生態(tài)工業(yè)園建設(shè)的物質(zhì)和能量集成.pdf

1、綜述了清潔生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)及循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論的意義和研究現(xiàn)狀，進(jìn)一步闡述了循環(huán)經(jīng)濟(jì)及其相似的理論與傳統(tǒng)學(xué)科如熱力學(xué)之間的關(guān)系，指出按自然生態(tài)的模式組織產(chǎn)業(yè)活動(dòng)，使資源利用、產(chǎn)品加工、消費(fèi)，及廢棄物處置構(gòu)成一個(gè)循環(huán)的科學(xué)基礎(chǔ)在于物質(zhì)不滅與能量守恒，但從熱力學(xué)意義上看，循環(huán)的困難在于將各種棄物重新分解為資源，也就是將系統(tǒng)從混亂變有序，降低系統(tǒng)的總熵，這必須由外界輸入能量才能完成。因此必須探索盡可能大規(guī)模地、“經(jīng)濟(jì)”地推動(dòng)產(chǎn)業(yè)“循環(huán)”的途徑。構(gòu)建

2、生態(tài)工業(yè)園區(qū)，就是按產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的理論和方法，在產(chǎn)業(yè)活動(dòng)范圍內(nèi)探索實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)的途徑和方法，如物質(zhì)和能量集成。 依托實(shí)際研究課題，深入考察了上海莘莊工業(yè)區(qū)(簡稱SXIP)、上?；^(qū)(簡稱SCIP)、南京化工區(qū)(簡稱SNIP)和魯北化工集團(tuán)(簡稱魯北)，及太倉新太酒精廠(簡稱新太)的現(xiàn)狀，研究在企業(yè)和園區(qū)層面如何通過副產(chǎn)物和廢物的交換、能量的梯級利用、公用工程的共享等手段來構(gòu)建物質(zhì)集成和能量集成系統(tǒng)，在區(qū)域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社

3、會的和諧與發(fā)展。 企業(yè)層面的物質(zhì)和能量集成以新太酒精廠為案例。通過深入調(diào)查該廠的生產(chǎn)工藝，首次提出酒精生產(chǎn)的本質(zhì)上就是碳元素的反應(yīng)與傳遞。測定了沼氣的組成和原料木薯、沼渣、雜醇油、排放廢水的總碳含率，對各物流進(jìn)行碳元素衡算，做出了酒精生產(chǎn)的碳元素平衡圖。結(jié)果表明，進(jìn)入酒精產(chǎn)品的碳元素僅為44.74﹪，各副產(chǎn)品所含的有用碳元素分別為：沼氣8.19﹪，沼渣4.32﹪，液態(tài)C027.26﹪，雜醇油0.27﹪。系統(tǒng)的總碳元素利用率為64

4、.78﹪。副產(chǎn)品的回收利用使系統(tǒng)總碳利用率提高了20.01﹪。與未回收利用副產(chǎn)品相比，酒精生產(chǎn)的原料利用率提高了45﹪。 探討了新太能量集成的模式。酒精生產(chǎn)是個(gè)高能耗、高水耗的行業(yè)。新太通過熱電聯(lián)產(chǎn)，將高壓蒸汽發(fā)電，發(fā)電后的乏汽用于酒精生產(chǎn)的蒸煮和蒸餾工藝使用，實(shí)現(xiàn)了能源的梯級利用，企業(yè)的噸酒煤耗和電耗均優(yōu)于國內(nèi)最佳水平。但是，仍有大量余熱沒有得到利用。本文運(yùn)用夾點(diǎn)分析方法，對系統(tǒng)的熱交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行能量分析，再輔以制冷機(jī)和熱泵對系

5、統(tǒng)中的三股熱流體進(jìn)行余熱回收，預(yù)測結(jié)果表明：(1)以精餾塔塔頂蒸汽(79℃)的余熱驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)，可制備冷量2305kW，對酒精發(fā)酵液(不大于33℃)進(jìn)行冷卻。此舉既可節(jié)省36﹪(即78．6萬Ua)冷卻該股熱流體的冷卻水，并減少排放廢冷卻水(約45℃)所帶來的環(huán)境熱污染；又可100﹪節(jié)省冷卻發(fā)酵液的深井水(1.97·106t/a)，還可保護(hù)地下水資源。(2)利用噴射式熱泵回收廢醪液的余熱，可節(jié)省蒸汽5.94萬噸／年，同時(shí)，還能減少處理

6、這部分釜液的費(fèi)用。(3)利用吸收式熱泵制熱來回收放空二次蒸汽，可節(jié)省熱量2736KW，同時(shí)還能減少放空熱蒸汽對環(huán)境的熱污染。 在區(qū)域?qū)用嫔?，通過研究上海化工區(qū)和魯北化工區(qū)的物質(zhì)集成，指出物質(zhì)集成是構(gòu)建生態(tài)園區(qū)的最關(guān)鍵因素，而技術(shù)創(chuàng)新則是最好的物質(zhì)集成。唯有創(chuàng)新才能改變生產(chǎn)技術(shù)路線，在源頭顯著減少資源的投入，從根本上解決環(huán)境污染問題。如魯北的磷肥、硫酸、水泥集成中磷渣的煅燒技術(shù)一舉搬掉了紅白兩座廢渣山?；蛟诎荻惑w化項(xiàng)目中，苯酚在

