - Tier 2 v v v - Tier 3 v v v v v : có sẵn - : chưa có 2.1.2. Nguồn số liệu và các hệ số
Số liệu được thu thập căn cứ vào phương pháp tính đã lựa chọn, trong đó sử dụng các công thức tính của Hướng dẫn IPCC, trong đó: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Số liệu sơ cấp: được thu thập qua việc xây dựng “Phiếu câu hỏi điều tra dành cho doanh nghiệp”, khảo sát thực tế doanh nghiệp và được cán bộ doanh nghiệp cung cấp qua email. Các số liệu thu thập trong ba năm liên tiếp năm 2009 – 2011 bao gồm: tổng sản lượng các sản phẩm chính, lượng nguyên nhiên liệu sử dụng. Nguồn số liệu sơ cấp theo “Phiếu câu hỏi điều tra dành cho doanh nghiệp” ở phần Phụ lục 1.
- Số liệu thứ cấp: đối với ngành phân bón Việt Nam, trong đó lĩnh vực tổng hợp amoniac, các hệ số riêng của ngành chưa có, do vậy số liệu dựa vào các giá trị mặc định của IPCC đưa ra và tham khảo tài liệu liên quan, bao gồm các hệ số nhiên liệu, giá trị nhiệt của nhiên liệu, hệ số công nghệ.
Dưới đây là các nguồn số liệu thứ cấp (bảng 2.1) thể hiện các giá trị của công nghệ sản xuất amoniac của châu Âu.
35
Bảng 2.2. Tổng tiêu thụ nhiên liệu mặc định (nhiên liệu + nguyên liệu) và các hệ số phát thải của sản xuất amoniac
Tổng tiêu thụ nhiên liệu Hệ số hàm lượng cacbon Hệ số oxi hóa cacbon Hệ số phát thải CO2 Quá trình sản xuất GJ/ tấn NH3 kg/GJ tấn CO2 /tấn NH3
Các nhà máy hiện đại (Công nghệ châu Âu)
Autothermal reforming –
khí thiên nhiên 30,2 15,3 1,0 1,694 Oxi hóa phân đoạn – dầu,
than 36,0 21,0 1,0 2,772
Các nhà máy công nghệ
cũ và mới châu Âu
(Giá trị trung bình)
Khí thiên nhiên 37,5 15,3 1,0 2,104 Dầu, than 42,5 21,0 1,0 3,273
(Bảng 3.1 – chương 3, phần 3, [9])
Số liệu của bảng đã đưa ra các giá trị hệ số phát thải khác nhau ứng với từng mức độ công nghệ, nguyên nhiên liệu sử dụng đối với các nhà máy áp dụng công nghệ của châu Âu. Trên cơ sở đó, có thể tính phát thải sử dụng các giá trị hệ số mặc định này cho các loại hình công nghệ sản xuất tương ứng, hoặc để so sánh mức phát thải.
Để áp dụng kiểm kê cho Nhà máy đạm Phú Mỹ, trên cơ sở số liệu thực tế của nguyên liệu khí thiên nhiên Việt Nam, các số liệu trung bình của khí thiên nhiên được thu thập là: nhiệt lượng trung bình 9.500 kcal/m3, hàm lượng cacbon trong khí (tính theo metan) là 0,54 kg C/m3. Theo đó, các hệ số hàm lượng Cacbon (CCF) được xác định riêng như sau:
36
- CCF = hàm lượng Cacbon của 1 m3 khí/nhiệt lượng trung bình của 1 m3 khí
= 0,54/(9.500*4,18*10-6) = 13,6 kg C/GJ
Với Công ty TNHH MTV phân đạm và hóa chất Hà Bắc, do đặc điểm công nghệ sản xuất hiện đang sử dụng công nghệ Trung Quốc, theo đó, số liệu thứ cấp cho tính toán phát thải dựa theo công nghệ của TQ dựa theo báo cáo của IPCC cung cấp. Để kiểm kê phát thải KNK cho lĩnh vực sản xuất amoniac theo công nghệ TQ sử dụng nguyên liệu than, số liệu về tổng nguyên nhiên liệu cần thiết để sản xuất một tấn amoniac dựa theo số liệu trong báo cáo đánh giá lần thứ 4 (2007) của IPCC là 53 GJ/tấn NH3 (mục 7.4.3.2, chương 7, [10]).
Với các hệ số hàm lượng Cacbon (CCF) và hệ số Oxi hóa Cacbon (COF) theo IPCC 2006 để ước tính phát thải CO2 được xác định dựa vào hiện trạng công nghệ hiện đang áp dụng tại nhà máy sản xuất, bởi một số lý do sau:
- Hệ số hàm lượng Cacbon (CCF, kgC/GJ): tính với các công nghệ của Châu Âu và loại nhiên liệu sử dụng tại Châu Âu do đó cũng có sai khác với các loại nhiên liệu sử dụng tại Nhà máy.
