3.5 анодный эффект: Отклонение технологических параметров процесса, которое происходит, когда в электролите растворено недостаточное количество глинозема, что приводит к повышению напряжения выше нормального технологического предела, в результате чего образуются выбросы газов, содержащих перфторуглероды.
Примечание - Также причинами возникновения анодного эффекта являются критическая плотность тока и снижение способности электролита смачивать поверхность анода.
В настоящем стандарте применены следующие сокращения:
ГОУ - установка очистки газа;
ПГ - парниковый газ;
ПГП - потенциал глобального потепления;
ПФУ - перфторуглероды;
CWPB - электролизеры, работающие по технологии с применением предварительно обожженных анодов;
HSS - электролизеры, работающие по технологии Содерберга с боковым токоподводом;
VSS - электролизеры, работающие по технологии Содерберга с верхним токоподводом.
4.2.1 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
dл - диаметр лунки (принят равным среднему диаметру участка штыря, запеченного в теле анода), дм;
nш - количество переставляемых штырей в расчете на 1 тAl;
Sам - массовая доля серы в анодной массе, %;
Zам - массовая доля золы в анодной массе, %;
- выбросы ПФУ, тCO2экв;MP - масса произведенного алюминия (электролитического), т/год;
MH - массовая доля водорода в анодной массе, %;
- потенциал глобального потепления для C2F6; - потенциал глобального потепления для CF4;Pа - нетто-расход обожженных анодов, т/тAl;
Pам - расход анодной массы, т/тAl;
Pк - расход сырого кокса, т/год;
Ук - угар кокса, %;
AED - средняя продолжительность анодных эффектов за период, мин/шт.;
AEF - средняя частота анодных эффектов за период, шт./ванно-сутки;
c - массовая доля пека в анодной массе, загружаемой перед перестановкой штырей, доли ед.;
GA - объем производства необожженных ("зеленых") анодов, т/год;
h - средняя по электролизеру высота лунки (высота штыря в запечной части анода), дм;
k - выход кокса при быстром коксовании пека, доли ед.;
n - количество видов топлива, используемых за период y;
q - степень заполнения лунки, доли ед.;
4.2.2 Химические формулы
В настоящем стандарте применены следующие химические формулы:
Al - алюминий (CAS N: 7429-90-5);
Al2O3 - оксид алюминия (глинозем) (CAS N: 7429-90-5);
C - углерод (CAS N: 1333-86-4);
CF4 - тетрафторметан (CAS N: 75-73-0);
C2F6 - гексафторэтан (CAS N: 76-16-4);
CO - оксид углерода (CAS N: 630-08-0);
CO2 - диоксид углерода (CAS N: 124-38-9);
Na3AlF6 - гексафтороалюминат натрия (криолит) (CAS N: 13775-53-6);
NaF - фторид натрия (CAS N: 7681-49-4).
Настоящий стандарт следует применять совместно с ГОСТ Р ИСО 19694-1, который содержит общие требования, определения и правила, применимые к определению выбросов ПГ для всех энергоемких отраслей, содержит общие методологические вопросы и уточняет детали применения правил (см. [2]). Применение указанного стандарта с отраслевыми стандартами обеспечивает точность, прецизионность и воспроизводимость результатов.
Количественное определение (расчет) выбросов ПГ проводится для следующих производственных процессов производства первичного алюминия:
- электролитическое получение алюминия на электролизерах, работающих по технологии Содерберга с боковым токоподводом;
- электролитическое получение алюминия на электролизерах, работающих по технологии Содерберга с верхним токоподводом;
- электролитическое получение алюминия на электролизерах, работающих по технологии с применением предварительно обожженных анодов.
На рисунке 1 приведены источники технологических выбросов и ссылки на стандартные методы расчета.
![]() выбросов CO2 и ПФУ при производстве первичного алюминия
(см. [1])
Технологические выбросы CO2 на современных алюминиевых заводах составляют около 90% от общих прямых выбросов в CO2-экв, а остальная часть выбросов состоит из выбросов CO2 от сжигания ископаемого топлива и выбросов ПФУ (см. [5], [6]). Руководство по расчету выбросов CO2 при сжигании топлива не включено в настоящий стандарт. Методика расчета выбросов CO2 от технологических процессов приведена в разделе 6, а выбросов ПФУ - в разделе 7.
