ГОСТ Р 71099-2023 Выбросы стационарных источников. Определение выбросов парниковых газов в энергоемких отраслях промышленности. Часть 4. Алюминиевая промышленность

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТ Р

71099-

2023

Выбросы стационарных источников

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В ЭНЕРГОЕМКИХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Часть 4

Алюминиевая промышленность

Издание официальное

Москва Российский институт стандартизации 2023

ГОСТ Р 71099—2023

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом «Научно-исследовательский институт охраны атмосферного воздуха» (АО «НИИ Атмосфера»)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 457 «Качество воздуха»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 16 ноября 2023 г. № 1402-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

©Оформление. ФГБУ «Институт стандартизации», 2023

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

II

ГОСТ Р 71099—2023

Содержание

1 Область применения..................................................................1

2 Нормативные ссылки..................................................................1

3 Термины и определения...............................................................2

4 Сокращения и обозначения............................................................2

4.1 Сокращения......................................................................2

4.2 Обозначения и химические формулы.................................................2

5 Методы расчета. Общие положения.....................................................4

5.1 Основные принципы...............................................................4

5.2 Методы расчета технологических выбросов ПГ при производстве первичного алюминия......4

5.3 Источники выбросов ПГ............................................................5

6 Методы расчета технологических выбросов диоксида углерода...............................6

6.1 Общие положения................................................................6

6.2 Уровень 1. Методология расчета выбросов СО₂на основе отраслевых параметров..........6

6.3 Уровень 2. Методология расчета выбросов СО₂на основе фактических данных предприятия . .6

6.4 Расчет выбросов СО₂ от процессов электролиза и производства обожженных анодов........7

7 Методы расчета величины выбросов перфторуглеродов...................................13

7.1 Общие положения...............................................................13

7.2 Методология уровня 1 для расчета выбросов ПФУ.....................................13

7.3 Методология уровня 2 для расчета выбросов ПФУ.....................................14

7.4 Проверка достоверности расчета выбросов парниковых газов...........................15

8 Индикативные удельные показатели выбросов парниковых газов............................15

Библиография........................................................................17

III

ГОСТ Р 71099—2023

Введение

Настоящий стандарт предназначен:

- для измерения и количественного определения выбросов парниковых газов (ПГ) в отрасли алюминиевой промышленности;

- оценки выбросов парниковых газов во время производственных процессов на рабочих площадках;

- предоставления надежной, точной и качественной информации для отчетности и проверки.

Настоящий стандарт следует использовать для оценки, предоставления отчетности и сравнения выбросов парниковых газов на предприятии по производству алюминия. Данные по отдельным объектам, площадкам или процессам могут быть объединены для оценки (см. [1]), отчетности и сравнения выбросов ПГ для предприятия в целом.

Прямые выбросы от сжигания топлива в настоящем стандарте не рассматриваются. Данные выбросы рассчитываются в соответствии с ГОСТ Р ИСО 19694-1.

Настоящий стандарт касается отраслевых аспектов определения выбросов парниковых газов при производстве алюминия и основан на руководящих принципах МГЭИК [2] и приказе Минприроды [3].

IV

ГОСТ Р 71099—2023

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Выбросы стационарных источников

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В ЭНЕРГОЕМКИХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Часть 4

Алюминиевая промышленность

Stationary source emissions. Determination of greenhouse gas emissions in energy intensive industries.

Part 4. Aluminium industry

Дата введения — 2024—02—01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает согласованный метод количественного определения (расчета) технологических выбросов парниковых газов:

- при производстве первичного алюминия с использованием процесса электролиза;

- производстве обожженных анодов.

В стандарте приведены рекомендации по определению индикативных удельных показателей выбросов парниковых газов для проведения бенчмаркинга производства алюминия (сравнительного анализа) и определения его границ.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты.

