（环境工程专业论文）基于工业代谢分析方法的石化行业清洁生产审核.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 石化行业在对经济发展和社会进步作出了巨大贡献的同时也对人类健康和生态环 境带来了严重危害性，因此，石化行业能否实现可持续发展成为目前存在的突出问题。 清洁生产作为一种全过程的污染防治战略，是污染控制的最佳模式，对解决石化行业的 快速发展与环境保护之间的矛盾具有重要意义。石化企业实施清洁生产不仅要靠主观意 愿和资金投入，更需要确立相应的理论方法来指导实践。 论文的主要研究内容如下： ( 1 ) 分析了石化行业环境保护措施和存在的主要环境问题： ( 2 ) 将工业代谢分析方法移植应用于石油化工行业的清洁生产审核，对其工业产品 系统结构进行功能性模拟和物质流输入输出分析，描绘其行进的路线和副产品产生的节 点和环节，构建石油炼制工业产品代谢模型；基于生态工业思路和原有的产品代谢途径， 增加了化肥厂、化纤厂和火电厂3 个子系统的代谢链条。通过延长产业链条，加大了能流 和物流的交换，提高了资源和能源的综合利用率； ( 3 ) 建立石油化工催化裂化装置脱硫方案比选的指标体系框架，评价指标体系包括 三个基本层次结构，从经济评估、技术评估、环境评估等三个方面选取了9 个指标。采 用层次分析法确定了各指标权重值，并将灰色关联分析模型引入到框架指标体系的评价 中。根据所建立的指标框架体系及评价模型，对催化烟气采用硫转移剂降低s 0 2 和e d v 湿法洗涤技术( n a o h 为洗涤剂) 降低5 0 2 两种脱硫方案进行了评价，评价结果表明硫转移 剂脱硫方案优于e d v 湿法洗涤技术脱硫方案。 运用工业代谢理论对石化行业产品结构进行物质流输入输出分析、诊断生产过程产 品、副产品及废物的产生途径、产生环节及状态，可以为石化行业生态产业链网设计提 供技术支持，可以实现废物排放最小化的目标：应用硫转移剂脱硫清洁生产方案可以实 现催化裂化装置s 0 2 的达标排放。 关键词：石化；清洁生产审核；生态工业；工业代谢；脱硫 基于工业代谢分析方法的石化行业清洁生产审核 c l e a n e rp r o d u c t i o na u d i ti np e t r o c h e m i c a li n d u s t r yb a s e do n i n d u s t r i a lm e t a b o l i s m a b s t r a c t w h i l ep e t r o c h e m i c a li n d u s t r yh a sm a d eg r e a tc o n t r i b u t i o nt ot h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n t a n dt h es o c i a lp r o g r e s s ，i ta l s ob r i n g st h es e r i o u sh a z a r d o u sn a m r et ot h eh u m a nh e a l t ha n dt h e e c o l o 舀c a le n v i r o n m e n t ，t h e r e f o r e ，w h e t h e r s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to rn o tb e c o m e sa n t h ep e t r o c h e m i c a li n d u s t r yc a nr e a l i z et h e e x i s t i n gp r o m i n e n tq u e s t i o na tp r e s e n t t h e c l e a n e rp r o d u c t i o nw h i c ht a k e so n ek i n do ft h ew h o l ep r o c e s so ft h ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lo f p o l l u t i o ns t r a t e g y ，i st h eb e s tp a t t e r no ft h ec o n t a m i n a t i o nc o n t r 0 1 i th a sa ni m p o r t a n t m e a n i n gi ns o l v i n gt h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ep e t r o c h e m i c a l i n d u s t r ya n dt h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n t h ei m p l e m e n t i n go ft h ec l e a n e rp r o d u c t i o ni nt h e p