5.3.1 Электролиз
Большая часть выбросов CO2 возникает в результате электролитической реакции угольного анода с оксидом алюминия с образованием металлического алюминия.
. (1)На предприятиях, работающих на технологии с использованием предварительно обожженных анодов, измеряют расход анодов нетто, а на предприятиях с процессом Содерберга - потребление анодной массы.
Диоксид углерода также выделяется во время реакции электролиза, поскольку угольный анод реагирует с другими источниками кислорода, прежде всего из воздуха. Диоксид углерода также образуется в результате реакции Будуара, когда CO2 взаимодействует с угольным анодом с образованием монооксида углерода, который затем окисляется с образованием CO2. Каждая единица CO2, участвующая в реакции Будуара, после окисления воздухом дает две единицы CO2:
, (2) . (3)Предполагается, что весь образующийся монооксид углерода преобразуется в CO2. При этом поправка на незначительное количество углерода, выделяемого как ПФУ, а не как CO2, не вводится. CO2 не образуется при потреблении катода, если только не происходит его сжигание на месте. Выбросы CO2 при добавлении карбоната натрия в электролизеры также не учитываются, так как карбонат натрия добавляется с большим временным интервалом и данный процесс не является значительным источником выбросов.
Также при производстве первичного алюминия в результате анодных эффектов (отклонениях технологических параметров электролизеров) могут образовываться два газообразных ПФУ: тетрафторметан CF4 и гексафторэтан C2F6:
, (4) . (5)5.3.2 Производство предварительно обожженных анодов
Другим источником выбросов CO2, характерным для производства предварительно обожженных анодов, является обжиг необожженных ("зеленых") анодов, при котором CO2 выделяется от сгорания летучих компонентов пека. Еще выбросы CO2 происходят при прокалке кокса, который впоследствии используется для производства анодной массы или обожженных анодов.
Также диоксид углерода выделяется при сжигании топлива, используемого для производства анодной массы, и/или обожженных анодов.
5.3.3 Вспомогательные процессы при выплавке алюминия
Еще одним источником выбросов CO2 является топливо, используемое в литейном цехе для нагрева металла в процессе обработки перед разливкой, а также некоторое количество топлива, которое может использоваться в процессах формирования катанки.
Прямые выбросы CO2 от производства алюминия рассчитываются с использованием одного из двух уровней:
- уровень 1. Использование формул, описывающих конкретный процесс с параметрами, характерными для отрасли в целом (отраслевые параметры);
- уровень 2. Использование формул, описывающих конкретный процесс с параметрами, характерными для конкретного производственного участка или предприятия (фактические данные).
Примечание - Уровень 1 и уровень 2 в настоящем стандарте соответствуют уровню 2 и уровню 3 по техническому руководству МГЭИК (см. [2]).
При расчете прямых выбросов CO2 следует руководствоваться схемой, приведенной на рисунке 1. Для расчета индикативных удельных показателей выбросов парниковых газов используют уровень 2.
Методология расчета в соответствии с уровнем 1 для расчета общих прямых выбросов CO2 необходимо основывать на расчете выбросов CO2 на каждом отдельном этапе процесса, которые затем суммируются для расчета общих выбросов.
Формулы в 6.4.2 определяют расчет CO2 для технологии Содерберга, а 6.4.3 содержит формулы для технологии с применением предварительно обожженных анодов.
Наиболее точные данные инвентаризации CO2 получаются при использовании фактических данных по конкретному производственному участку или предприятию. Эти данные могут быть получены на основе измерений, сделанных на месте или на основании данных от поставщиков. Формулы идентичны используемым в методике в соответствии с уровнем 1. Однако следует использовать данные, характерные именно для объекта или предприятия, а не для отрасли в целом.
6.4.1 Общие положения
Источниками выбросов CO2 в результате применения технологии Содерберга и технологии с применением предварительно обожженных анодов является электролиз, а при производстве анодной массы и обожженных анодов - прокалка кокса и обжиг необожженных ("зеленых") анодов.
Технологические выбросы CO2 для технологии Содерберга (см. [3]) рассчитывают по формуле
, (6)где
Mp - общее производство металла, т Al/год
Pам - расход анодной массы, т/тAl;
6.4.2.1 Потери анодной массы в связи с содержанием в ней водорода (см. [3]) рассчитывают по формуле
где
MH - массовая доля водорода в анодной массе, %.