ГОСТ Р 113.00.11 Наилучшие доступные технологии. Порядок проведения бенчмаркинга удельных выбросов парниковых газов в отраслях промышленности

ГОСТ Р ИСО 14064-1 Газы парниковые. Часть 1. Требования и руководство по количественному определению и отчетности о выбросах и поглощении парниковых газов на уровне организации

ГОСТ Р ИСО 19694-1 Выбросы стационарных источников. Определение выбросов парниковых газов в энергоемких отраслях промышленности. Часть 1. Общие положения

ГОСТ Р ЕН 15259 Качество воздуха. Выбросы стационарных источников. Требования к выбору измерительных секций и мест измерений, цели и плану измерений и составлению отчета

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

Издание официальное

1

ГОСТ Р 71099—2023

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины и по ГОСТ Р ИСО 19694-1, ГОСТ Р ИСО 14064-1, ГОСТ Р 113.00.11, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 первичный алюминий: Нелегированный алюминий, произведенный посредством электролиза из оксида алюминия в металлический алюминий, протекающего в электролизных ячейках.

3.2 производство обожженных анодов: Производство угольных анодов для использования в электролизерах, работающих по технологии с применением предварительно обожженных анодов.

3.3 перфторуглерод: Газ, выделяющийся при электролизе алюминия, состоящий из CF₄ и C₂F₆.

3.4

выбросы парниковых газов: Выбросы в атмосферный воздух парниковых газов, образуемых в результате осуществления хозяйственной и иной деятельности за определенный интервал времени.

[[4], статья 2]

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.

4 Сокращения и обозначения

4.1 Сокращения

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 Обозначения и химические формулы

4.2.1 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

44

— — стехиометрический коэффициент пересчета углерода в СО₂;

с/_л — диаметр лунки (принят равным среднему диаметру участка штыря, запеченного в теле анода), дм;

F_c F

— весовое отношение C₂F₆/CF₄, KrC₂F₆/KrCF₄;

п_ш — количество переставляемых штырей в расчете на 1 тА1;

S_CF4 — угловой коэффициент для CF₄ (кгСР₄/тА1)/(минуты анодного эффекта/ванно-сутки);

^ам — массовая доля серы в анодной массе, %;

И/с — массовая доля углерода в коксе, %;

^см — массовая доля углерода в смолистых веществах, %;

^ам — массовая доля золы в анодной массе, %;

2

ГОСТ Р 71099—2023

Пк

Ржам

^ЕС F

^ECF₄ ^£СО_2у рпфу

СО₂, экв

эффективность укрытия электролизера, доли ед;

плотность жидкой анодной массы, кг/дм³;

массовый выброс C₂F₆ от производства алюминия, tC₂F₆;

массовый выброс CF₄ от производства алюминия, tCF₄;

выбросы СО₂ от стационарного сжигания топлива за период у, тСО₂;

выбросы ПФУ, тСО_2экв;

^мо — удельный выброс диоксида углерода при мокрой очистке отходящих газов содовым ^со2 раствором, т/тА1;

^со₂ — удельный выброс СО₂ от электролизеров с обожженными анодами, тСО₂/тА1;

^со^ — удельный выброс диоксида углерода от электролизеров Содерберга, тСО₂/тА1;

М_р — масса произведенного алюминия (электролитического), т/год;

^ам — потери анодной массы с серой и золой, т/тА1;

^ам — потери анодной массы с водородом, т/тА1;

^пена — потери углерода с угольной пеной, т/тА1;

^пыль — потери углерода с пылью, т/тА1;

^см — потери углерода со смолистыми веществами, т/тА1;

Мр — массовая доля водорода в анодной массе, %;

^^c₂f₆ — потенциал глобального потепления для C₂F₆;

nrn_CF₄ — потенциал глобального потепления для CF₄;

P_Sq₂ — удельное поступление диоксида серы, кг/тА1;

Р_а — нетто-расход обожженных анодов, т/тА1;

Р_ам — расход анодной массы, т/тА1;

Р_к — расход сырого кокса, т/год;

^пена — массовая доля выхода угольной пены, кг/тА1;

^пыль — удельное поступление пыли, кг/тА1;

Р_ам — удельное поступление смолистых веществ в ГОУ, кг/тА1;