e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s en o to n l yd e p e n d so nt h es u b j e c t i v ew i s ha n dt h ef u n d i n gi n v e s t e d ， b u ta l s on e e d st oe s t a b l i s ht h ec o r r e s p o n d i n gt h e o r ym e t h o d st oi n s t r u c tt h ep r a c t i c e t h e p a p e r sm a i nr e s e a r c hc o n t e n ti sa sf o l l o w s ： ( 1 ) a n a l y s i so ft h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nm e a s u r e sa n dt h em a j o re n v i r o n m e n t a l p r o b l e m se x i s t i n gi nt h ep e t r o c h e m i c a li n d u s t r y ( 2 ) a p p l i e sa n dt r a n s p l a n t st h ei n d u s t r ym e t a b o l i s ma n a l y s i sm e t h o dt ot h ep e t r o c h e m i c a l i n d u s t r yc l e a n e rp r o d u c t i o na u d i t ，c a r r i e so nt h ef u n c t i o n a l i t ys i m u l a t i o na n dt h em a t e r i a l c l a s si n p u to u t p u ta n a l y s i st oi t sm a n u f a c t u r e dp r o d u c t ss y s t e ms t r u c t u r e ；d e s c r i b e sn o d ea n d l i n ko fi t sr o a dr o u t e sa n dp r o d u c t i o no ft h eb y p r o d u c t ，c o n s t r u c t si n d u s t r i a lm e t a b o l i cm o d e l s o ft h ep e t r o l e u mr e f i n i n gp r o d u c t s ；i n e a s e st h ef e r t i l i z e rp l a n t ，t h ec h e m i c a lf i b e rf a c t o r ya n d t h et h e r m o e l e c t r i cp o w e rs t a t i o n3s u b - s y s t e m sm e t a b o l i s mc h a i nl i n k s ，b a s e do nt h ee c o l o g y i n d u s t r ym e n t a l i t ya n dt h eo r i g i n a lp r o d u c tp a t h w a y s ；t h r o u g ht h ee x t e n s i o no ft h ei n d u s t r y c h a i nl i n k , e n l a r g e dt h ee n e r g yf l o wa n dt h ep h y s i c a ld i s t r i b u t i o ne x c h a n g e ，e n h a n c e dt h e r e s o u r c e sa n dt h ee n e r g yc o m p r e h e n s i v ee f f i c i e n c y ( 3 ) e s t a b l i s h e st h ei n d i c a t o rs y s t e mf r a m eo fc o m p a r i n ga n de l e c t i n go ft h ep e t r o l e u m c h e m i c a li n d u s t r yf l u i dc a t a l y t i cc r a c k i n gd e s u l p h u r i z a t i o nd e s i g n s ，t h ei n d i c a t o rs y s t e m i n c l u d e st h r e eb a s i ch i e r a r c h i c a ls t r u c t u r e s ，w eh a ss e l e c t