6.4.2.2 Потери анодной массы в связи с содержанием в ней серы и золы (см. [3]) рассчитывают по формуле
, (8)где
Sам - массовая доля серы в анодной массе, %;
Zам - массовая доля золы в анодной массе, %.
При наличии мокрой ступени газоочистки:
где
При наличии сухой газоочистки:
где
При этом:
, (11)где
При наличии мокрой ступени газоочистки:
где
При наличии сухой газоочистки:
где
При этом:
, (14)где
6.4.2.5 Потери углерода с угольной пеной (см. [3]) рассчитывают по формуле
, (15)где
6.4.2.6 Выбросы диоксида углерода при мокрой очистке отходящих газов содовым раствором (см. [3]) рассчитывают по формуле
, (16)где
6.4.2.7 Количество смолистых веществ
где dл - диаметр лунки (принят равным среднему диаметру участка штыря, запеченного в теле анода), дм;
h - средняя по электролизеру высота лунки (высота штыря в запечной части анода), дм;
q - степень заполнения лунки, доли ед.;
c - массовая доля пека в анодной массе, загружаемой перед перестановкой штырей, доли ед.;
k - выход кокса при быстром коксовании пека, доли ед.;
nш - количество переставляемых штырей в расчете на 1 тAl.
Отраслевые значения параметров из формул (7) - (17) для расчета выбросов CO2 при применении технологии Содерберга указаны в таблице 1.
Таблица 1
параметров для определения выбросов CO2 электролизеров,
работающих по технологии Содерберга на основе методологий
уровней 1 и 2
6.4.3 Расчет прямых выбросов CO2 экв от электролизеров, работающих по технологии с применением предварительно обожженных анодов
Технологические выбросы CO2 для технологии с применением предварительно обожженных анодов рассчитывают по формуле
где
Mp - общее производство металла, т Al/год
Pа - расход обожженных анодов нетто, т/тAl;
Sа - массовая доля серы в обожженном аноде, %;
Zа - массовая доля золы в обожженном аноде, %;
6.4.3.1 Потери углерода с пылью рассчитывают по формуле
, (19)где
При этом:
, (20)где
6.4.3.2 Потери углерода с угольной пеной рассчитывают по формуле
где
Отраслевые значения параметров из формул (18) - (21) для расчета выбросов CO2 при применении технологии с применением предварительно обожженных анодов указаны в таблице 2.
Таблица 2
параметров для определения выбросов CO2 электролизеров,
работающих по технологии с применением предварительно
обожженных анодов на основе методологий уровней 1 и 2
6.4.4 Расчет технологических выбросов CO2 от прокалки кокса и производства обожженных анодов
6.4.4.1 Расчет выбросов CO2 от прокалки кокса
Если прокалка кокса осуществляется на алюминиевом заводе, выбросы CO2 от угара при прокалке кокса рассчитываются по формуле (22). При использовании прокаленного кокса в производстве анодной массы и предварительно обожженных анодов выбросы от прокалки кокса не учитываются.
где
Pк - расход сырого кокса, т/год;
Ук - угар кокса, %;
6.4.4.2 Расчет выбросов CO2 от обжига анодов
Выброс диоксида углерода от обжига необожженных ("зеленых") анодов
где GA - объем производства необожженных анодов, т/год;
0,066 - коэффициент, учитывающий потери летучих, смолистых, пересыпки при обжиге необожженных анодов.
Отраслевые значения параметров из формул (22) - (23) для расчета выбросов CO2 при прокалке кокса указаны в таблице 3.
Таблица 3
параметров для определения выбросов CO2 при прокалке кокса
и производстве обожженных анодов на основе методологий
уровней 1 и 2
Для расчета выбросов ПФУ в CO2-экв при производстве первичного алюминия используется следующая последовательность:
- сначала рассчитывают интенсивность выбросов каждого из двух газов ПФУ (CF4 и C2F6) на тонну произведенного первичного алюминия;
- затем значения интенсивности выбросов умножаются на общий объем производства алюминия за расчетный период времени. Далее для перевода в единицы CO2-экв. выбросы ПФУ умножаются на соответствующие ПГП.
ПГП для CF4 и C2F6 определяются в соответствии с перечнем парниковых газов, в отношении которых осуществляется государственный учет выбросов парниковых газов и ведение кадастра парниковых газов, утвержденного [5].
