（环境工程专业论文）异噻唑啉酮类化合物生命周期评价研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 生命周期评价( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ，l c a ) 是一种对产品、工艺或活动的整个生 命周期对环境造成的影响进行定量分析与定性评价的工具。其目的在于评估资源消耗和 废物排放对环境的影响，寻求改善环境影响的机会以及如何利用这种机会。当前国际社 会各个层次都十分关注生命周期评价的发展和应用，并预计它将成为本世纪最有生命力 和发展前途的环境管理工具。 本文依据生命周期评价的技术框架和原则，从实现精细化工行业可持续发展的目标 出发，构建了精细化工生命周期评价体系，以一种新型的杀菌灭藻剂( 异噻唑啉酮类化 合物，简称c i t m i t ) 合成系统为案例进行了实证研究，探讨了如何进一步利用l c a 实 现精细化工企业生产技术和管理方式的改进，进而改善环境性能；并根据l c a 实证研究 结果构建了异噻唑啉酮类化合物合成系统环境绩效评价模型，并提出了实现企业清洁生 产的对策建议。 这些研究结果可用来指导企业的环境管理和生产管理，为企业技术进步，产品环境 性能的改善提供具体的途径和方法，并最终实现可持续发展。 关键词：生命周期评价；精细化工；异噻唑啉酮类化合物；模糊综合评判 异噻唑啉酮类化合物生命周期评价研究 t h er e s e a r c ho nl i f ec y c l ea s s e s s m e n to fi s o t h i a z o l i n o n ed e r i v a t i v e s a b s t r a c t “f ec y c l ea s s e s s m e n t ( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t , l c a ) i sap r o d u c t p r o c e s s e so r a c t i v i t i e so f t h ee n t i r el i f ec y c l ee n v i r o n m e n t a li m p a c to f q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sa n dq u a l i t a t i v e e v a l u a t i o nt 0 0 1 t h ep u r p o s eo ft h i ss t u d yw a st oe v a l u a t et h er e s o u r c ec o n s u m p t i o na n d w a s t ee m i s s i o n so nt h ee n v i r o n m e n t , s e e ko p p o r t u n i t i e st oi m p r o v ee n v i r o n m e n t a li m p a c ta n d h o wt ot a k ea d v a n t a g eo fs u c ho p p o r t u n i t i e s t h ei n t e r n a t i o n a lc o m m u n i t ya ta l ll e v e l sa r e v e r yc o n c e r n e da b o u tt h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o nl i f ec y c l ea s s f f l u e n t a n di t i s e x p e c t e dt ob e c o m et h em o s tv i b r a n to ft h i sc e n t u r ya n dt h ef u t u r ed e v e l o p m e n to f e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n tt o o l s i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h et e c h n i c a le v a l u a t i o nf r a m e w o r ka n dp r i n c i p l e so ft h el i f e c y c l e ，f r o mt h ec h e m i c a li n d u s t r yt oa c h i e v et h eg o a lo fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tf i n e , c o n s t r u c t i o no ft h ec h e m i c a ll i f ec y c l ee v a l u a t i o ns y s t e mk i l l i n gb a c t e r