e d9t a r g e t sf r o mt h ee c o n o m i c a s s e s s m e n t ，t h et e c h n o l o g ya s s e s s m e n t ，t h ee n v i r o n m e n ta s s e s s m e n tt h r e ea s p e c t sa n ds oo n w eu s e dt h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s st od e t e r m i n ev a r i o u st a r g e t sh i e r a r c h yh e i g h t sv a l u e ， a n di n t r o d u c e dt h eg r a yc o n n e c t i o na n a t o m i cm o d e li n t ot h ef r a m ei n d i c a t o rs y s t e m s a s s e s s m e n t t oa s s e s st h et w ok i n d so fd e s u l p h u r i z a t i o np l 柚t so fr e d u c i n gs 0 2f r o mt h e c a t a l y t i cf l u eb yt h em e a s u r e so ft h es u l f u rt r a n s f e ra g e n tp r e p a r a t i o na n dt h ee d vw e t i i 大连理工大学专业学位硕士学位论文 w a s h i n gt e c h n o l o g y ( n a o hi sd e t e r g e n t ) ，t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h es u l f u rt r a n s f e ra g e n t p r e p a r a t i o nd e s u l p h u r i z a t i o np l a ns u r p a s s e d t h ee d vw e t w a s h i n gt e c h n o l o g y d e s u l p h u r i z a t i o np l a n i tc a np r o v i d et h et e c h n i c a ls u p p o r tf o rt h ep e t r o c h e m i c a li n d u s t r ye c o l o g yi n d u s t r y c h a i nn e td e s i g na n da c h i e v et h ew a s t ee m i s s i o n sm i n i m u mg o a lb yc a r r y i n go nt h em a t e r i a l c l a s si n p u to u t p u ta n a l y s i st ot h ep e t r o c h e m i c a li n d u s t r yp r o d u c tc o n s t r u c t i o n , d i a g n o s i n gt h e p r o d u c i n gw a y ，t h ep r o d u c i n gl i n k sa n dt h ec o n d i t i o no ft h ep r o d u c t ，t h eb y p r o d u c ta n dt h e w a s t ef r o mt h ep r o d u c t i o np r o c e s sb yu s i n gt h ei n d u s t r ym e t a b o l i s mt h e o r y i tc a nr e a l i z et h e f l u i dc a t a l y t i cc r a c k i n gs 0 2s t a n d a r d se m i s s i o n sb yu s i n gt h es u l f u rt r a n s f e ra g e n t p r e p a r a t i o n d e s u l p h u r i z a t i o nc l e a n e rp r o d u c t i o nd e s i g n k e yw o r d s ：p e t r o c h e m i c a l ；c l e a n e rp r o d u c t i o na u d i t ；e c o l o g i c a li n d u s t r y ；i n d u s t r i a l m e t a b o l i s m ；d e s u l f u r i z a t i o n 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：墨皇型苎堡坌茧翌兰兰竺望兰坚竺坚 作者张j 警l 一 日期：4 年j 月l 日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目：叁童兰生笪塑! 