рпш — массовая доля смолистых веществ, выделяющихся в атмосферу при перестановке ^см штырей для электролизеров с верхним токоподводом, кг/тА1;

Р^ — выброс смолистых веществ через фонарь, кг/тА1;

У_к — угар кокса, %;

AED — средняя продолжительность анодных эффектов за период, мин/шт.;

AEF — средняя частота анодных эффектов за период, шт./ванно-сутки;

с — массовая доля пека в анодной массе, загружаемой перед перестановкой штырей, доли ед.;

GA — объем производства необожженных («зеленых») анодов, т/год;

3

ГОСТ Р 71099—2023

h — средняя по электролизеру высота лунки (высота штыря в запечной части анода), дм; к — выход кокса при быстром коксовании пека, доли ед.;

п — количество видов топлива, используемых за период у;

q — степень заполнения лунки, доли ед.;

т| — эффективность улавливания диоксида серы, доли ед.

4.2.2 Химические формулы

В настоящем стандарте применены следующие химические формулы:

AI — алюминий (CAS №: 7429-90-5);

^2^3 — оксид алюминия (глинозем) (CAS №: 7429-90-5);

С — углерод (CAS №: 1333-86-4);

CF₄ — тетрафторметан (CAS №: 75-73-0);

C₂F₆ — гексафторэтан (CAS №: 76-16-4);

СО — оксид углерода (CAS №: 630-08-0);

СО₂ — диоксид углерода (CAS №: 124-38-9);

Na₃AIF₆ — гексафтороалюминат натрия (криолит) (CAS №: 13775-53-6);

NaF — фторид натрия (CAS №: 7681-49-4).

5 Методы расчета. Общие положения

5.1 Основные принципы

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.

5.2 Методы расчета технологических выбросов ПГ при производстве первичного алюминия

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.

Технологические выбросы СО₂ на современных алюминиевых заводах составляют около 90 % от общих прямых выбросов в СО₂-экв, а остальная часть выбросов состоит из выбросов СО₂ от сжигания ископаемого топлива и выбросов ПФУ (см. [5], [6]). Руководство по расчету выбросов СО₂ при сжигании топлива не включено в настоящий стандарт. Методика расчета выбросов СО₂ от технологических процессов приведена в разделе 6, а выбросов ПФУ — в разделе 7.

4

ГОСТ Р 71099—2023

Рисунок 1 — Схема выбора методов расчета технологических выбросов СО₂ и ПФУ при производстве первичного алюминия (см. [1])

5.3 Источники выбросов ПГ

5.3.1 Электролиз

Большая часть выбросов СО₂ возникает в результате электролитической реакции угольного анода с оксидом алюминия с образованием металлического алюминия.

2AI₂O₃ + ЗС->4А1 + ЗСО₂. (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 СО₂ взаимодействует с угольным анодом с образованием монооксида углерода, который затем окисляется с образованием СО₂. Каждая единица СО₂, участвующая в реакции Будуара, после окисления воздухом дает две единицы СО₂:

СО₂ + С—^2СО, (2)

5

ГОСТ Р 71099—2023

2СО + О^2СО₂. (3)

Предполагается, что весь образующийся монооксид углерода преобразуется в СО₂. При этом поправка на незначительное количество углерода, выделяемого как ПФУ, а не как СО₂, не вводится. СО₂ не образуется при потреблении катода, если только не происходит его сжигание на месте. Выбросы СО₂ 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: тетрафтор-метан CF₄ и гексафторэтан C₂F₆:

4Na₃AIF₆ + 3C->4AI + 12NaF + 3CF₄, (4)

4Na₃AIF₆ + 4C->4AI + 12NaF + 2C₂F₆. (5)

5.3.2 Производство предварительно обожженных анодов

Другим источником выбросов СО₂, характерным для производства предварительно обожженных анодов, является обжиг необожженных («зеленых») анодов, при котором СО₂ выделяется от сгорания летучих компонентов пека. Еще выбросы СО₂ 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 СО₂ 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.