i aa n da l g a et oan e w a g e n t ( i s o t h i a z o l i n o n ed e r i v a t i v e s ) s y n t h e s i ss y s t e mf o rt h ee m p i r i c a lc a s es t u d i e sl c a d i s c u s s e sh o wt ou s ec h e m i c a la c h i e v ei m p r o v e dp r o d u c t i o nt e c h n i q u e sa n dm a n a g e m e n t p r a c t i c e s f u r t h e ri m p r o v ee n v i r o n m e n t a lp e r f o r m a n c e ；l c a b a s e do nt h er e s u l t so f e m p i r i c a l r e s e a r c ha n db u i l tt h es y s t e mi s o t h i a z o l i n o n ed e r i v a t i v e se n v i r o n m e n t a lp e r f o r m a n c e e v a l u a t i o nm o d e ll c a - b a s e df i n ec h e m i c a lr a i s e dt h eq u e s t i o no fh o wt oa c h i e v ec l e a n e r p r o d u c t i o nm e a s w 嚣a n dp r o p o s a l s t h e s er e s u l t s 伽b eu s e dt og u i d et h ee n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n ta n dp r o d u c t m a n a g e m e n tf o re n t e r p r i s et e c h n o b # c a lp r o g r e s s ，i m p r o v et h ee n v i r o n m e n t a lp e r f o r m a n c e o fp r o d u c t st op r o v i d es p e c i f i cw a y sa n dm e k u s ，a n du l t i m a t e l yt oa c h i e v es u s m i n a b l c d e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ；f i n ec h e m i c a l s ；i s o t h i a z o l i n o n ed e r i v a t i v e s ；f u z z y s y n t h e t i ce v a l u a t i o n - 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。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。 作者签名： 肇 t 叼6 、盼7 异噻唑啉酮类化台物生命周期评价研究 大连理工大学专业学位硕士学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学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，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： 翩虢趑垒 趁丝年卫1 月一l 珀 汐汐年月珀 5 2 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 引言 在过去半个世纪中，人类科学技术突飞猛进，社会生产力获得极大提高，经济规模 得以空前扩大，这些发展大大推动了人类文明的进程。然而，前所未有的物质财富创造 所付出的代价也是巨大和惨重的；全球性生态环境的迅速恶化将是2 1 世纪人类发展所 面临的重大危机，它已成为国家社会普遍关注的焦点之一。由于自然资源的过度开发与 消耗以及污染物质的大量排放，导致了全球性的资源短缺，环境污染和生态破坏。 1 9 9 2 年，联合国环境与发展大会提出了2 1 世纪人类可持续发展的行动纲领2 1 世纪议程，表明了人类对自身行为的反思和对未来发展方向的企盼m 。可持续发展的 定义为“满足当代人的需求又不损害子孙后代需求的发展”。在这个思想的指导下，世 界各国不断探索符合可持续发展要求的生产技术和管理体系。 当前中国经济的快速增长在很大程度上是依靠物质资源的高消耗实现的，从根本上 还属于“高投入、高消耗、高排放、不协调、难循环、低效率”的粗放型增长方式。因 此，如何改进原有的生产方式，实现中国经济的可持续发展，是目前亟待解决的问题。 