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企业层面有机化工循环经济产业链网构建和稳定性研究

刘雷  
【摘要】: 有机化工行业作为资源消耗高、污染物产生量大的行业,是最早开展循环经济实践的行业之一,已积累诸多成功经验。作为化学工业中的基础和主导行业,有机化工行业的循环经济理论和实践的发展,对整个化学工业都具有重要的指导和借鉴意义。早期有机化工行业循环经济发展多是在长期实践积累的基础自发形成的,显示了循环经济发展模式的强大优越性和生命力。但随着循环经济发展的深入和实践范围的扩大,单纯依靠实践积累、自发形成循环经济发展模式,已不能满足行业发展的需要。运用新的循环经济的理论和技术方法,科学的指导循环经济产业链网的设计、改造和完善,建立高效、稳定的有机化工循环经济发展模式,是当前研究的热点。企业作为循环经济实施的主体,其循环经济产业链网的构建和发展,对更大层面上循环经济发展具有决定性的影响。 本文在系统查阅和全面综述循环经济产业链及化工行业循环经济理论与技术的基础上,利用元素流分析和系统集成技术,探索出企业层面有机化工循环经济产业链网的物质流动代谢效率的分析方法和产业链网的设计方法,并从经济学、生态学和产业链的结构特点等角度剖析了循环经济产业链稳定性的内涵和影响因素,构建了科学可行的稳定性评价模型和评价指标体系,提出了企业层面有机化工循环经济产业链网稳定性的评价方法,并通过案例研究进一步验证和完善了相关研究内容,主要研究成果如下: (1)科学识别了企业发展循环经济的现状与不足 结合山东金沂蒙集团循环经济发展建设实践和清洁生产审核工作,对企业生产工艺及投入产出情况进行了系统的调查与分析,识别出企业发展循环经济的制约因素:以高资源消耗为支撑的粗放型增长方式和简单的回收利用为主的发展模式,造成原辅材料利用效率不高,水资源利用效率相对较低;产业链多为单向性流动,关联度相对较差;主要产品生产工艺普遍存在能耗高、资源利用效率低、废物产生和排放量大等问题。 (2)建立了企业层面有机化工循环经济产业链网的物质流动分析方法 结合企业层面有机化工产业链物质流动特点,对现有的元素流分析方法进行了改进,提出了企业层面元素流分析方法,具体包括研究目的确定、系统与系统范围确定、清单分析与模型建立以及结果解释4部分,并设置了元素的资源效率、环境效率和资源化率3个评价指标。提出了工序间有效元素流的概念,即输入到工序中可被该工序利用的元素流。 以金沂蒙集团的4条有机化工产业链为研究对象,研究建立了不同产业链中碳元素流动分析的模型,识别了制约资源利用效率的关键环节和废物产生及排放源。 ①发酵酒精产业链碳元素流分析结果表明,发酵酒精生产过程中碳元素系统资源效率为39.1%,发酵工序和糖化工序是制约系统碳元素利用效率的关键环节。提高系统的碳环境效率和再利用率的重点在于酒糟和发酵工序产生的CO_2的资源化利用。 ②对醋酸产业链碳元素流分析结果表明,醋酸生产过程中碳元素系统利用效率为85.7%,酒精氧化工序是制约系统碳元素利用效率的关键环节,改进醋酸生产工艺,缩短醋酸生产过程,也是提高系统碳元素资源效率和环境效率的主要途径之一。 ③对醋酸乙酯产业链碳元素流分析结果表明,醋酸乙酯生产过程中碳元素系统利用效率为98.1%,脱水工序和酯化工序是制约系统碳元素利用效率的关键环节。 ④对氨醇联产产业链碳元素流分析结果表明,氨醇联产生产过程中碳元素系统利用效率为55.3%。由于现有产业链并不是以提高碳元素利用效率为目标,导致碳元素利用水平不高,大量碳资源流失,系统脱碳解吸气和造气灰渣均具有较好的利用价值。 (3)研究建立了企业层面有机化工循环经济产业链网的技术方法 研究了循环经济产业链的内涵,分析了产业链的链状、环状、树状和网状四种结构类型和发展进化关系,提出了从产业链组装、产业链延伸、产业链补充产业链改进、产业链耦合等角度构建企业层面循环经济产业链网的技术方法,并以金沂蒙集团的4条有机化工产业链为研究对象,进行了应用研究: ①产业链组装方面,在现有煤气化生产的基础上,开发了新的脱碳工序、CO提取工序和羰基合成工序,组装羰基合成产业链,新组装的产业链系统碳资源利用效率为0.501。 ②产业链延伸方面,以氨醇联产产业链的液氨和脱碳解吸气中CO_2为原料,延伸设计了尿素合成产业链,使氨醇联产产业链的系统碳资源效率由0.553提高到0.644,提高了16.5%。 ③产业链补充方面,一是增加发酵酒精废气净化工序,回收含有的高浓度CO_2用于生产食品级CO_2,每年可资源化利用7.5万tCO_2,使发酵酒精产业链系统碳资源效率提高到0.591,提高了51.2%。二是回收造气灰渣作用作锅炉为燃料,在提高碳元素利用水平的同时,回收能量。 ④产业链改进方面,通过改造造气炉结构,优化吹风和造气过程运行参数,改造后造气灰渣含碳量降低了2.6%,吨氨煤耗比现有氨醇联产产业链降低6.0%。 ⑤产业链耦合方面,通过甲醇、醋酸、脱碳解吸气、脱碳尾气和CO提取后尾气等物质在不同产业链间的流动,将羰基合成、氨醇联产、尿素合成、发酵酒精、醋酸、醋酸乙酯6条产业链相互耦合,建立企业层面有机化工循环经济产业链网。通过产业链耦合,丰富了产业链中资源流动路径,提高了系统碳资源利用效率和整体运行水平,增强了产业链网稳定性。 对设计和新建的企业层面有机化工循环经济产业链网碳元素流分析结果表明,氨醇联产产业链各工序碳元素利用水平均高于现有水平,造气工序提高了10.5%,达到0.747;脱碳工序提高了16.1%,达到0.975;甲醇合成工序提高了18.2%,达到0.793。设计的循环经济产业链网的系统碳资源利用效率比现有氨醇联产产业链提高了22.1%,达到0.675;系统碳环境效率是现有氨醇联产产业链的2.2倍。 (4)构建了区域水资源梯级利用的循环经济链网体系 研究并实施了酒精无载体大罐浓醪连续发酵工艺和羰基合成工艺等源头节水工艺,实现了水资源利用的源削减。针对新鲜水、二次水、蒸汽冷凝水等多种水资源,提出并实施了分级利用,构建了企业内部水资源梯级利用模式。研究并实施了基于废水分级、分质处理的深度处理工程,实现了废水的资源化利用。通过上述措施,企业新鲜水耗量由2005年的935万t,减少到2008年的512万t,削减率为45.2%;废水产生量由2005年的317万t,减少到2008年的193万t,削减率为39.1%,有效提高了水资源利用效率。 (5)建立了企业层面有机化工循环经济产业链稳定性分析与评价方法 在界定了循环经济稳定性的内涵的基础上,分别基于价值链原理、生命周期原理和产业链的开放性,揭示了循环经济产业链的经济稳定性、生态稳定性和产业链的结构稳定性的内涵,识别了影响循环经济产业链的关键因素;建立了包括目标层、准则层、要素层、指标层4个的层次的企业层面有机化工循环经济产业链稳定性评价指标体系,并采用熵技术修正下的层次分析法对指标体系进行主客观的组合赋权,建立了企业层面循环经济稳定性的综合评价方法,科学评价了金沂蒙集团循环经济产业链和系统稳定性。结果表明,与2005年相比,2008企业新建有机化工循环经济产业链网后,产业链稳定性由原来的基本稳定提升为稳定,资源消耗和污染物排放量均有较大削减。 综上,通过对循环经济理论、模式和技术方法的系统研究及其在金沂蒙集团的成功应用,建立了企业层面循环经济产业链分析、构建、完善和稳定性评价的系统方法,对企业循环经济的实施起到了很好技术支持、理论指导和示范推动作用。与2005年相比,2008年建设新的循环经济产业链网体系的实施效果为:淀粉出酒率提高了2.4%,工业水重复利用率提高了18.5%,COD排放强度降低了82.2%,SO_2排放强度降低了77.6%,吨氨综合能耗降低了2.2%,吨酒精综合能耗降低了10.4%,吨氨新鲜水耗降低了8.5%,吨酒精新鲜水耗降低了15.7%。


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