6 Методы расчета технологических выбросов диоксида углерода

6.1 Общие положения

Прямые выбросы СО₂ 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 СО₂ следует руководствоваться схемой, приведенной на рисунке 1. Для расчета индикативных удельных показателей выбросов парниковых газов используют уровень 2.

6.2 Уровень 1. Методология расчета выбросов СО₂ на основе отраслевых параметров

Методология расчета в соответствии с уровнем 1 для расчета общих прямых выбросов СО₂ необходимо основывать на расчете выбросов СО₂ на каждом отдельном этапе процесса, которые затем суммируются для расчета общих выбросов.

Формулы в 6.4.2 определяют расчет СО₂ для технологии Содерберга, а 6.4.3 содержит формулы для технологии с применением предварительно обожженных анодов.

6.3 Уровень 2. Методология расчета выбросов СО₂ на основе фактических данных предприятия

Наиболее точные данные инвентаризации СО₂ 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

ГОСТ Р 71099—2023

6.4 Расчет выбросов СО₂ от процессов электролиза и производства обожженных анодов

6.4.1 Общие положения

Источниками выбросов СО₂ 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.

6.4.2 Расчет выбросов СО₂ от электролизеров, работающих по технологии Содерберга

Технологические выбросы СО₂ для технологии Содерберга (см. [3]) рассчитывают по формуле

c-содб _ \(р _длн _ sz _ с _длс - М^с

^сСО2 ^{- W}P V ^{ам v ам v ам v см v} пыль ^IVI пена

1£.р^мо 1

12 ^с°2 I’

(6)

Есодб — .

_Cq₂ — выброс диоксида углерода от электролизных корпусов, т/год;

М_р — общее производство металла, тА1/год

Р_ам — расход анодной массы, т/тА1;

^ам — потери анодной массы с водородом, т/тА1;

^ам — потери анодной массы с серой и золой, т/тА1;

М§_м — потери углерода со смолистыми веществами, т/тА1;

^пыль — потери углерода с пылью, т/тА1;

^пена — потери углерода с угольной пеной, т/тА1;

^со — удельный выброс диоксида углерода при мокрой очистке отходящих газов содовым раствором, т/тА1;

44

— — стехиометрический коэффициент пересчета углерода в СО₂.

6.4.2.1 Потери анодной массы в связи с содержанием в ней водорода (см. [3]) рассчитывают по формуле

ам ^{_ г}ам .J QQ ’ ц)

где М_ам — потери анодной массы с водородом, т/тА1;

М_н — 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

M^sz = Р

^IVI ам ^ам

^ам ⁺ ^ам

100

(8)

где — потери анодной массы с серой и золой, т/тА1;

S_aM — массовая доля серы в анодной массе, %;

Z_aM — массовая доля золы в анодной массе, %.

6.4.2.3 Потери углерода со смолистыми веществами (см. [3]) рассчитывают по формулам (9) и (Ю).

При наличии мокрой ступени газоочистки:

г Р^ W^c Р^г и/^с

АЛ с _ 'см "СМ , 'СМ /П\

^см 1000 ’ 100 1000 100 ’ ^{k ;}

где Мем— потери углерода со смолистыми веществами, т/тА1;

7

ГОСТ Р 71099—2023

^см— выброс смолистых веществ через фонарь, кг/тА1;

^см— удельное поступление смолистых веществ в ГОУ, кг/тА1;

^см— массовая доля углерода в смолистых веществах, %.

При наличии сухой газоочистки:

_мс _ ^ и& ^см 1000 100’

где М£_м — потери углерода со смолистыми веществами, т/тА1.

При этом:

рФ - Й-п ) • Р^г + Р'

“см Чк / “см ⁺ “с

(11)

где т|_к — эффективность укрытия электролизера, доли ед;

йГм¹ — массовая доля смолистых веществ, выделяющихся в атмосферу при перестановке штырей для электролизеров, работающих по технологии Содерберга с верхним токоподводом, кг/тА1.

6.4.2.4 Потери углерода с пылью (см. [3]) рассчитывают по формулам (12) и (13).