1 1 问题的提出 精细化工是当今化学工业中最具活力的新兴领域之一，是新材料的重要组成部分。 近十几年来，我国十分重视精细化工的发展，目前，精细化工业已成为我国化学工业中 一个重要的独立分支和新的经济效益增长点。就总量而论，我国已成为世界上主要的精 细化工产品生产国之一：染料产量己稳居世界第一位，农药居第二位，涂料居第四位； 总体精细化工率已达4 0 0 , 6 左右。各类精细化工产品不仅能基本满足国民经济发展的需要， 而且许多产品在国际市场上已占有相当份额，有的甚至占有举足轻重的地位。 目前精细化工往往只着眼于产品的成本和产量，却忽视了对环境的影响。精细化工 企业治理污染一般采用传统的“末端治理”方式；所谓“末端治理”就是另外建设一个 或多个工厂或增添大量设备来处理或回收工厂产生的污染物，以便达到政府规定的允许 异噻唑啉酮类化合物生命周期评价研究 污染物排放标准圆。“末端治理”往往不能从根本上消除污染，只是污染物在不同介质 中的转移。2 0 世纪8 0 年代以来，作为一种崭新的、创造性的发展战略措施，清洁生产 应运而生。清洁生产旨在将工业污染降低到最小程度、充分利用自然资源、有效支持可 持续发展战略。清洁生产通常是指在生产过程和预期消费中，既合理利用自然资源，把 对人类的危害减至最小，又能充分满足人类需要，使社会经济效益最大化的一种生产模 式啪。联合国环境署对清洁生产的定义是这样的：清洁生产是对工艺和产品不断运用一 体化的预防性环境战略，以减少其对人体和环境的风险。它要求在产品或工艺的整个生 命周期都要考虑污染预防。由清洁生产的定义可以看出，它需要一种能够对整个生命周 期( 包括原材料的获取、加工生产、运输销售、回收利用整个产品“从摇篮到坟墓”的 过程) 进行评价的方法。而生命周期评价( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ，简称l c a ) 就能完成 这一任务。生命周期评价是辨识和量化产品、生产工艺以及相关服务对环境造成的压力， 其目的在于评估产品或工艺在其生命周期内的能量和物质利用，以及废物排放对环境的 影响，寻求改善环境影响的机会以及如何利用这种机会。 1 2 本文的研究意义 生命周期评价作为一种新兴的环境管理工具，不仅对当前的环境冲突进行有效的定 量化分析和评价，而且对产品及其“从摇篮到坟墓”的全过程的环境问题进行评价，因 而是“面向产品系统的环境管理”的重要支持工具。将其应用于精细化工领域中，无疑 具有重要意义。 精细化工生命周期评价的研究成果可为有关精细化工企业、政府管理部门提供各自 需要的信息。具体而言，对企业：有助于企业控制环境污染，实施清洁生产战略，实现 企业内部循环经济；对政府部门：为政府管理部门制定相关政策，如产品生态标志授予、 工业生态园规划等提供决策支持。 因此，开展精细化工l c a 研究，有利于增强我国精细化工产业的国际竞争力。生 命周期评价涵盖多门学科，是目前多学科交叉发展的典型体现，我国在这方面的研究还 2 大连理工大学专业学位硕士学位论文 尚不深入，对其进行深入的研究，有助于我们及时跟踪学科发展方向。本文对一种新型 的杀菌灭藻剂( 异噻唑啉酮类化合物) 合成系统的生命周期评价研究对l c a 在整个精细 化工领域的应用具有典型的代表性，可为其他精细化工产品进行l c a 研究提供借鉴， 从而有利于整个精细化工行业的可持续发展。 2 生命周期评价( l c ”综述 2 1 生命周期评价的历史发展状况 2 1 1 思想萌芽阶段 生命周期评价最早出现于6 0 年代末7 0 年代初，美国开展的一系列针对包装品的分 析、评价，当时称为资源与环境状况分析；而r e p a 作为生命周期评价研究开始的标志 是在1 9 6 9 年由美国中西部资源研究所m r i 所开展的，当时是针对可口可乐公司的饮料 包装瓶进行评价的研究。随后，美国i l l i n o i s 大学富兰克林研究会以及斯坦福大学的 生态居研究所也相继开展了一系列针对其它包装品的类似研究；欧洲一些国家的研究机 构和私人咨询公司也相继开展了一些类似的研究：如英国的b o u s t e a d 咨询公司、瑞典 的s u n d s t r o m 公司等。由于能源分析方法在当时已比较成熟。而且很多与产品有关的污 染物排放显然与能源利用有关，因而能源分析方法被广泛应用于r e p a 中。 2 1 2 学术探讨阶段 7 0 年代中期到8 0 年代末期，尽管工业界的兴趣逐渐下降，但在学术界一些关于r e p a 的方法论研究仍在缓慢进行。如英国的b o u s t e a d 咨询公司针对清查分析方法做了大量 研究，逐步形成了一套较为规范化的分析方法，为后来著名的b o u s t e a d 模型打下了坚 实的理论基础。1 9 8 4 年，受r e p a 方法的启发，瑞士联邦材料测试与研究实验室为瑞士 环境部开展了一项有关包装材料的研究：该研究首次采用了健康标准评估系统( 即后来 所发展的临界体积方法) ；1 9 9 1 年，该实验室又开发出了一个商业化的计算机软件，为 后来的生命周期评价方法论的发展奠定了重要的基石。 