- Hệ số Oxi hóa Cacbon (COF): ước tính cho trường hợp lí tưởng – toàn bộ lượng Cacbon trong nhiên liệu đều được Oxi hóa thành CO2 (hệ số =1) do vậy dẫn đến sai số so với thực tế. Trên thực tế, sau quá trình khí hóa thì một tỷ lệ nhất định hàm lượng Cacbon vẫn nằm trong xỉ than mà không được khí hóa chuyển thành CO2. Vì vậy hệ số oxi hóa Cacbon thực tế sẽ nhỏ hơn 1.
Để xác định các hệ số, tiến hành thu thập lấy số liệu về hàm lượng Cacbon và hệ số Oxi hóa trong than nhiên liệu và trong xỉ than của Công ty dựa trên các yếu tố sau:
- Tham vấn ý kiến của các chuyên gia kỹ thuật có trình độ chuyên môn, làm việc lâu năm tại Công ty để đưa ra ước tính mức trung bình, sát thực với thực tế cũng như công nghệ của Công ty.
37
- Do yêu cầu chất lượng đầu vào của nhiên liệu cần được kiểm soát ổn định nên cũng không có biến động lớn về đặc tính của nhiên liệu.
Kết quả thu được đối với Công ty TNHH MTV phân đạm và hóa chất Hà Bắc như sau: nhiệt trị trung bình của than sử dụng là 6.900 kcal/kg, tỷ lệ Cacbon trong nhiên liệu đầu vào trung bình 82,5 % và trong xỉ than trung bình 30%, trong đó khối lượng xỉ than chiếm khoảng 10% khối lượng than nhiên liện. Theo đó, các số liệu được xác định là:
- COF = (%Cđầu vào -%Cxỉ than)/%Cđầu vào = (82,5 – 30*0,1)/82,5 = 0,96 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- CCF = hàm lượng Cacbon của 1 tấn than/nhiệt trị trung bình của 1 tấn than
= 0,825/(6.900*4,18*10-6) = 28,6 kg C/GJ - TFR = 53 GJ/tấn NH3
2.2 Phương pháp luận và nguồn số liệu kiểm kê phát thải KNK của lĩnh vực sản xuất phân DAP sản xuất phân DAP
2.2.1. Phương pháp luận
Các phép kiểm kê phát thải KNK của lĩnh vực sản xuất phân DAP dựa theo tài liệu Kiểm kê Phát thải và Hấp thu KNK (Mỹ - 2008) – “2008 U.S. Inventory of Greenhouse Gas Emissions and Sinks” về kiểm kê phát thải do quá trình sản xuất axit phốtphoric, trên cơ sở đó ước tính được phát thải từ quá trình tổng hợp phân DAP. Hướng dẫn IPCC 2006 không thực hiện phần tính toán liên quan đến sản xuất axit phốtphoric
Sản xuất phân bón DAP làm phát thải KNK chính là CO2 từ dây chuyền sản xuất axit phốtphoric. Phản ứng hoá học phân hủy quặng photphat bằng axit sunfuric tạo axit phốtphoric bằng phương pháp ướt như sau:
Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4 = 2 H3PO4 + 3 CaSO4
Thành phần CaCO3 trong quặng photphat phản ứng với H2SO4. CaCO3 + H2SO4 + H2O → CaSO4 • 2H2O + CO2
38
Phương pháp tính CO2 phát thải dựa vào lượng tiêu thụ tất cả thành phần C vô cơ (CaCO3) của quặng photphat phản ứng hình thành CO2. Và cho rằng thành phần C hữu cơ trong quặng photphat không phản ứng tạo thành CO2.
Có 3 phương pháp kiểm kê phát thải KNK khác nhau [5]:
- Phương pháp 1: sử dụng hệ số: dựa vào lượng nguyên liệu đầu vào và hệ số cacbon mặc định của quặng apatit.
- Phương pháp 2: phương pháp kết hợp: dựa vào lượng nguyên liệu đầu vào và thành phần cacbon vô cơ được tính toán của quặng apatit.