鱼堑垄型型塑坐鱼兰竺坠 作者签名： 翌鲴 导师签名：音酶二l，v 0 7 、 日期：茸年上月卫日 嘲：号年上月手日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 清洁生产理论基础及清洁生产审核 1 1 清洁生产 1 1 1 清洁生产的概念 1 9 7 2 年6 月5 日联合国在瑞典斯德哥尔摩召开了具有里程碑意义的第一次人类环境 会议，会议通过了人类环境宣言。宣言中明确指出；为当代和将来的世世代代，保 护和改善人类环境【l 】，已经是人类的一个紧迫的任务。探索新的发展模式已经成为今后 全球必须共同关注的重要问题。为了改善自然环境，弥补经济发展带来的环境污染问题， 各国纷纷采取增大环保投资、建设污染控制和处理设施、制定污染物排放标准等措施， 这些措施在施行初期取得了一定的成绩，然而通过多年的实践发现污染末端治理需要大 量的治理费用，同时使一些可以回收的资源得不到有效的回收利用，造成企业原材料消 耗增高，资源浪费，经济效益下降。因此，人们认识到防治污染不能只依靠“末端治理 ， 而应该以“预防为主，防治结合”，“综合利用，化害为利 ，将污染物消除在生产过 程中，从根本上解决污染问题，由此“清洁生产”应运而生。 清洁生产在1 9 8 9 年由联合国环境规划署工业与环境规划活动中，l , ( u p i e p a c ) 提 出，在不同的发展阶段、不同的国家清洁生产有不同的名称，例如“废物减量化、“无 废工艺”、“污染预防 2 - 4 1 ”等，但其基本内涵是一致的，即对产品和产品的生产过程 采用预防污染的策略来减少污染物的产生。 清洁生产是人们思想和观念的一种转变，是环境保护战略由被动反应向主动行动的 一种转变。联合国环境规划署在总结了各国开展的污染预防活动，并加以提炼后，提出 了清洁生产的定义【5 咖，并得到国际社会的普遍认可和接受，其定义为： “清洁生产是一种新的创造性的思想，该思想将整体预防的环境战略持续应用于生 产过程、产品和服务中，以增加生态效率和减少人类及环境的风险。 对生产过程，要求节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，减少降低所有废弃物的数 量和毒性； 对产品，要求减少从原材料提炼到产品最终处置的全生命周期的有害影响： 对服务，要求将环境因素纳入设计和所提供的服务中。 基于工业代谢分析方法的石化行业清洁生产审核 1 1 2 清洁生产的优点及实施途径 清洁生产是一种全新的发展战略，清洁生产的实施可以达到节省能源、降低物耗、 减少污染和节省防治污染的投入的目的，因此，具有良好的经济效益、环境效益和社会 效益。 ( 1 ) 清洁生产能满足可持续发展的要求。 可持续发展是一种从环境和自然资源角度提出的关于人类长期发展的战略和模式， 它不是一般意义上所指的一个发展进程要求的在时间上连续运行、不被中断，而是特别 指出环境和自然资源的长期承载能力对发展进程的重要性以及发展对改善生活质量的 重要性f 7 1 。清洁生产可以看作是实现可持续发展的关键因素，实现环境、资源的保护和 有效管理。 ( 2 ) 清洁生产可最大限度地利用资源和能源。 利用循环套用、重复利用，使原材料最大限度地转化为产品，把污染消灭在生产过 程中；通过改进设备、改进燃烧方式，进一步提高能源的利用率，既减少了污染物的产 生量、排放量，又节约了资源、能源，用较少的投入获得较大的产出，推动了经济的发 展和对环境的保护。 ( 3 ) 清洁生产减少了末端治理的压力和二次污染的可能性。 由于在源头削减污染物，既减少了含有毒成分原材料的使用量，又提高了原材料的 转化率，减少了物料流失、污染物的产生量和排放量，因而大大减少了需要末端治理的 污染物总量和治理设施的建设规模，因而一次性投资和运行费用必然大幅降低，也减少 了由于末端治理产生二次污染的机会。 ( 4 ) 改善了劳动条件和工作环境。 清洁生产最大限度地替代了有毒的产品、有毒的原材料，替代了排污量大的工艺和 设备，改进了操作技术和管理方式，因而改善了职工的劳动条件和工作环境，保护了职 工的身体健康，提高了职工劳动的积极性和工作效率，这就为企业和国家创造出更多的 物质财富。 ( 5 ) 解决了环境与经济两者的矛盾。 由于清洁生产通过节能减耗，既产生了经济效益，又减轻了环境压力，对于工业企 业与环保部门是双赢的结果，从而，改善了它们两者间的关系，解决了环境与经济两者 的矛盾。 清洁生产是从全方位、多角度的途径去实现的，实施清洁生产的主要途径表现在： ( 1 ) 用无污染、少污染的产品替代毒性大、污染重的产品【跚； ( 2 ) 用无污染、少污染的能源和原材料替代毒性大、污染重的能源和原材料； 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 3 ) 用消耗少、效率高、无污染、少污染的工艺设备替代消耗高、效率低、产污量大、 污染重的工艺、设备； ( 4 ) 最大限度地利用能源和原材料，实现物料最大限度的厂内循环； ( 5 ) 强化企业管理，减少跑、冒、滴、漏和物料流失； ( 6 ) 对必须排放的污染物，采用低费、高效的净化处理设备和“三废 综合利用措施 进行最终的处理和处置。 