3 异噻唑啉酮类化合物生命周期评价研究 2 1 3 广泛关注、迅速发展阶段 8 0 年代末以后，随着区域性与全球性环境问题的日益严重，以及全球环境保护意 识的加强，可持续发展思想的普及以及可持续行动计划的兴起，大量的r e p a 研究重新 开始，公众和社会也开始日益关注这种研究的结果。r e p a 研究涉及到研究机构管理部 门、工业企业、产品消费者等；但其使用r e p a 的目的和侧重点各不相同，而且所分析 的产品和系统也变得越来越复杂，急需对r e p a 的方法进行研究和统一 1 9 9 0 年，由国际环境毒理学与化学学会s e t a c 首次主持召开了有关生命周期评价 的国际研讨会。在该会议上首次提出了，生命周期评价( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ，l c a ) 的概念。在以后的几年里，s e t a c 又主持和召开了多次学术研讨会，对生命周期评价从 理论与方法上进行了广泛的研究。1 9 9 3 年，s e t a c 根据在葡萄牙的一次学术会议的主要 结论，出版了一本纲领性报告，生命周期评价纲要实用指南。该报告为生命周期评价方 法提供了一个基本技术框架，成为生命周期评价方法论研究起步的一个里程碑。 2 2 生命周期评价( l c a ) 的概念 在生命周期评价( l c a ) 的发展历程中，产生了多种定义，其中国际标准化组织( i s o ) 和国际环境毒理学会和化学学会( s e t a c ) 的定义最具有权威性“。 i s o 对生命周期评价的定义是：“汇总和评估一个产品( 或服务) 体系在其整个生命 周期内的所有投入及产出对环境造成的潜在影响的方法”。 环境毒理学会与化学学会( s e t a c ) 将生命周期评价定义为：“生命周期评价，是一种 对产品、生产工艺以及活动对环境的压力进行评价的客观过程，它是通过对能量和物质 的利用、以及废弃物排放对环境的影响，寻求改善环境影响的机会以及如何利用这种机 会；这种评价贯穿于产品、工艺和活动的整个生命周期，包括：原材料提取与加工，产 品制造、运输以及销售，产品的使用、再利用和维护，废弃物的再生循环和最终废物的 处置” i t 2 a 生命周期评价( l c a ) 的主要特征是“”： 4 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 1 ) l e a 是系统地、充分地考察产品( 系统) 从原材料获取直至最终处置过程中的全部环 境因素； ( 2 ) l e a 的时间跨度和研究深度，在很大程度上取决于所确定的目的和范围； ( 3 ) l e a 的研究范围、假定、数据质量描述、方法和结果应具有透明性； ( 4 ) 应保证l e a 方法学的包容性，以便容纳新的科学发现与最新技术发展： ( 5 ) 用于对外公布的、对比论断的l e a 研究，要考虑一些具体要求，而不应僵化； ( 6 ) 由于被分析系统生命周期的各个阶段存在着折中因素及其他复杂性，因此将l e a 的结果简化为一个单一的、综合的得分或数字尚缺乏科学依据； ( 7 ) l e a 研究不存在种统一的模式，研究应保持灵活性，应根据具体的应用意图和用 户要求，实际地予以实施。 2 3 生命周期评价的基本框架 i s o 将l e a 的实施步骤分为目标和范围确定( g o a ld e f i n i t i o na n ds c o p i n g ) 、清 单分析( i n v e n t o r ya n a l y s i s ) 、影响评价( i m p a c ta s s e s s m e n t ) 和结果解释( i m p r o v e m e n t a s s e s s m e n t ) 4 个部分“”。l e a 研究的技术框架及应用范围，见图2 1 。 图2 1生命周期评价技术框架及应用 5 - 异噻唑啉酮类化合物生命周期评价研究 各阶段的作用、内容和要求如下： ( 1 ) 目的和范围的定义 在实施生命周期评价时，首先须进行目标和范围的界定。目标和范围界定是l c a 的 第一步，也是最关键的一步。目标和范围界定的准确与否决定了评价结论的准确程度， 甚至会导致错误的结论。 目的定义即要清楚的说明开展此项生命周期评价的目的和原因，以及研究结果的预 期应用领域。 研究范围的界定需要考虑产品系统的功能、功能单位、系统边界、数据分配程序、 环境影响类型、数据要求、假定的条件、限制条件、原始数据质量要求、对结果的评议 类型、研究所需的报告类型和形式等项目并做清楚地描述。研究范围的界定要足以保证 研究的广度、深度和详尽程度与要求的目标一致，使所研究的对象生命周期所有过程都 落入系统的边界内。由于l c a 是一个反复的过程，在数据和信息的收集过程中，可修正 预先界定的范围来满足研究的目标。在某些情况下，也可能修正研究目标本身。 ( 2 ) 清单分析 清单分析是指对一种产品、工艺过程或活动在其整个生命周期内的能量与原材料需 要量以及对环境的排放进行以数据为基础的客观量化过程。该分析评价贯穿于整个生命 周期，即原材料的提取、加工、制造和销售、使用和用后处理。一个完整的生命周期清 单分析能为所有与系统相关的投入和产出提供一个总的概括。 ( 3 ) 影响分析 影响评价是生命周期评价的核心内容，也是难度最大的部分。