7、雙酚A(BPA)的縮合反應(yīng)和在聚碳酸酯(SPC)聚合反應(yīng)中既是反應(yīng)物又是產(chǎn)物的雙重功能，在兩個(gè)反應(yīng)間循環(huán)，使項(xiàng)目得以一體化。 研究表明，區(qū)域的物質(zhì)集成更多體現(xiàn)在過程的組織和優(yōu)化上，每一個(gè)單元可能都是常規(guī)技術(shù)，但相互配合之后，就可延伸產(chǎn)業(yè)鏈，并衍生生態(tài)鏈，如魯北的海洋資源生態(tài)鏈均由傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)組成，還包括會帶來大量固廢(堿石膏)的燒堿工藝，但與核心的磷肥生產(chǎn)線配合后，堿石膏成為生產(chǎn)硫酸和水泥的重要原材料。在SCIP，煉油、燒堿、聚氯乙

8、烯生產(chǎn)都是傳統(tǒng)化T-r藝，但是經(jīng)合理組織，借助氯元素的流動(dòng)，既聯(lián)接了上、中、下游企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，又構(gòu)建了新的副交換的生態(tài)鏈。 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，與物質(zhì)集成相比，區(qū)域的能源集成較易于實(shí)施。因?yàn)閷τ跊]有明確核心企業(yè)的綜合性工業(yè)園區(qū)，企業(yè)的原材料和產(chǎn)品千變?nèi)f化，相互之間構(gòu)建產(chǎn)品鏈尚且不易，更遑論構(gòu)建副產(chǎn)物和廢物交換的生態(tài)鏈。但是，任何工業(yè)區(qū)，無論生產(chǎn)什么產(chǎn)品，都需要能源，只是對能源的形式和品位要求有所不同，而這正是構(gòu)建能源集成的潛力所在。

9、 分析和計(jì)算證明，熱電聯(lián)供是區(qū)域能源集成的最有力工具。尤其是熱電冷三聯(lián)供，更進(jìn)一步帶來削峰平谷、消除氟利昂制冷劑、減少開采地下水作冷卻水的優(yōu)勢。對莘莊工業(yè)區(qū)估算表明，按目前供熱能力135t／h測算，如果全部實(shí)施熱電聯(lián)供，可以多發(fā)電1.7萬kW，比分別提供等量的蒸汽和電力節(jié)能29﹪。 在研究物流和能量集成與園區(qū)生態(tài)化的關(guān)系時(shí)，將“公用工程”概念引入園區(qū)生態(tài)化建設(shè)，指出公用工程是將園區(qū)物質(zhì)和能源集成的潛在可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)可行性的重要手

10、段?！捌咄ㄒ黄健钡然A(chǔ)設(shè)施主要解決園區(qū)與外部的物質(zhì)、信息交流，而公用工程則側(cè)重于園區(qū)內(nèi)企業(yè)之間的物質(zhì)、能源的交換。前者是后者的基礎(chǔ)，后者是前者的延續(xù)和補(bǔ)充。因此，基礎(chǔ)設(shè)施固然是園區(qū)生態(tài)化的必要條件，但公用工程則是園區(qū)生態(tài)化的充分條件。例如，在末端處理方面，通過建立三廢處理中心這樣的公用工程，可減少企業(yè)各自為政處理廢棄物的投資成本和運(yùn)作風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，這也是對實(shí)施多年且仍在執(zhí)行的“三同時(shí)”政策的反思。建議對于像工業(yè)區(qū)這樣的經(jīng)濟(jì)實(shí)體，可修改“三

11、同時(shí)”的限制，構(gòu)建三廢處理的公用工程，發(fā)揮區(qū)域物質(zhì)集成的優(yōu)勢。從這個(gè)意義上看，將“公用工程”引入工業(yè)區(qū)的生態(tài)規(guī)劃，是對產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)“工具箱”的充實(shí)和提高。 案例分析表明，夾點(diǎn)分析是構(gòu)建區(qū)域熱交換網(wǎng)絡(luò)的有效工具，尤其是它的前瞻性，可預(yù)測引進(jìn)新企業(yè)可能帶來的整體能源分布的改變，這對園區(qū)企業(yè)布局大有幫助。在新太案例分析中，本文用MicrosoftAccess建立系統(tǒng)冷熱流體的數(shù)據(jù)庫，在用VB語言編制了通用的夾點(diǎn)分析軟件。無論系統(tǒng)有否包含

12、相變流股，該軟件均可處理，并能以表格和圖形的方式顯示包括冷熱流體的綜合曲線，夾點(diǎn)溫差的位置和數(shù)值，最小公用工程熱負(fù)荷和冷負(fù)荷等計(jì)算結(jié)果。 關(guān)于進(jìn)一步工作的方向也進(jìn)行了簡要的討論，論文建議宜加強(qiáng)與政府各職能部門合作，獲取更多數(shù)據(jù)以便定量分析，進(jìn)行能量集成系統(tǒng)構(gòu)造的投入產(chǎn)出分析，提出更切實(shí)可行的方案。另外，與自然生態(tài)相比，對于像莘莊工業(yè)區(qū)這樣沒有明顯核心企業(yè)的綜合園區(qū)，落戶的企業(yè)種類繁多，似乎更符合生物多樣性的原則，但要將產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