При наличии мокрой ступени газоочистки:

1000

100

1000

100 ’

(12)

где Мп_ЫЛЬ — потери углерода с пылью, т/тА1;

^пыль — выброс пыли через фонарь, кг/тА1;

^пыль — удельное поступление пыли в ГОУ, кг/тА1;

И/_П^С_Ь|ЛЬ — массовая доля углерода в пыли, %.

При наличии сухой газоочистки:

_г рФ и/^с

_ ¹ пыль . ^>упыл

^ПЬ|ЛЬ 1000 100

где М_лыль — потери углерода с пылью, т/тА1.

При этом:

(14)

где т|_к— эффективность укрытия электролизера, доли ед.

6.4.2.5 Потери углерода с угольной пеной (см. [3]) рассчитывают по формуле

р р^ВЬ|Х |А/^С

¹ пена . учтена ^пена 1000 ’ 100 ’

где Липена — потери углерода с угольной пеной, т/тА1;

йтена — выход угольной пены, кг/тА1;

^пена — массовая доля углерода в пене, %.

8

ГОСТ Р 71099—2023

6.4.2.6 Выбросы диоксида углерода при мокрой очистке отходящих газов содовым раствором (см. [3]) рассчитывают по формуле

■МО

со₂

^pso₂ 44

W00 ^П ’ 64’

(16)

^где ^СО₂

^PSO₂

П

удельный выброс диоксида углерода при мокрой очистке отходящих газов содовым раствором, т/тА1;

удельное поступление диоксида серы, кг/тА1;

эффективность улавливания диоксида серы, доли ед.

6.4.2.7 Количество смолистых веществ Р^, выделяющихся в атмосферу при перестановке штырей для электролизеров, работающих по технологии Содерберга с верхним токоподводом (см. [3]), рассчитывают по формуле:

Р™ = 0,785 d^hqc- р_жам • (1 - к) • п_ш,

(V)

где с/_л — диаметр лунки (принят равным среднему диаметру участка штыря, запеченного в теле анода), дм;

/7 — средняя по электролизеру высота лунки (высота штыря в запечной части анода), дм;

q — степень заполнения лунки, доли ед.;

с — массовая доля пека в анодной массе, загружаемой перед перестановкой штырей, доли ед.;

Ржам — плотность жидкой анодной массы, кг/дм³;

к — выход кокса при быстром коксовании пека, доли ед.;

л_ш — количество переставляемых штырей в расчете на 1 тА1.

Отраслевые значения параметров из формул (7)—(17) для расчета выбросов СО₂ при применении технологии Содерберга указаны в таблице 1.

Таблица 1 — Источники данных, неопределенности и отраслевые значения параметров для определения выбросов СО₂ электролизеров, работающих по технологии Содерберга на основе методологий уровней 1 и 2

9

ГОСТ Р 71099—2023

Окончание таблицы 1

6.4.3 Расчет прямых выбросов СО_{2 экв} от электролизеров, работающих по технологии с применением предварительно обожженных анодов

Технологические выбросы СО₂ для технологии с применением предварительно обожженных анодов рассчитывают по формуле

гоа л f f n 100 — S_a — Z_a .. с »л с 44 Л

=М_п-\\Р_я--------Мпыпк - МпАна •

СО2 Р I ° 100 пыль пена i ^2 I

где ^со₂ — выброс диоксида углерода от электролизных корпусов, тСО₂/год;

М_р — общее производство металла, т Al/год

Р_а — расход обожженных анодов нетто, т/тА1;

S_a — массовая доля серы в обожженном аноде, %;

Z_a — массовая доля золы в обожженном аноде, %;

^пыль — потери углерода с пылью, т/тА1;

^пена — потери диоксида углерода с угольной пеной, т/тА1

10

ГОСТ Р 71099—2023

6.4.3.1 Потери углерода с пылью рассчитывают по формуле

рФ |Л/С

м С _ 'пыль ^уупыль

^ПЬ|ЛЬ 1000 100

(19)

где Мр_ЫЛЬ — потери углерода с пылью, т/тА1;

^пыль — выброс пыли через фонарь, кг/тА1;

^пыль — массовая доля углерода в пыли, %.