它是对清单阶段所辨 识出来的环境负荷影响进行定量和( 或) 定性的描述和评价。这种评价应考虑对生态系 统、人体健康以及其他方面的影响。 6 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 4 ) 后果解释 生命周期评价结果解释，即改善评价，是指系统地评估在产品、工艺或活动的整个 生命周期内削减能源、原材料使用以及环境释放的需求与机会。为了每个功能单位的环 境性能得到改善，产品和过程的投入以及对环境的产出都要评价。s e t a c ( 1 9 9 3 ) 建议改 善评价分为3 个步骤完成，即识别改进的可能性、方案选择和可行性评价。在进行分 析时，还必须包括敏感性分析和不确定性分析的内容。 2 4 生命周期评价的方法研究现状 目前生命周期评价在研究方法上还不十分成熟，仍然有很多问题值得研究。 清单分析的理论和方法是目前生命周期评价中相对成熟的一个环节“”，其中最有 权威的是美国国家环保局于1 9 9 3 年发表的一份研究报告生命周期评价：清单分析的 纲要与原则。进行清单分析数据采集和修正时，可能遇到数据分配问题。分配通常出 现在多产品系统及再循环过程中，具体分配方法目前尚无统一的标准，一般可采用s e t a c 提出的对等分配法，即将产品中原材料生产和产品最终废弃物处理造成的环境负荷由原 材料生产和废弃物处理各承担5 0 ，而再循环过程所造成的环境负荷也由提供再循环材 料的系统和接受再循环材料的系统各承担5 0 。当然也有研究者根据实际能量、环境、 经济影响因素提出比例分配法，如h a u s c h i l d 等人提出根据产品物质含量比例进行分 配；v i g o n 等人则假设原材料生产和废物处理的环境负荷按照没有再循环的系统进行分 配，然后考虑由于再循环所减少的环境负荷与产品中该物质的量成正比，再循环本身造 成的环境负荷也与产品中该物质的量成正比。同时，在进行数据采集和处理时，数据缺 失和不可测数据的出现也是经常遇到的问题。一般我们可以用代替法和权重这两种方 法。代替法就是用一个合理的代替值来代替缺失值，它包括很多方法，如逻辑替换、演 绎推理替代、平均值代替总体情况、回归分析替代等。权重法一般情况下很少用到。 - ，- 异噻唑啉酮类化合物生命周期评价研究 影响评价目前正处于概念化阶段，还没有一个达成共识的方法“”明。i s o 、s e t a c 和英国e p a 都倾向于把影响评价定为一个“三步走”的模型，这三步是：影响分类 ( c l a s s i f y ) 、特征化( c h a r a c t e r i z a t i o n ) 和量化( v a l u a t i o n ) 。席德立等通过研究行业 污染系数和企业生产流程图获取产品数据的步骤和方法；莫华等采用5 个独立的反映数 据质量的指标，根据系统各单元各数据属性对各指标从1 5 进行打分，形成数据的质 量指标向量元素，根据数据质量向量元素的算术平均在总指标范围中所占的百分数将质 量指标向量转化为对应的综合数据质量指标( d q i ) ，得出每个数据的随机分布，对清单 数据进行不确定性分析。n a t h i j s 等比较了运用l e a 和s f h 方法中物流平衡问题，建立 了物流和经济影响模型。陆钟武等分析了钢铁生产过程的物流对能耗的影响。c a n t e rk g 和王寿兵等研究了资源耗竭潜力，在综合考虑资源的消耗速度、储量和特定的基础上， 提出了一种计算资源耗竭潜力和当量系数的方法。刘江龙等提出了金属的环境影响因子 的概念，用加权平均值综合考虑了金属资源的丰度、能耗、污染物排放量和对生物体危 害作用等因素。苏向东等提出了综合比例系数的定量评价方法，根据金属元素的环境特 征、实际提取冶金过程和生物效应等因素，确立了纯金属的环境负荷定量计算原则，建 立了有色金属材料的环境负荷定量评价模型。 改善评价是整个生命周期评价研究中开展最少的环节，也是研究潜力很大的一部 分。目前l c a 主要应用于对产品及工艺的l c a 比较，而对基于评价结果来改善产品或 工艺的环境性能的研究开展较少。国内有些研究者也开展了将l c a 改善评价与企业清 洁生产相结合的研究，取得了一定的成果，但这种研究还不够深入，没有形成完整的方 法体系。对企业来讲，改善评价是真正产生效益的一步，因此，如何发掘这种潜力，也 是l c a 研究进一步要解决的问题。 8 - 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 5 本文研究的主要内容 ( 1 ) 以i s o 相关标准为基础，将l c a 应用于精细化工企业，构建符合我国国情的精细化 工生命周期评价体系。 系统的研究了精细化工l c a 的范围界定及目标定义，生命周期清单数据采集的具体 方法及相关数据处理，选择符合精细化工生命周期的环境影响评价模型。并对如何利用 评价结果来改进精细化工生命周期各阶段的消耗及环境表现作了比较深入的探讨。 ( 2 ) 实证研究：将精细化工生命周期评价体系应用于具体产品以大连百傲精细化工 有限公司的一种新型的杀菌灭藻剂( 异噻唑啉酮类化合物，简称c i t m i t ) 为例。 