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减排前沿丨我国甲烷减排政策及油气领域可行技术分享
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2022.12.30 上海

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提到温室气体,大多数人第一反应便是二氧化碳(CO2,但其实联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的温室气体清单中还涵盖了甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)和六氟化硫(SF6。其中甲烷作为全球排放量第二大的温室气体,全球年排放量约99.6亿吨CO2e,占全球温室气体排放总量的19%。根据《中国气候变化第二次两年更新报告》,2014年我国甲烷排放共计5529.6万吨,折合为11.6亿吨CO2e,占比为10.4%。

甲烷的增温潜势

甲烷是最简单的烃,国标编号21007,CAS号74-82-8,无色无味气体,分子量16.04,蒸汽压53.32kPa/-168.8℃,闪点-188℃,熔点-182.5℃,沸点-161.5℃,微溶于水,溶于醇、乙醚,相对密度(空气=1)0.55,危险标记4,易燃。

增温潜势即为热效应,代表不同时间框架内温室气体在大气中的综合影响及其造成辐射强迫的相对效果,这一概念能够让不同的温室气体按照同样的标准进行比较。在IPCC第六次评估报告中,甲烷的全球增温潜势(global warming potential , GWP)在100年的时间框架内是二氧化碳的约28倍,而在20年的时间框架内这一数值达到约81倍。

不过IPCC的各次评估报告中GWP的数值有所差异,且测量的不确定性范围较大。目前根据《联合国气候变化框架公约》的要求,发达国家(附件一国家)排放清单报告通常采用2007年IPCC第四次评估报告的数值(100年框架下GWP为25);而发展中国家(非附件一国家,比如中国)排放清单报告通常采用1995年IPCC第二次评估报告的数值(100年框架下GWP为21)。

我国甲烷减排策略

2016年3月,十二届全国人大四次会议审查通过的《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中明确提出“控制非二氧化碳温室气体排放”;

2016年10月,国务院印发《“十三五”控制温室气体排放工作方案》(国发〔2016〕61号)要求进一步加大甲烷等非二氧化碳温室气体控排力度;

2021年1月,生态环境部发布的《关于统筹和加强应对气候变化与生态环境保护相关工作的指导意见》(环综合〔2021〕4号)提出,在石油天然气、煤炭开采等重点行业试点开展甲烷排放监测。

2021年3月,十三届全国人大四次会议审议批准的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》进一步提出,要“加大甲烷、氢氟碳化物、全氟化碳等其他温室气体的控制力度”。

2021年10月,中国正式提交的《中国落实国家自主贡献成效和新目标新举措》中指出,有效控制包括甲烷在内的非二氧化碳温室气体排放是统筹有序推进碳达峰碳中和的重要措施。

2021年11月,在格拉斯哥气候峰会期间,中美共同发布《中美关于在21世纪20年代强化气候行动的格拉斯哥联合宣言》,宣布两国将加强甲烷减排领域的合作。

油气领域甲烷减排可行技术

油气系统中的生产环节以及天然气系统的储存和运输环节(如城镇居民天然气管道等)是关键排放源,具有较大的减排潜力。其中,石油行业的甲烷排放集中在开采环节,天然气行业则在生产、储运、分销环节均有分布,各环节的占比分别为36.5%、35.3%和25.5%。由于排放源较为集中,油气领域甲烷减排初期成本较低。国际能源署(IEA)的研究表明,全球油气领域75%的甲烷泄漏可以通过现有技术得到控制,其中有40%~50%的减排没有额外成本。

油气领域我国甲烷排放量分布(2020)

从减排方式的角度,油气领域的主要甲烷排放源可分为逃逸、放空和火炬燃烧三类。针对甲烷逃逸的治理较为复杂,甲烷的逃逸发生在石油和天然气产业链的各个环节。泄漏源主要是管线的法兰、阀门、压缩机、气动设备、维修泄露、管线老化等且大多是由于失效产生的突发性泄漏,现有可供选择的技术包括:

更换为低泄漏设备:

对高排放的泵、压缩机密封件、压缩机密封杆、仪表空气系统和电动机等进行控制及设备更换;

安装排放控制装置:

通过安装蒸汽回收装置、排污捕获单元、柱塞、火炬燃烧等对甲烷排放环节加以控制,从而减少甲烷排放;

泄漏检测和修复(LDAR):

利用红外及便携式检测仪等泄漏检测手段,对潜在泄漏点进行检测,及时发现存在泄漏问题的部件,对其进行修复或替换;

数字传感器、卫星以及无人机检测:

通过卫星、无人机等来实时监测如井喷、管线破裂、意外事件导致基础设施被破坏等超级排放源。

参考文献:

[1] 北京绿色金融与可持续发展研究院, 高瓴产业与创新研究院, 绿色创新发展中心.《甲烷减排:碳中和新焦点》[S].2022.

[2]杨梓诚,高俊莲,唐旭,等.中国油气行业甲烷逃逸排放核算与时空特征研究[J].石油科学通报,2021,6(02):302-314.

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