Далее приведены два отдельных подхода для расчета выбросов ПФУ на тонну алюминия с относительной неопределенностью, варьирующейся от низкой до высокой.
Уровень 1 - методология, позволяющая проводить расчеты на основе фактических данных предприятия и угловых коэффициентов, характерных для данной технологии.
Уровень 2 - методология, предполагающая использование фактических данных о деятельности и фактических угловых коэффициентов, характерных для данного предприятия.
Данные о производственных процессах и угловых коэффициентах конкретных предприятий следует определять на основе методологии уровня 2 с неопределенностью менее 15%. Уровень 1 подходит для расчета выбросов ПФУ только в том случае, если использование уровня 2 невозможно по экономическим или техническим причинам.
Этот метод основан на расчетах с использованием данных об анодном эффекте, характерных для данного объекта, но с использованием средних отраслевых коэффициентов вместо коэффициентов, рассчитанных на основе измерений газов ПФУ на конкретных объектах. Коэффициенты выбросов ПФУ и выбросы в CO2-экв следует рассчитывать, как в методе уровня 2, с использованием формулы (27) в 7.3.2. Рекомендуемые средние угловые коэффициенты приведены в таблице 4.
Таблица 4
от производства алюминия по различным технологиям -
метод уровня 2
Неопределенности, указанные в таблице 4, относятся к определению среднеотраслевых коэффициентов для конкретных технологий. Специфичные для завода неопределенности расчета ПФУ с использованием подхода уровня 1 с применением этих коэффициентов могут быть значительно выше, чем неопределенности, полученные с помощью подхода уровня 2.
Методология основана на расчетах с использованием данных об анодном эффекте для конкретного объекта, данных о производстве алюминия и коэффициентах, основанных на прямых измерениях ПФУ на объектах.
7.3.1 Расчет интенсивности выбросов CF4 и C2F6 на тонну алюминия
Угловой коэффициент представляет собой количество кгCF4 на тонну произведенного алюминия, деленное на отношение минут анодного эффекта на ванно-сутки (число работающих ванн, умноженное на количество рабочих дней). Поскольку выбросы ПФУ измеряются на тонну произведенного алюминия, угловой коэффициент включает влияние силы тока на ванну (электролизер) и выход по току - двух основных факторов, определяющих количество алюминия, произведенного в ванне (электролизере).
Формулы (24) и (25) следует использовать, когда установлена связь между технологическими показателями анодного эффекта и выбросами ПФУ и при этом ведется регистрация анодного эффекта в минутах на ванно-сутки. Формулы следует применять для каждой работающей линии электролиза на предприятии, чтобы получить удельные выбросы на тонну алюминия, произведенного для каждой линии электролиза.
Метод основан на расчетах с использованием данных об анодном эффекте, характерных для данного объекта, но с использованием средних отраслевых коэффициентов вместо коэффициентов, рассчитанных на основе измерений газов ПФУ на конкретных объектах. Угловой коэффициент выбросов CF4
Организации могут самостоятельно определять значения углового коэффициента
Значение весового отношения C2F6 к CF4
где
AEM - минуты анодного эффекта на ванно-сутки (мин. анодного эффекта/ванно-сутки).
AEM = AEF·AED, (26)
где AEF - средняя частота анодных эффектов за период, шт./ванно-сутки;
AED - средняя продолжительность анодных эффектов за период, мин/шт.
7.3.2 Расчет общих выбросов ПФУ в т CO2-экв
Количественное определение выбросов перфторуглеродов (CF4, C2F6) осуществляется организациями расчетным методом. Расчет выбросов перфторуглеродов выполняют по отдельным корпусам электролиза с учетом применяемой технологии получения первичного алюминия.
Суммарные значения выбросов перфторуглеродов по организации определяются путем суммирования выбросов по корпусам (сериям) электролиза. Производство электролитического алюминия Mp, включающего наработку первичного алюминия в электролизерах за отчетный период (см. [6]), определяется организациями по корпусам электролиза в соответствии с утвержденными на предприятиях технологическими регламентами.
где
- потенциал глобального потепления для CF4; - потенциал глобального потепления для C2F6;Mp - выпуск алюминия (электролитического), т/год.