选择该公司的产量最大的c i t m i t 为评价对象，评价范围定义为c i t m i t 生产系统， 分析c i t m i t 生产的工艺流程，评价系统中各阶段的资源能源消耗及环境排放，辨识出 对环境影响最大的阶段及对环境影响最为严重的影响类别。根据清单分析和影响评价结 果，对那些资源消耗大、环境影响严重的生产环节提出改善措施。 ( 3 ) 基于l c a 的c i t m i t 合成系统环境绩效评价 根据c i t m i t 合成系统l c a 结果，探讨c i t m i t 合成系统环境绩效的评价指标体系， 采用模糊层次分析法，建立一个量化的环境绩效评价模型，从而为c i t m i t 合成系统环 境绩效评价提供一个单一的、便于使用的、数字化的、可供比较的指标。 3 精细化工生命周期评价体系构建 精细化工行业产品的合成生产是以多种化工原料为生产原料，通过化学反应、精馏、 萃取、过滤等一系列化工生产过程而合成原料药，在此过程中不仅有能量的消耗，而且 涉及一些有毒、有害物质。参照i s o 关于l c a 的基本技术框架，我们建立精细化工l c a 基本技术体系，如图3 1 所示。 9 异噻唑啉酮类化合物生命周期评价研究 图3 1精细化工生命周期评价技术框图与应用 3 1 精细化工l c a 目标定义和范围界定 3 1 1 目标定义 ( 1 ) 减少精细化工产品生产资源、能源消耗。 精细化工企业是水、电、煤等资源的消耗大户，精细化工l c a 的目标之一是通过 分析精细化工生命周期内各个单元过程资源、能源消耗在整个生命周期内的比重的量化 比较，找出资源、能源消耗大的关键单元。 ( 2 ) 降低“三废”排放，减少环境污染，支持清洁生产，提高产品绿色度。 精细化工生产过程复杂，不仅含物理变化，而且伴随复杂的化学及生物化学变化， 每一单元都可能产生污染物质。如何控制和减少这些污染的产生，是精细化工l c a 要 解决的问题之一。通过精细化工l c a 的研究，对污染物产生过程进行分析，采用新工 艺，消除或减少污染源，最大限度地降低污染程度。 ( 3 ) 改善生产环境。 精细化工生产车间往往充斥着各种有毒有害气体，生产设备噪声也超标。如何降低 1 0 大连理工大学专业学位硕士学位论文 这些环境因素对生产者健康的影响，应是精细化工l c a 的研究目标之一。 3 1 2 范围界定 生命周期评价范围界定是由所开展的研究目的、未来应用及研究深度和广度等因素 所确定。根据精细化工生产工艺的特点，进入工厂的是各种原材料、能源，从工厂生产 出的是精细化工产品。在生产过程中伴随有废水、废气、废渣等污染物的排放。然而， 一个完整的精细化工生命周期评价应该包括从最初原材料的获取、产品原料的收集、产 品加工、废物产生、副产品的产生、处理、处置以及产品最终废弃物的处置整个过程。 精细化工生产的生命周期系统及边界简化框图如图3 2 。 l输入输出 - l原材料获得卜_ _ + - l精细化工产品合成卜_ _ + 三废污染物排放 l能源输入 1分配和运输卜_ _ 产品和副产品 l原料输， i利用再利用维护卜_ 其它环境污染物排放 i再循环卜_ + i废物管理和处置卜_ 系统边界 图3 2精细化工生产的生命周期系统及边界 由于我国行业划分的特点，针对精细化工的l c a 系统边界可不包括“原材料获取” 阶段，但应包括精细化工运输、销售及相关回收处理过程。具体研究范围可根据开展精 细化工l c a 的目的和开展机构来合理选择精细化工生命周期或仅仅是其中的一个阶 段。 3 2 精细化工生命周期清单分析 精细化工l c a 研究范围确定后，单元过程和有关的数据类型也就初步确定了。由 异噻唑啉酮类化合物生命周期评价研究 于数据的收集可能覆盖若干个报送地点和来自多种出版物，因此需要进行数据准备，即 包括： ( 1 ) 绘制具体的工艺流程图； ( 2 ) 详细表述每个单元过程； ( 3 ) 编制计量单位清单； ( 4 ) 针对每种数据类型，编写数据收集技术的有关说明； ( 5 ) 对报送地点发布指令。 精细化工l c a 清单分析一般步骤见图3 3 。 图3 3 精细化工l c a 清单分析一般步骤 3 2 1 数据采集 精细化工生产各子系统的每个单元过程的资源、能源以及环境影响因子都涉及到多 个输入、输出，必须对此进行数据收集和记录，可参照如下数据采集表，见表3 i 、表 3 2 。 1 2 大连理工大学专业学位硕士学位论文 表3 1 用于单元过程的数据采集表 制表人：制表日期： 单元过程报送地点： 标示： 时段： 起始月：终止月： 单元过程表述 材料输入 单位数量 取样程序表述 来源 水消耗单位数量取样程序表述来源 能量消耗单位数量取样程序表述来源 材料输出( 包括产品)单位 数量 取样程序表述 来源 注：此数据收集表中的数据是指规定时段内所有未分配的输入与输出。引自g b t 2 4 0 4 1 - 2 0 0 0 。 表3 2生命周期清单分析数据收集表 单元过程标示：报送地点 向空气排放单位数量取样程序表述 向水体排放单位数量取样程序表述 向土地排放单位数量取样程序表述 其他排放单位数量取样程序表述 注：对与单元过程表述不同的任何计算、数据采集、取样或变化加以表述；引自g b t 2 4 0 4 1 2 0 0 0 。 