1 1 3 清洁生产的进展 清洁生产起源来自于二十世纪6 0 年代的美国化学行业的污染预防审计。联合国环 境和经济组织以及包括中国在内的国家都对清洁生产予以极高的关注【9 】，并开展了一系 列的清洁生产活动。从1 9 8 9 年开始，联合国环境规划署决定在全球推行清洁生产，制 定了清洁生产计划，在全球范围内推进清洁生产。自1 9 9 0 年以来，已先后在坎特 伯雷、巴黎、华沙、汉城、蒙特利尔等地举办了六次国际清洁生产高级研讨会。在1 9 9 8 年1 0 月在韩国汉城召开的第五届国际清洁生产高级研讨会议上，通过了国际清洁生 产宣言，越来越多的国家和大型跨国公司在宣言上签了字，这表明清洁生产已经成为 一种国际行动。目前美国、澳大利亚、荷兰、丹麦等发达国家在清洁生产立法、组织机 构建设、科学研究、信息交换、示范项目和推广等领域已取得明显成就。 我国与清洁生产相关的活动具有较长的历史，早在2 0 世纪7 0 年代就曾明确提出了 “预防为主，防治结合”的方针。1 9 9 3 年1 0 月在全国工业污染防治工作会议上提出推 行清洁生产，并在中国2 1 世纪议程、环境保护十大对策等文件中体现了清洁生产 的战略思想【l o 】。在环保部门、经济综合部门和工业行业管理部门的共同推动下，我国在 企业试点、培训、机构建设和法制建设等方面都取得了很大的进展。2 0 0 2 年6 月，中 华人民共和国清洁生产促进法正式颁布，以法律形式系统的体现了中国推行清洁的基 本政策和核心内容，标志着中国清洁生产的政策推进机制初步形成，同时也意味着中国 进入依法推行清洁生产的新阶段。国家已经相继颁布实施了钢铁行业j 石油炼制行业、 氮肥制造行业、制浆造纸行业、水泥行业、印染行业等行业的清洁生产技术要求。 清洁生产有着深厚的理论基础，这些理论基础主要包括：循环经济理论和工业生态 学理论。 1 2 循环经济理论 循环经济的思想萌芽可以追溯到环境保护思潮兴起的时代，2 0 世纪6 0 年代美国经 济学家鲍尔丁提出的“宇宙飞船理论 可以作为循环经济的早期代表【1 1 1 ，而到了上个世 纪9 0 年代，特别是随着人类对生态环境保护和可持续发展的理论和认识的深入发展， 基于工业代谢分析方法的石化行业清洁生产审核 循环经济才得到越来越多的重视和快速的发展。 循环经济是对物质闭环流动型经济的简称【1 2 】。从物质流动的方向看，传统工业社会 的经济是一种单向流动的线性经济，即“资源- 产品_ 废物 。在这种线性经济中，人 们以越来越高的强度把地球上的物质和能源开采出来，在生产加工和消费过程中又把污 染和废物大量地排放到环境中去，对资源的利用常常是粗放的和一次性的；而循环经济 的增长模式是“资源一产品_ 再生资源 ，使得整个经济系统以及生产和消费的过程基 本上不产生或者只产生很少的废弃物。 发展循环经济是实现可持续发展的一个重要途径，同时也是保护环境和削减污染的 根本手段。发展循环经济就是保护环境，其主要的体现就是3 r 原则。“减量、再用、 循环是循环经济最重要的实际操作原则，其中减量原则属于输入端方法，旨在减少进 入生产和消费过程的物质量；再用原则属于过程性方法，目的是提高产品和服务的利用 效率；循环原则是输出端方法，通过把废物再次变成资源以减少末端处理负荷。 循环经济涉及经济、社会、生态三个方面的和谐统一，追求的是人地和谐、共同发 展的发展观【l 引。目前，循环经济研究在宏观、中观和微观三个层次上。 ( 1 ) 企业层次( 小循环) 企业内部的物质循环，使所有的资源、能源得到有效的利用，最终目标达到无害排 放或污染零排放，即小循环。根据循环经济的理念，推行清洁生产，减少产品和服务中 物料和能源的使用量，实现污染物排放的最小量化。要求企业做到：减少产品和服务 的物料使用量；减少产品和服务的能量使用；减少有毒物质的排放；加强物质的 使用能力；最大限度可持续的利用可再生资源；提高产品的耐用性；提高产品与 服务的强度。 ( 2 ) 区域层次( 中循环) 企业之间的物质循环，组织生态产业链，把不同的经济组织连接起来，形成共享资 源和互换副产品的产业共生组合，使一企业的“三废”变为另一企业的原料或能源。例 如，某下游工业的废物，作为原料重新利用；或者，扩而大之，某一工业的废物、余能， 送往其它工业去加以利用。 ( 3 ) 社会层次( 大循环) 社会层次要求建立起与发展循环经济相适应的“循环型经济社会”。它可以最大限 度地减少对资源过渡消耗的依赖，保证对废物的正确处理和资源的回收利用，保障国家 的环境安全，使经济社会走向持续、健康发展的道路。通过废旧物质的再生利用，实现 消费过程中和消费过程后物质和能量的循环。 一4 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 按照工业生态学的原理，通过企业间的物质集成、能量集成和信息集成，形成企业 间的工业代谢和共生关系，建立生态工业园区。