ПГП для перфторметана CF4 и перфторэтана C2F6 определяется в соответствии с перечнем парниковых газов, в отношении которых осуществляется государственный учет выбросов парниковых газов и ведение кадастра парниковых газов, утвержденного распоряжением (см. [5]).
7.4.1 Проверка достоверности расчета выбросов CO2
Измерения проводились с помощью мобильного инфракрасного спектрометра с Фурье преобразованием. После проверки однородности плоскости отбора проб (см. ГОСТ Р ЕН 15259) был установлен зонд с подогревом и были проанализированы все компоненты с подогревом (CO2, CO и влага). Только кислород был проанализирован с помощью парамагнитной измерительной системы на выходе из инфракрасного спектрометра (см. [7]).
Измерения проводились в течение одного месяца на каждом участке отбора проб. Проверка качества проводилась до измерений (т.е. линейность) и во время измерений (контрольный газ, нулевой газ).
7.4.2 Проверка достоверности расчета выбросов ПФУ
Анализ данных измерений ПФУ на 38 объектах по производству первичного алюминия, выполненный после публикации в 2006 году обновленных коэффициентов для уровня 1, подтверждает применимость методологии уровня 1 МГЭИК расчета выбросов CF4 и C2F6, связанных с анодным эффектом. Проанализированные данные охватывали все основные технологии производства первичного алюминия, включая электролиз с использованием обожженных анодов и балки продавливания по центру, периферийную обработку электролизеров с обожженными анодами, технологии Содерберга с боковым и верхним токоподводами. Анализ данных измерений также подтвердил, что угловые коэффициенты в уравнении МГЭИК уровня 1 и коэффициенты перенапряжения для расчета выбросов ПФУ на основе данных процесса установки с анодным эффектом соответствуют статистическим данным. Для наиболее широко используемой технологии электролиза с использованием обожженных анодов и балки продавливания по центру расширенный набор данных измерений подтверждает, что неопределенность измерения параметров для уровня 1 МГЭИК 2006 года превышает +/- 6%. Аналогичным образом данные измерений после 2006 года подтверждают задокументированные коэффициенты уровня 1 для других технологий, используемых для производства первичного алюминия (см. [2]).
Для расчета индикативных удельных показателей выбросов парниковых газов следует использовать значения показателей, полученные на основе применения методологии уровня 2, за исключением случаев, при которых использование методологии уровня 1 на основе отраслевых параметров обеспечивает более высокую точность расчетов выбросов ПФУ.
Методы, которые следует использовать для сравнения аналогичных производств, приведены в таблицах 5, 6 и 7.
Таблица 5
Таблица 6
Таблица 7
Процесс выработки электроэнергии, т.е. гидроэнергия, газ, уголь, ядерная энергия, их комбинации, также влияет на выбросы ПГ. Выбросы парниковых газов от гидроэнергетики намного ниже, чем, например, от электроэнергии, вырабатываемой на газе.
Удельный коэффициент выбросов CO2 для электросети может быть определен следующими методами:
- региональный метод - метод количественного определения косвенных энергетических выбросов, отражает среднюю интенсивность выбросов парниковых газов на объектах, генерирующих электрическую энергию, которая потребляется предприятием;
- рыночный метод - метод количественного определения косвенных энергетических выбросов, используется при потреблении предприятием электрической энергии, полученной по двусторонним договорам купли-продажи электрической энергии, заключенным в соответствии с правилами оптового рынка электрической энергии и мощности или сертификатами происхождения энергии;
- физический метод - метод используется при определении косвенных энергетических выбросов с учетом долей поступления электрической энергии от каждого конкретного внешнего генерирующего объекта в общем количестве электроэнергии, потребленной предприятием. Указанные доли определяются вкладом конкретного внешнего генерирующего объекта в потреблении для узла расчетной модели электроэнергетической системы, к которому отнесено предприятие.
Если предприятие, выполняющее количественное определение объема косвенных энергетических выбросов по рыночному методу, потребляет электрическую энергию, информация о которой не была заявлена двусторонними договорами и/или сертификатами происхождения энергии (далее - незаявленный остаток электрической энергии), то в этом случае объем незаявленного остатка электрической энергии определяется либо по региональному, либо по физическому методу.
Вернуться в "Каталог нормативных документов"
Источник информации: https://internet-law.ru/documents/prod/gost-r_gosudarstvennyj-standart/18/gost_85815.html
На правах рекламы:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||