1 3 异噻唑啉酮类化合物生命周期评价研究 对于精细化工l c a 清单分析数据来源，我们可以从以下几个方面获得： ( 1 ) 自行收集：包括精细化工企业提供的数据、各生产部门实际测得数据、自行测 量所得。其中有些数据为企业内部各种测量仪表实时记录数据，可靠性强；一部分数据 由技术人员及相关管理人员自行收集，往往比较直观，但不可避免的具有测量误差。 ( 2 ) 现有相关生命周期分析数据库和知识库：国外许多研究机构都建立有自己的数 据库( 如：e d i p 、d e a m s 等) ，用于生命周期分析。这些数据可靠性较高，但是不一定适 合我国精细化工企业的技术背景，而且可能会有很大的误差，只能结合数据获取背景进 行借鉴和采用。 ( 3 ) 文献数据：许多论文、专著和研究报告等文献，都使用一些数据和方法来证明 观点。这些数据和方法也是精细化工生命周期分析的重要数据源之一。但是从目前精细 化工企业的实际情况而言，随着精细化工行业不断的进行技术改进，设备更新，很多数 据已经失去实际意义，对它们的引用将变得十分困难，应用不当将使整个生命周期评价 的结论失去价值。 ( 4 ) 非报告性数据：主要来自原辅料及产品制造商、实验室、政府和其他机构。由 于这部分数据较为分散，且未公开发布，因此较难获得。而且从市场的角度而言，许多 厂家对许多真实数据采取保密的措施，特别是各种精细化工催化剂的使用，包括一些有 毒的催化剂的剂量。 精细化工生命周期过程复杂，其各个单元不仅仅是单一的化学反应，每一步都可能 会产生新的中间产物及污染物质。精细化工生产物料的变化及各种反应的复杂性是其不 同于其他行业的一个显著特点，也为精细化- el c a 数据采集带来了很大的困难。一般 精细化工生产车间往往充斥着各种有毒有害气体，长期在这种环境下工作，无疑会对健 康产生不良影响，因此也十分有必要对这些气体进行定性定量的测定。 针对目前我国精细化工行业现有的技术和管理水平，数据采集自动化程度不高。企 1 4 大连理工大学专业学位硕士学位论文 业多采用对车间或班组进行成本核算的方式，关键设备并不设置能耗、物耗的测量仪表， 有些甚至不对各工段污染排放进行相应的考核。相当多的企业引进了先进的生产设备， 这些设备往往带有自动收集数据的装置，但是一般企业鉴于经济因素的考虑，对工作程 序进行改变。因此有必要在关键的设备及节点上安装相应的检测装置，同时借助于相应 的物料、能量衡算，及相关合理的数据分配方法，建立一整套适于精细化工l c a 数据 采集的系统，使精细化工l c a 数据更加全面、准确。 3 2 2 数据分配 精细化工生产往往伴随着多种产品和副产品的产出和回收处理，其整个流程图一般 不会是直线型的，而是有着很多的支路，这就需要对环境影响进行分配。 对产品系统的输入或输出进行分配通常有两种情况： ( 1 ) 共生产品系统，即两种或两种以上产品同时出于一个工艺过程或相互连接的生 产工艺； ( 2 ) 开环再循环利用过程 共生产品系统：当多种产品同时产出于某个生产工艺时，就构成共生产品系统。这 些产品被称为共生产品。共生产品系统的特殊形式是基础设施共享系统和废物处理系 统。通常一个企业的基础设施是提供很多生产工艺共同使用的一个共享系统，这样可以 有效地降低企业产品生产成本。 生产工艺的再循环过程：工业生产过程实际上存在复杂的再循环利用过程，即边角 料、副产品或废旧产品等再生产工艺重新利用。由于再循环的出现，改变了生产工艺中 的物流、能流的方向和流量，构成了复杂的相互连接的工业生产系统。再循环既有优点 也有缺点，其优点在于一方面减少了废物和产品的处置过程或处理量，从而减少了处理 1 5 - 异噻唑啉酮类化合物生命周期评价研究 成本和对环境的排放；另一个方面，减少了资源的使用量，从而也减少了对自然生态系 统的干扰和破坏。 具体分配程序常常依据具体问题来决定，但应遵循i s 0 1 4 0 4 0 所规定的分配原则： ( 1 ) 研究中必须识别与其他产品系统公用的过程，并被下文所要求的程序加以处理； ( 2 ) 单元过程中分配前与分配后的输入、输出的总和必须相等； ( 3 ) 如果存在若干个可采用的分配程序，必须进行敏感性分析，以说明采用其他方法与 所选用方法在结果上的差别； ( 4 ) 必须将每个要进行分配的单元过程所采用的分配程序形成文件并加以论证。 整体而言，我国精细化工行业尽管发展迅速，技术实力和管理水平也日新月异，但 是企业在数据采集及清单建立上还远远没有达到l c a 的标准。建立一套合理的数据采 集技术体系，及相关的分析模型，对开展精细化工l c a 及企业管理水平的提高具有十 分重要的意义。 3 3 精细化工生命周期影响评价 对精细化工生产而言，我们关注生产本身产生的生态环境影响的同时，必须关注精 细化工生产本身的安全性能及其对工人产生的健康影响。目前精细化工生产很多都用到 有毒有害化学品，如不遵守有关法规或使用不当，则对人体造成伤害，精细化工l c a 应 尽可能对这些物质产生的直接影响和潜在的危害进行评价。此外，经济影响也应该是要 考虑到的一点，只有兼顾到环境效益和经济效益，才会使精细化工l c a 显得更有意义。 因此对精细化工生命周期环境影响评价我们可以从生态环境影响、人体健康影响和 经济影响三个方面来进行分类，一般精细化工加工企业产生的影响分类见下表3 3 、表 3 4 、表3 5 。 