按企业聚集类型分类，目前工业园区主 要分为以单一大型企业为中心的工业园区、同类聚集工业园区和多产业工业园区几个类 型。生态工业园区通过物质流和能量流的正确设计，模拟自然生态系统，形成企业间共 生网络。园区内各企业内部实现清洁生产，做到废物源减少，而在企业之间实现废物、 能量和信息的交换，以达到尽可能完善的资源利用和物质循环以及能量的高效利用，使 得区域对外界的废物排放趋于零，达到对环境的友好。在这一模式中，没有了废物的概 念，每一生产过程产生的废物都变成下一生产过程的原料，所有的物质都得到了循环往 复的利用。这是建立在多个企业或产品的相互关联、互动发展基础上的。 1 3 工业生态学原理 生态工业的学科基础是工业生态学。一般认为工业生态学起源于8 0 年代末r f r o s c h 等人模拟生物的新陈代谢过程和生态系统的循环再生过程所开展的“工业代谢”研究。 1 9 9 0 年美国国家科学院与贝尔实验室共同组织了首次“工业生态学 论坛，对工业生态 学的概念、内容和方法及应用前景进行了全面系统的总结，基本形成了工业生态学的概 念框架【1 4 1 。 工业生态学是一门新兴、蓬勃发展的综合、交叉学科，是一门研究人类工业系统和 自然环境之间的相互作用、相互关系的学科【1 5 1 ，工业生态学为研究人类工业社会与自然 环境的协调发展提供了一种全新的理论框架，为协调各学科与社会各部门共同解决工业 系统与自然生态系统之间的问题提供了具体、可供操作的方法，为可持续发展的理论奠 定了厚实的基础【1 6 】。生态工业不是仅仅从经济角度出发，而是力求将经济利益和环境保 护有机地结合在一起；对工业生产中产生的污染，不是采用末端治理的被动策略，而是 对生产和消费过程采取整体预防性的环境策略，从产品设计，生产工艺和使用消费的各 个环节入手，力争从源头上消灭污染，并且通过各生产过程之间的物料、能量、废物的 集成达到物质、能量的最有效的利用。工业生态学涉及的领域相当广泛，但主要研究方 法是工业代谢研究1 1 7 j 。 1 3 1 工业代谢分析法 在2 0 世纪8 0 年代后期，a y r e s 等人在对功能及运行中原料与能量流动对环境的影 响进行研究后1 1 8 j ，提出了工业代谢的概念。工业代谢( i n d u s t r i a lm e t a b o l i s m ，m i ) 是指原 材料、能源和劳动力转化为最终产品和废物的所有过程的完整集合。 工业代谢分析方法( i n d u s t r i a lm e t a b o l i s m ) 是建立生态工业的一种行之有效的分析 方法【1 9 1 。它是基于模拟生物和自然界新陈代谢功能的一种系统分析方法。工业代谢分析 基于工业代谢分析方法的石化行业清洁生产审核 通过分析系统结构、进行功能模拟和输入输出信息流分析来研究生态工业系统的代谢机 理。工业代谢分析法与以往的系统分析方法的不同之处在于它以环境为最终的考察目 标，追踪资源再从提炼到经过工业生产和消费体系后变成废物的整个过程中物质和能量 的流向，给出系统造成污染的总体评价，并力求找出造成污染的主要原因。工业代谢方 法可以适用于不同层次的分析要求。 工业代谢分析的依据是质量守恒原理t 2 0 1 。一定数量的物质在人类活动过程中从生物 圈中消失，这类物质不再有价格，但根据质量守恒原理，它们并没有从地球上消失。工 业代谢分析方法旨在揭示经济活动中纯物质的数量与质量规模，展示构成工业活动全部 物质的流动与存储。因此，工业代谢分析的方法就在于通过建立物质结算表，估算物质 流动与存储的数量，描述其行进的路线和复杂的动力学机制，同时也指出他们的物理的 和化学的状态来反映工业活动的物质利用情况。 1 3 2 工业代谢分析法的形式 工业代谢分析的形式多种多样： 首先，它可以在有限的区域内追踪某些污染物。基于方法论的原因，也是出于紧迫 性的原因，江河流域特别适合于这类研究，因为江河流域地区往往工业集中人口密度高。 2 0 世纪9 0 年代，荷兰政府出资进行了一项广泛的关于沉积在沿莱茵河整个河道的重金 属污染物的来源及性质的研究，希望能够弄清楚污染的产生过程从而从源头开始解决问 题。 其次，它可以分析研究一组物质，特别是某些重金属。由于其潜在的毒性，重金属 应列入首选的研究对象，分析环境中的重金属相对比较容易，有些合成的有机物，如多 氯联苯或二恶英，其毒性与重金属相当，甚至更加严重，但在实践中极难在工业体系的 加工过程中和环境中进行不断的跟踪研究。 再次，工业代谢分析也可以针对某种物质成分，以确定其不同形态的特性及其与自 然生物地球化学循环的相互影响，比如硫、碳等的工业代谢分析。 最后，工业代谢分析也可用于研究与产品相联系的物质和能量流，比如橙汁或电子 芯片的工业代谢分析。 自工业代谢概念提出以来，各种层面的工业代谢研究逐步展开。1 9 9 3 年，国际应用 系统分析研究所的s t i g l i a n i 和a n d e r b e r g 首次采用工业代谢分析方法，从流域层次上对 莱茵河流域的镉、铅、锌等重金属和氮、磷、林丹等进行了研究。在国家尺度上，2 0 世纪9 0 年代以来，美国国家矿产局进行了一系列有关矿产品从采矿到最终使用的代谢 分析。2 0 0 0 年，s z o n p e k 和g o o n a n 发表了含汞原料在美国流动分析的研究报告。