生態工業園區產品-工藝體系的規劃方法研究

2020-12-12 中國水網

生態工業園區產品-工藝體系的規劃方法研究

論文類型 基礎研究 發表日期 2001-11-01
來源 第二屆環境模擬與汙染控制學術研討會
作者 石磊,施漢昌,錢易,沈靜珠,李有潤
摘要 生態工業園區(Eco-Industrial Park，EIP)已經成為世界範圍內工業發展所追求的理想模式。美國、法國、日本、菲律賓以及我國紛紛開展了生態工業園區的實踐工作，從生態學的視角研究現有工業體系的各組成部分之間以及它們與生物圈之間的相互關係，並從中探索工業系統中物質和能量利用的各種複雜模式。這些工作對工業生產的生態化產生了積極的作用。然而，生態工業園區畢竟是一個新鮮的概念，其規劃和建設工作還處於起步階段。因此，迫切需要建立有關的理論框架和開發相關的支持工具。本文從化學化工的角度對生態工業園區產品－

石磊1 施漢昌1 錢易1 沈靜珠2 李有潤2
（1清華大學環境科學與工程系
2清華大學化學工程系）

1. 前言

　　生態工業園區(Eco-Industrial Park，EIP)已經成為世界範圍內工業發展所追求的理想模式。美國、法國、日本、菲律賓以及我國紛紛開展了生態工業園區的實踐工作，從生態學的視角研究現有工業體系的各組成部分之間以及它們與生物圈之間的相互關係，並從中探索工業系統中物質和能量利用的各種複雜模式。這些工作對工業生產的生態化產生了積極的作用。然而，生態工業園區畢竟是一個新鮮的概念，其規劃和建設工作還處於起步階段。因此，迫切需要建立有關的理論框架和開發相關的支持工具。本文從化學化工的角度對生態工業園區產品－工藝體系的規划進行了初步探討，提出了基於廢物交換思想的規劃框架。

2. 化工園區生態規劃的總體框架

　　生態工業園區強調成員要素之間的物質能量交換以及基礎設施的共享。其中，廢物交換是生態鏈構成的重要手段，也因此成為生態工業園區標誌性的特徵。基於廢物交換思想，本文提出了生態工業園區產品－工藝體系的三層規劃框架：
　　·現有工藝體系的廢物交換
　　·工藝改進基礎上工藝體系的廢物交換
　　·與產品規劃耦合基礎上工藝體系的廢物交換
　　應當指出，工藝改進和產品規劃的考慮使得廢物交換超越了傳?quot;末端"意義上的廢物處理和處置，而是強調廢物的削減、回用和循環。從廢物交換入手，尋求工業園區範疇內廢物削減、回用和循環的最大可能性，為生態工業園區工藝體系的規劃提供了便捷的思路和關鍵的手段。正是基於這一思路，本文從化學化工的視角運用化工過程"洋蔥"模型和層次概念設計的原則和方法，構建了如圖1所示的園區產品－工藝體系規劃的框架。首先，建立並識別以單元合成反應為基本模塊的產品網絡；然後識別副產品和廢物網絡，辨析園區的廢物總量以及重要物質的工業代謝途徑，並以此為根據確定關鍵的工藝改進和產品規劃方案；最後，進行能量、水等公用工程的規劃與設計。

3. 案例研究

　　應用上述規劃框架，對國內某化工園區進行規劃。首先收集園區基本工藝數據，建立並識別園區的產品網絡、副產品網絡和廢物網絡。從產品網絡可知，該園區可大體包含農副產品、無機礦物產品、脂肪族產品和芳香族產品4個系列，但缺乏支柱性產品，其產品發育仍處於初級階段；從副產品網絡可知，園區只有少數具有顯著經濟效益的副產物如鹽酸等得到了收集和利用；從廢物網絡可知，園區大多數工藝對廢物的回收、處理和處置都是極其有限的。對氯、硫酸、氨和氫氧化鈉等的工業代謝分析表明，園區酸使用量超過鹼使用量約14％，而鹼的排入環境量卻過量約8％。同時，這些工業代謝分析為工藝改進和產品規劃提供了可靠的基礎和依據。
　　應用清潔生產的方法和工具，對園區工藝體系提出改進方案，如原料替代、反應條件和分離條件改變等。在對這些方案進行整體評價和優選的基礎上，進行園區物質集成工作，重新構建園區的廢物交換網絡。工業代謝表明，這些方案不僅部分解決了園區鹽酸大量過剩的問題，大大削減了氯、硫酸根等離子的排放，而且使得園區整體的酸鹼趨向平衡，有利於汙水處理廠的操作。對園區進行進一步的產品規劃，推薦了桔子深加工、大蘇打和機械加工類（ 消耗鹽酸）等產品，從而更進一步地削減了園區廢物的排放，提高了園區整體的資源利用效率。最後，在上述方案基礎上，對能量和水等公用工程進行重新規劃和設計。

4. 結論

　　將「廢物交換」的思想拓展到工藝系統的改造和產品系統的規劃領域，從工業活動的前端進行產品－工藝體系的規劃和設計，從而達到經濟、環境和社會的協調發展。在產品－工藝體系的規劃方面，採用了漸進方式，即首先立足於現有工藝系統的廢物交換分析；然後在工藝優化基礎上重複這一步驟；最後結合產品規劃提出廢物的理想利用模式，並在此基礎上提出公用工程設施的規劃設計，從而完成整個工業園區工藝體系的規劃。

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