1 6 大连理工大学专业学位硕士学位论文 表3 3 精细化tl c a 主要生态环境影响分类 生态环境影响分类 相关污染物 不可再生资源耗竭石油、煤、天然气 可再生资源耗竭水，原辅料 全球变暖c 侥，c o ，n ( h 、c m 大气酸化s 0 2 、n 0 x 水体富营养化 c o d 、s s 、含p 、n 化合物 潜在地下水污染工艺废水 表3 4 精细化工l c a 主要安全健康影响分类 安全健康环境影响分类 相关污染物 高危险物质 硫化氢、氯等化学危险品 空气污染物硫化氢、氯等有毒的工艺废气、烟尘、s 0 。等燃煤烟气 工作环境危险性泄漏、爆炸火灾等突发事故 噪声 表3 5 精细化工l c a 主要经济影响分类 项目 分类 经济影响指标成本费用( 包括原辅材料、各种催化剂) 运行费用( 水电费、工资等) 回收处理成本 3 4 精细化- i - l g a 改善评价 3 4 1 问题识别 在清单分析和影响评价阶段取得的结果满足了研究目的和范围的要求后，确定各种 环境影响类型及生命周期各阶段对结果的主要贡献，形成较为清晰的结论。 3 4 2 改善评价 1 7 异噻唑啉酮类化合物生命周期评价研究 根据识别出的问题，寻找整个精细化工生命周期内削减能源、资源消耗以及环境释 放的机会。改进精细化工环境性能的措施一般包括：原材料的重新选择、精细化工产品 生产工艺及相关技术的改进、废弃物处理的合理化等。它依赖于清单分析、影响评价或 二者的结合。改善的机会也应该被评价，以确保它们不产生额外的影响而削弱了提高的 机会。 l c a 前几个步骤目的都是为了找出改善产品生产环境性能的机会，因此改善评价是 真正产生效应的一环。对精细化工企业来讲，改善评价无疑将为企业开展清洁生产，实 现可持续发展提供有效的技术支持。 4 案例分析 本章应用第三章所构建的精细化工l c a 体系对c i t m i t 合成系统进行实证研究， 分析c l t m i t 合成系统不同单元的物料、能源消耗及环境排放，辨识其对环境影响的相 对大小，找出影响环境状况的主要因子，从而为精细化工企业实施清洁生产，改进精细 化工产品生产环境，支持精细化工企业的可持续发展，为进一步开展精细化工生命周期 评价研究提供方法借鉴。 由于缺乏相应数据及涉及企业技术和商业上的保密，c i t m i t 合成系统影响评价只 对环境影响因素进行评价。 4 1 企业概况 大连百傲精细化工有限公司位于旅顺经济开发区，公司于2 0 0 5 年动工，2 0 0 6 年5 建成投产，投资3 2 0 0 万元，生产规模为年产c i t m i t1 5 0 0 吨，厂区面积2 万多平方 米，建筑面积1 2 万平方米。该公司主要产品为c i t m i t ，该产品最早由美国罗门哈斯 公司生产，其二甲基氯代产品商品名为k a t h o n ，中文译名为凯松，其主要成分为异噻 唑啉酮类化合物的复配物，化学名称为：5 氯一2 甲基一4 一异噻唑啉- 3 - 酮和2 甲基一4 一异 噻唑啉- 3 - 酮的混合物( 3 ：l 称为氯比) 。该产品是性能优异的高效、广谱型杀菌防腐剂， 1 8 大连理工大学专业学位硕士学位论文 应用范围极广，在国民经济各部门普遍用于杀菌剂、抑菌剂、抗菌剂、消毒剂、防腐剂、 防霉剂、灭藻剂、杀生剂，甚至用于饮用水的杀菌消毒。c i t m i t 外观为浅琥珀色透明 液体，气味温和，分子式为c 扎c 1 n o s c 。h 剁o s ，有效组分：1 3 9 - 1 4 5 。密度( 2 0 0 c ) ： 1 2 6 1 3 3 9 m l 。完全溶解于水、低分子醇和乙二醇等，在见光、p h 2 9 之间和低于 6 0 ( 2 的贮存条件下，保持稳定。本品广泛适用于乳胶漆、高分子合成乳液、粘合剂、瓷 釉、填料和密封胶等。急性口服毒性：l d 。： 3 8 0 0 m g k g s ( 鼠) ；急性皮肤刺激：l 5 0 0 0 m g k g ( 兔) 。 4 2o i t m i t 合成系统 c i t m i t 的合成分三步完成：硫化和还原、酰胺化、氯化环合。该产品生产周期为 4 天，c i t m i t 合成工艺流程和污染物产生环节见图4 1 ，c i t m i t 吨产品物料衡算见图 4 2 。 图4 1c i t m i t 合成工艺流程和污染物产生环节示意图 1 9 ：= = = = = = = = = = = = = ：= = = = = = = = = = = = = = ：= = = = 一一= 墨堡些堕墅鲞丝盒塑竺鱼旦塑塑笪堕壅 盐酸l 滴加3 8 的盐酸 计量罐i 8 4 7 k g 加j x , 3 6 n a h s 溶液 1 6 0 k g 丙烯酸甲l 加入丙烯酸甲酯 酯计置罐l1 2 0 k g 加入硫粉4 0 k g 加入氨水l o k g h 2 s 高宅排放 0 i k u 硫化氢尾气 l o k g 硫化氢3 0 k g 惑l 象：性7 k g计量罐il 讳取废水z 1 4 涛加4 魄甲胺 1 0 0 k g 硫化反应釜 、 1 9 0 k g 混合液 提前加x , 4 0 0 k g 甲苯 最后加f 1 7 5 k g 水洗涤 酰氯化反应釜 7 1 5 k g 混合液 板框压滤机 回收甲苯3 8 0 k g 肄放废水1 7 5 l 【g 二硫化二丙酸