r o b e r t 大连理工大学专业学位硕士学位论文 采用物质流动的工业模型对工业系统中物质循环进行了研究，并与自然生态系统中的物 质循环进行对比分析1 2 1 1 。在国内，周哲等对我国煤炭利用过程造成的污染情况进行了分 析，提出了相应的改进模型；陆钟武1 2 2 1 等对我国钢铁和铅的资源效率进行了研究；陈效 逑等依托欧盟项目对我国经济与环境系统的物质流进行了估算与分析【2 3 j 。此外，在国内 工业代谢方法大量用于生态工业园区的规划，已建成和正在规划的众多生态工业园区中 基本都采用工业代谢分析方法对园区的物流和能流进行分析。 因此，工业代谢分析既可以是全球性、国家性、或是地区性的工业生产分析，也可 以是对某一个具体行业、公司或是特定场所的调查分析。通过这种分析，可以为公众或 是企业的决策者提供一幅详细的物质流动图，并从中可以看出某一地区或企业所具有的 可持续发展的潜力。 1 3 3 工业代谢分析法的优点 工业代谢分析法有三大优点【2 l 】： ( 1 ) 它提供关于工业体系运行机制的一个整体理解。有助于人们去确定真正的问题 所在并选择优先解决的目标。 ( 2 ) 它使人们能够采取各种政策措施以控制和预防污染扩散。因此，对污染的控制 已不再主要是针对这个或那个工厂的排放物的治理，使用过滤装置和其他“过程末端 治污装置。我们需要的是制定控制与预防污染的全新的、以防为主的和全面的战略，而 工业代谢分析方法恰恰正是能够作为这些战略研究的基础。建立物质的收支表，特别可 以使我们发现虚假的治污措施，比如那些仅满足于把污染从一处转移到另一处( 从水中 转移到地上，从地上转移到空气中) 的所谓治污措施。 ( 3 ) 它可以使人们认识污染的历史与变化过程，特别是注意到累积的程度。 本论文将工业代谢分析方法移植应用于石油化工行业的清洁生产审核，对其工业产 品系统结构进行功能性模拟和物质流输入输出分析，描绘其行进的路线和副产品产生的 节点和环节，构建石油炼制工业产品代谢模型；并找出造成污染的主要原因及环节，利 用技术手段提出相应对策和具体解决方法一即清洁生产方案。 1 4 清洁生产、循环经济和生态工业的比较 1 4 1 清洁生产、循环经济和生态工业的共同点 清洁生产、循环经济和生态工业都是对传统环保理念的冲击和突破。传统上环保工 作的重点和主要内容是治理污染、达标排放，清洁生产、生态工业和循环经济突破了这 一界限【2 4 】，提倡并实施将环境保护与生产技术、产品和服务的全部生命周期紧密结合、 基于工业代谢分析方法的石化行业清洁生产审核 将环境保护与经济增长模式统一协调。 传统环保战略过重地依靠末端治理，从清洁生产最早的称呼是污染预防即可看出， 清洁生产思想的诞生本身就是对传统环保战略的批判和挑战。清洁生产的定义明确规定 清洁生产是一种整体预防的环境战略，其工作对象是生产过程、产品和服务。 作为一种环境战略，清洁生产的实旌要依靠各种工具。目前世界上广泛流行的清洁 生产工具有清洁生产审计、环境管理体系、生态设计、生命周期评价、环境标志和环境 管理会计等。各国使用得最早最多的清洁生产工具是清洁生产审计，清洁生产审计是一 套系统的、科学的和操作性很强的环境诊断程序，将污染物消灭在产生之前。 循环经济从国民经济的高度和广度将环境保护引入经济运行机制【2 5 j 。循环经济的具 体活动主要集中在三个层次：企业层次、企业群落层次和生活垃圾层次。 传统的工业体系中各企业的生产过程相互独立，这是污染严重和资源过多消耗的重 要原因之一。工业生态学按照自然生态系统的模式，强调实现工业体系中物质的闭环循 环，其中一个重要的方式是建立工业体系中不同工业流程和不同行业之间的横向共生。 通过不同企业或工艺流程间的横向耦合及资源共享，为废物找到下游的“分解者 ，建 立工业生态系统的“食物链”和“食物网 ，达到变污染负效益为资源正效益的目的。 清洁生产、生态工业和循环经济的共同点之一，是提升环境保护对经济发展的指导 作用，将环境保护延伸到经济活动中一切有关的方方面面【2 6 】。清洁生产在组织层次上将 环境保护延伸到组织的一切有关领域，循环经济到环境保护延伸到国民经济的一切有关 的领域，生态工业在企业群落层次上将环境保护延伸到企业群落一切有关领域。 清洁生产、生态工业和循环经济的出现，说明只有将环境保护延伸到经济活动中才 能可持续发展，同时也体现了人类对环境保护和可持续发展认识的深入和成熟。 1 4 2 清洁生产、循环经济和生态工业的联系 清洁生产的基本精神是源削减，循环经济和生态工业的前提和本质是清洁生产。 循环经济强调“减量、再用、循环 ，但三者的重要性不一样，三者的顺序也不能 随意变动。循环经济的根本目标是要求在经济过程中系统地避免和减少废物，再用和循 环都应建立在对经济过程进行了充分的源削减的基础之上。1 9 9 6 年生效的德国循环经 济与废物管理法规定，对废物的优先顺序是避免产生一循环利用_ 最终处置。该法的 指导思想是清洁生产。 生态工业的主要做法是将上游企业的废物用作下游企业的原材料和能量，但这决不 意味着上游企业想产生什么废物就产生什么废物、想排多少就排多少。相反，在形成生 态工业的“食物链”和“食物网 中首先要减降上游企业的废物、尤其是有害物质。