При этом:

^ПЫЛЬ ~ О Лк ) ’ ^ПЫЛЬ’

(20)

где г|_к — эффективность укрытия электролизера, доли ед.;

^пыль — удельное поступление пыли в ГОУ, кг/тА1;

6.4.3.2 Потери углерода с угольной пеной рассчитывают по формуле

М^с

^IVI пена

рВЫХ и/С 'пена ^иупена 1000 ’ 100 ’

(21)

где Мп_ена — потери углерода с угольной пеной, т/тА1

^пена — выход угольной пены, кг/тА1;

^пена — массовая доля углерода в пене, %.

Отраслевые значения параметров из формул (18)—(21) для расчета выбросов СО₂ при применении технологии с применением предварительно обожженных анодов указаны в таблице 2.

Таблица 2 — Источники данных, неопределенности и отраслевые значения параметров для определения выбросов СО₂ электролизеров, работающих по технологии с применением предварительно обожженных анодов на основе методологий уровней 1 и 2

11

ГОСТ Р 71099—2023

Окончание таблицы 2

6.4.4 Расчет технологических выбросов СО₂ от прокалки кокса и производства обожженных анодов

6.4.4.1 Расчет выбросов СО₂ от прокалки кокса

Если прокалка кокса осуществляется на алюминиевом заводе, выбросы СО₂ 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.

Р • У И/^с 44

^кп _ ⁷ к

^со2 100 '100 12’

(22)

_Со₂ — выброс диоксида углерода от прокалки кокса, тСО₂/год;

Р_к — расход сырого кокса, т/год;

У_к — угар кокса, %;

И/^ — массовая доля углерода в коксе, %.

6.4.4.2 Расчет выбросов СО₂ от обжига анодов

Выброс диоксида углерода от обжига необожженных («зеленых») анодов М°^ рассчитывают по формуле

М^^СД 0,066 —, (23)

2 ' ^/

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 СО₂ при прокалке кокса указаны в таблице 3.

Таблица 3 — Источники данных, неопределенности и отраслевые значения параметров для определения выбросов СО₂ при прокалке кокса и производстве обожженных анодов на основе методологий уровней 1 и 2

12

ГОСТ Р 71099—2023

7 Методы расчета величины выбросов перфторуглеродов

7.1 Общие положения

Для расчета выбросов ПФУ в СО₂-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 СО₂-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.

7.2 Методология уровня 1 для расчета выбросов ПФУ

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 СО₂-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 — Угловые коэффициенты для расчета выбросов ПФУ 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.

13

ГОСТ Р 71099—2023

7.3 Методология уровня 2 для расчета выбросов ПФУ

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 кгСГ₄ 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 S_cf зависит от используемой технологии получения первичного алюминия и технологических параметров производства. Следует использовать значения угловых коэффициентов, приведенные в таблице 4.

Организации могут самостоятельно определять значения углового коэффициента S_CF на основе выполненных инструментальных измерений. Значения угловых коэффициентов устанавливаются для отдельного предприятия и конкретной технологии производства первичного алюминия с актуализацией не менее одного раза в пять лет или при существенных изменениях в технологии производства.

Значение весового отношения C₂F₆ к CF₄ (Fc_2F6 ) принимается в соответствии с данными для cf₄

различных технологий производства первичного алюминия, приведенными в таблице 4. Организации также могут самостоятельно определять значения весового отношения C₂F₆ к CF₄ (^ec₂f₆ ) ^на основе

выполненных инструментальных измерений. Значение весового отношения C₂F₆ к CF₄ устанавливается для отдельного предприятия и конкретной технологии производства первичного алюминия с актуализацией не менее одного раза в пять лет или при существенных изменениях в технологии производства.