- Phương pháp 3: đo trực tiếp phát thải sử dụng CEMS
PHƯƠNG PHÁP 1
Công thức kiểm kê phát thải như sau:
CO2 = AD * EF
Trong đó:
CO2 = Lượng CO2 phát thải
AD = Lượng quặng photphat tiêu thụ
EF = Hệ số thành phần Cacbon vô cơ của quặng photphat
PHƯƠNG PHÁP 2 1 44 2000 12 2205 z m n n n E IC P Trong đó:
Em = phát thải CO2 hàng năm từ dây chuyền phản ứng (phương pháp ướt) thứ m, tấn
44/12 = tỉ lệ khối lượng phân tử CO2 đối với C
ICn = thành phần C vô cơ của lượng quặng sử dụng trong tháng n
Pn = lượng quặng photphat tiêu thụ trong tháng n bởi dây chuyền phản ứng thứ m, tấn
m = dây chuyền phản ứng thứ m
z = số tháng vận hành dây chuyền phản ứng thứ m 2000/2205 = hệ số chuyển đổi
39 Phát thải CO2 tính như sau:
2 1 p m m CO E Trong đó: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CO2 = phát từ nhà máy sản xuất axit phốtphoric , tấn/năm
Em = phát thải CO2 hàng năm từ dây chuyền phản ứng (phương pháp ướt) thứ m, tấn/năm
p = số dây chuyền phản ứng
PHƯƠNG PHÁP 3
Phương pháp đo đạc trực tiếp
Sử dụng Hệ thống giám sát khí thải nhà máy CEMS đo trực tiếp liên tục phát thải. Phát thải được tính bởi nồng độ KNK trong khí ống khói và tốc độ phát thải khí ống khói.
Đây là phương pháp giám sát chính xác nhất để xác định phát thải KNK từ một nguồn cụ thể
2.2.2. Nguồn số liệu và các hệ số
Số liệu được thu thập căn cứ vào các công thức tính theo EPA, trong đó: - Số liệu sơ cấp: được thu thập qua việc xây dựng “Phiếu câu hỏi điều tra dành cho doanh nghiệp” và được cán bộ doanh nghiệp cung cấp qua email. Các số liệu thu thập trong ba năm liên tiếp năm 2009 – 2011 bao gồm: tổng sản lượng các sản phẩm chính, lượng nguyên nhiên liệu sử dụng. Nguồn số liệu sơ cấp theo “Phiếu câu hỏi điều tra dành cho doanh nghiệp” ở phần Phụ lục 1.
- Số liệu thứ cấp: dựa vào nghiên cứu sẵn có đối với quặng apatit Lào Cai. Hệ số thành phần hóa học của quặng photphat dựa theo bảng sau:
Bảng 2.3 Thành phần hóa học của quặng photphat apatit I Lào Cai
(% khối lượng)
Thành phần Quặng apatit II Lào Cai
40
Cacbon hữu cơ (C) % 0.230 Cacbon vô cơ (CO2) % 0.672
41
CHƯƠNG 3.
ÁP DỤNG TÍNH VÀ KẾT QUẢ TÍNH PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN VIỆT NAM 3.1. Áp dụng tính
Hiện có hai nhà máy sản xuất phân đạm tại Việt Nam là C/ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc và Nhà máy Đạm Phú Mỹ (PFP), riêng với Nhà máy đạm Cà Mau mới đi vào hoạt động từ tháng 1/2012 . Hai nhà máy này sử dụng các công nghệ tổng hợp amoniac khác nhau lần lượt là: công nghệ khí hóa than đi từ nguyên liệu than đá và công nghệ reforming khí thiên nhiên bằng hơi nước. Quá trình sản xuất phát sinh KNK là CO2 (Hình 1.3 và Hình 1.4) . Đối với lĩnh vực sản xuất phân DAP tại Việt Nam hiện nay chỉ có một nhà máy là C/ty TNHH MTV DAP VINACHEM (DAPCo). Công ty sử dụng công nghệ hiện đại đi từ nguồn nguyên liệu chính là quặng apatit. Quá trình tổng hợp DAP có công đoạn chính là sản xuất axit phốtphoric (Hình 1.5) gây phát thải CO2.
Phần trình bày dưới đây tập trung vào áp dụng kiểm kê phát thải của ba nhà máy này.
Số liệu được thu thập trên cơ sở số liệu sơ cấp và thứ cấp (phần 2.1.2, 2.2.2). Dưới đây là bảng số liệu thu thập được:
42
Bảng 3.1 . Thống kê số liệu sản xuất phân đạm và phân DAP
Năm 2009 2010 2011
(1)- C/ty TNHH Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc (HANICHEMCO)
đạm 196.612 190.158 196.199 amoniac 120.566 116.867 121.637 CO2 lỏng 29.563 28.033 30.339 Sản phẩm (t/năm) CO2 rắn 405 553 577 Nguyên liệu (t/năm) Than cục 150.951 149.620 150.189 CO2 vào 144.182 139.449 143.879 Xưởng tổng hợp đạm (t/năm)