同 大连理工大学专业学位硕士学位论文 样，下游企业也不能因为还有下游企业可利用其废物而不必要地多排污，相反，它必须 在其生产的全过程进行源削减【2 7 1 。换言之，系统中每一环都要进行源削减，做到清洁生 产。即生态工业系统中生产者的生产量、消费者的消费量和再生者的再生量是可变的， 而且是应该按照清洁生产的原则进行变化的。 循环经济和生态工业的前提和本质是清洁生产，这一论点的理论基础是生态效率。 生态效率追求物质和能源利用效率的最大化和废物产量的最小化，不必要的再用意味着 上游过程物质和能源的利用效率未达最大化，而废物的再用和循环往往要消耗其它资 源，且废物一旦产生即构成对环境的威协。 清洁生产强调的是源削减，即削减的是废物的产生量，而不是废物的排放量。 1 5 清洁生产审核 1 5 1 清洁生产审核的定义及内容 清洁生产审核是对组织现在的和计划进行的生产和服务实行预防污染的分析和评 估程序【2 8 】，是组织实行清洁生产的重要前提，在实施预防污染分析和评估的过程中，制 定并实施减少能源、水和原材料使用，消除或减少产品、生产和服务过程中有毒物质的 使用，减少各种废物排放及其毒性的方案。 清洁生产审核包括对组织生产全过程的重点或优先环节、工序产生的污染进行测定 分析，找出高物耗、高能耗、高污染的原因，然后有的放矢地提出对策、制定方案，减 少和防止污染物的产生，从而提高企业的经济效益和产品质量。组织实施清洁生产审核 的最终目的是减少污染，保护环境，节约资源，降低费用，增强组织自身的竞争力。 清洁生产审核的内容主要包括以下几个方面： 能源审核 原材料审核 工艺技术审核 设备审核 资源利用及废物产生、排放审核 管理审核 1 5 2 清洁生产审核原则和途径 清洁生产审核的对象是企业，其目的有两个：一是判定出企业中不符合清洁生产的 地方和做法；二是提出方案解决这些问题，从而实现清洁生产。 9 基于工业代谢分析方法的石化行业清洁生产审核 通过清洁生产审核【2 9 l ，对企业生产全过程的重点( 或优先) 环节、工序产生的污染 进行定量监测，找出高物耗、高能耗、高污染的原因，然后有的放矢地提出对策、制定 方案，减少和防止污染物的产生。清洁生产审核在实行污染预防分析和评估的过程中， 制定并实施减少能源、资源和原材料使用，消除或减少产品和生产过程中有毒物质的使 用，减少各种废物排放的数量及其毒性的方案。 清洁生产的每个阶段都应该按照下面三个层次进行清洁生产审核： 废弃物在哪里产生? 通过现场调查和物料平衡找出废弃物的产生部位并确定产生 量。 为什么会产生废弃物? 一个生产系统实施审核的基本途径可概括为以下八个方面 如图1 1 。 如何消除这些废弃物? 针对每一个废弃物产生原因，设计相应的清洁生产方案，包 括无低费方案和中高费方案，通过实施这些清洁生产方案来消除这些废弃物产生原因， 从而达到减少废弃物产生的目的。 技术 过程员工 工艺设备控制管理 图1 1 清洁生产审核的基本途径 f i g 1 1 t h eb a s i cw a y so f c l e a n e rp r o d u c t i o na u d i t i n g 从上述简图可以看出，对废弃物的产生原因分析要针对八个方面进行： 原辅料和能源 技术工艺 设备 过程控制 产品 大连理工大学专业学位硕士学位论文 废弃物 管理 员工 1 5 3 清洁生产审核主要程序 基于我国清洁生产审核示范项目的经验，并根据国外有关废物最小化评价和废物排 放审核方法与实施的经验，国家清洁生产中心开发了我国的清洁生产审核程序，包括七 个阶段，组织清洁生产审核的主要程序如下。 阶段1 ：筹划和组织主要是组织清洁生产审核的宣传、发动和准备工作。 阶段2 ：预评估主要是确定本轮审核的重点，并针对审核重点设置清洁生产目标。 阶段3 ：评估主要是建立审核重点的物料平衡，并进行废弃物产生原因分析。 阶段4 ：方案产生、筛选主要是针对废弃物产生原因，产生相应的方案并进行筛 选，编制企业清洁生产中期审核报告。 阶段5 ：可行性分析主要是对筛选出来的中高费清洁生产方案进行分析和评估， 以选择最佳的、可实施的清洁生产方案。 阶段6 ：方案实施方案实施并分析、跟踪验证方案的实施效果。 阶段7 ：持续清洁生产制定计划、措施在企业中持续推行清洁生产，最后编写清 洁生产审核报告。 1 5 4 国内外的清洁生产审核 ( 1 ) 美国 从美国2 0 世纪8 0 年代提出污染预防，到联合国环境署正式推出清洁生产定义【3 0 】， 清洁生产的名称经历了废物回收、废物最小化、废物预防、源削减、源控制等一系列变 化，清洁生产审核也从最初的石化企业清洁生产审核，发展到包括一、二、三产业各种 类型组织的审核，而且其广度和深度仍迅速发展。 ( 2 ) 欧洲 在欧洲，最早开展清洁生产工作的国家是瑞典。1 9 8 7 年瑞典引入了美国废物最小化 评估方法。随后荷兰、挪威和英国等国也相继开展了清洁生产。 荷兰将污染防治计划纳入到排污许可证制度中，要求企业选择清洁生产技术，使用 污染预防计划开展清洁生产审计、污染物排放登记。荷兰政府制订补助金计划，以奖励 发展和环境技术的实施。荷兰政府对节约能源项目也有补助金计划。在税收方面，荷兰 政府规定材料的使用，比如地下水、石油和矿物油，固体废弃物和污水的处理均要向国 家和地方交税