^ECF₄ ^{= S}CF₄ ' АЕМ/1000, (24)

^EC₂F₆ = ^ECF₄ • ^ЕС£б ’ (25)

cf₄

где E_CF — удельный массовый выброс CF₄ от производства алюминия, tCF₄/t AI;

Е_{с F} — удельный массовый выброс C₂F₆ от производства алюминия, tC₂F₆/t AI;

S_CF4 — угловой коэффициент для CF₄ (кгСЕ₄/тА1)/(мин. анодного эффекта/ванно-сутки);

^eC₂f₆ — весовое отношение C₂F₆/CF₄, KrC₂F₆/KrCF₄.

cf₄

АЕМ — 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 СО₂-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.

14

ГОСТ Р 71099—2023

Суммарные значения выбросов перфторуглеродов по организации определяются путем суммирования выбросов по корпусам (сериям) электролиза. Производство электролитического алюминия М включающего наработку первичного алюминия в электролизерах за отчетный период (см. [6]), определяется организациями по корпусам электролиза в соответствии с утвержденными на предприятиях технологическими регламентами.

^_экв = (^ ПГП_{СГ] +} Е_СЛ ПГП^). М_р, (27)

^{где £}с*2 _экв — выбросы ПФУ, тСО_2экв ;

ПГП_Сг₄ — потенциал глобального потепления для CF₄;

ПГ^с f₆ — потенциал глобального потепления для C₂F₆;

М_р — 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 Проверка достоверности расчета выбросов парниковых газов

7.4.1 Проверка достоверности расчета выбросов СО₂

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 (СО₂, СО 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]).

8 Индикативные удельные показатели выбросов парниковых газов

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.

15

ГОСТ Р 71099—2023

Таблица 5 — Расчет общих прямых выбросов от электролиза

Таблица 6 — Расчет общих прямых выбросов при обжиге анодов

Таблица 7 — Расчет общих косвенных выбросов от электролиза

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 СО₂ 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 — не-заявленный остаток электрической энергии), то в этом случае объем незаявленного остатка электрической энергии определяется либо по региональному, либо по физическому методу.

16

ГОСТ Р 71099—2023

Библиография

[1] ИСО 19694-4:2023 Выбросы стационарных источников. Определение выбросов парниковых газов в энергоемких отраслях промышленности. Часть 4. Алюминиевая промышленность

[2] Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК. Том 3. Промышленные процессы и использование продуктов, 2006 г.

[3] Приказ Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от 27 мая 2022 г. № 371 «Об утверждении методик количественного определения объемов выбросов парниковых газов и поглощений парниковых газов»

[4] Федеральный закон от 2 июля 2021 г. № 296-ФЗ «Об ограничении выбросов парниковых газов»

[5] Распоряжение Правительства Российской Федерации от 22 октября 2021 г. № 2979-р «Об утверждении перечня парниковых газов, в отношении которых осуществляется государственный учет выбросов парниковых газов и ведение кадастра парниковых газов»

[6] Постановление Правительства Российской Федерации от 20 апреля 2022 г. № 707 «Об утверждении Правил представления и проверки отчетов о выбросах парниковых газов, формы отчета о выбросах парниковых газов, Правил создания и ведения реестра выбросов парниковых газов и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации»

[7] Руководящие указания по эффективной практике и учету факторов неопределенности в национальных кадастрах парниковых газов МГЭИК, 2006 г.

17

ГОСТ Р 71099—2023

УДК 504.3:006.354 ОКС 13.040.40

Ключевые слова: алюминиевая промышленность, парниковые газы, коэффициенты выбросов, отчетность

18

Редактор М.В. Митрофанова Технический редактор И.Е. Черепкова Корректор Л. С. Лысенко Компьютерная верстка Л.А. Круговой

Сдано в набор 17.11.2023. Подписано в печать 05.12.2023. Формат 60х84¹/₈. Гарнитура Ариал. Усл. печ. л. 2,79. Уч.-изд. л. 2,37.

Подготовлено на основе электронной версии, предоставленной разработчиком стандарта

Создано в единичном исполнении в ФГБУ «Институт стандартизации» , 117418 Москва, Нахимовский пр-т, д. 31, к. 2.