煤炭工业企业循环经济产业链设计与环境效益研究.docx

煤炭工业企业循环经济产业链设计与环境效益研究*Study on Industry Chain Design of Circular Economy and EnvironmentalBenefit in Coal Enterprises林积泉 王伯铎 马俊杰 唐晓兰 赵 丹（西北大学环境科学系，陕西西安 710069）摘 要 本文在工业企业层面上，运用循环经济原理构建企业产业链，并分析了循环经济和环境效益之间的关系。在循环经济产业链的设计基础上，模仿生态系统中的物质流和能量流，提出了以“焦炭”为主要种群的煤炭资源深加工和废 物综合利用的企业产业链模式，并进行了实例分析，最后指出了进一步实施循环经济的方向。研究结果表明，产业链是 连接循环经济和环境效益的桥梁，因此工业企业按循环经济原则构建产业链，可以调整企业的产品结构，提高资源的利 用效率，减少污染物的排放，降低企业污染防治费用，具有明显的经济效益和环境效益。关键词 循环经济 煤炭工业企业 产业链设计 环境效益的综合利用，把上游的污染物作为下游的原料，引入中间环节，延长产业链，把污染物消化在过程当 中，使进入环境的污染物减少；循环则是提高资源 的利用效率，增加资源的利用等级，减少污染物的 排放。承接循环经济与环境效益之间的关系，就是设 计合理的产业链。运用循环经济原理设计工业产 业链，首先要坚持“减量第一”4，减少污染物的 产生量；对产生的污染物，通过“再用”原则构建 产业链，并尽可能延长，对污染物进行综合利用， 实现废物资源化，达到产业的升级；而循环则贯穿 于产业链的整个过程，使污染物的排放最大限度 地减少。运用循环经济的原理设计生态工业链，在不同 类型的项目中侧重点有所不同。对于新建项目，根 据国家产业政策、市场需求和污染物排放最小、资 源充分利用等原则来确定规模，并构建产业链，实 现经济效益和环境效益的协调；对于技改项目，通 过综合利用，延长产业链，实现废物资源化，达到 企业发展与环境保护的有机统一。因此，不论是新 建项目还是技改项目，按循环经济的原理革新产 品体系，构建产业链，不仅可节约资源，提高资源 利用效率，取得明显的经济效益，而且通过减少污 染物的排放和污染防治费用，取得明显的环境效循环经济在国内外不同层面上（企业、企业群和社会）都有所实践1。把循环经济应用于企业层面， 重点是构建企业产业链，并且尽可能延长产业链。通 过产业链的延长，把传统“资源产品废物” 的线性模式转变为“资源产品再生资源” 的非线性经济增长模式，提高资源的利用效率，增 加资源的利用等级，使资源得到最大程度的利用和 污染物最小程度的排放。虽然尹琦2,3等人对麻产 品、纸等生态产业链设计有所研究，但如何在工业 企业内部循环经济产业链，则研究较少。本文通过 分析循环经济与环境效益之间的关系，指出产业链 是连接它们的纽带。并以煤炭工业企业为例，按照 循环经济的原则设计产业链，并分析其产业链链接 的环境效益。1循环经济与环境效益循环经济最重要的原则是“减量（Reduce）、再 用（Reuse）、循环（Recycle）”，即 3R原则。其中减 量侧重于“源削减”，体现了“污染预防”和清洁 生产的思想，使污染物从一开始就在源头得到控 制，最大限度的减少污染物的产生；再用提倡资源* 基金项目：陕西省环境保护局重点项目（2003-2004 年）和国家社会科学基金资助项目（03BJY025）。2 0 0 5 . 4 环境保护55循环经济Circ ular Eco no my 益。用数学的方法来表示他们之间的关系，可写成y=f（xi），其中y表示环境效益，f表示循环经济，xi 表示产业链中的各个环节。工业企业通过循环经 济这个 “函数法则”，设计产业链，以提高生态效 率和环境效益，循环经济与环境效益的关系如图1 所示。资源的基本生产率5和满足社会的需要2。煤炭工业企业设计和延长产业链，对煤炭资 源进行深加工，国内外有成熟的技术，增加其附 加值，具有明显的经济效益；实现废物的减量化、 再用、资源化和循环，具有明显的环境效益。依 托洗精煤，以焦炭作为生态系统中的主要种群， 以焦化厂作为产业链中的主要环节，把废物综合 利用作为主线，把发电厂作为各个环节能量流动 的纽带，设计循环经济产业链，其典型构成如图2 所示。形成了焦炭、甲醇、炭黑、化肥等多种产 品结构和以电能、热能发展企业的循环经济产业 链体系。减量再用资源利用率提高循环循环环境效益循环经济图 1 循环经济和环境效益关系3循环经济产业链与环境效益实例研究3.1 工程概况某工业企业建设项目为技术改造项目，由焦化 厂、甲醇厂和煤泥发电厂三个子项目组成。其中焦 化厂以自产精煤为原料生产冶金焦炭，生产规模为120104t/a；甲醇厂以焦化厂产生的焦炉煤气为原 料，转化合成甲醇，生产规模为 10 104t/a；煤泥 发电厂利用洗煤过程产生的煤泥和甲醇合成过程产 生的弛放气作为燃料进行发电（配375t/h 循环 硫化床锅炉），发电容量为2.4104 kW，给洗煤厂、2煤炭工业企业循环经济产业链的设计循环经济产业链设计是运用循环经济原理，模仿自然生态系统，对企业内部产生的污染物进行综合利用，实现物质的闭路循环和能量的梯级利用， 以增加资源的生态效率，提高环境效益的企业行 为。设计循环经济产业链应从技术、经济和环境三 方面进行考虑，技术上尽可能采用先进的技术，经 济上企业有利可图，环境上避免企业的外部不经济 性，提高企业的环境效益。我国对煤炭资源的利用长期以来多为粗放型经营，不仅是对煤炭资源的浪费， 而且环境污染也很严重，严重制约着企业 的发展壮大。为增加煤炭资源的生态效 率，解决企业发展和环境污染之间的矛 盾，运用循环经济的原理，模仿生态系统物质流能量流流煤泥原煤精煤图 3 产业链组成和结构的物质流和能量流来设计煤炭资源的产业链，尽可能实现物质的闭路循环和能量的多级利用，以提高焦化厂和甲醇厂项目供热和供电。企业通过水的循环利用和综合利用，实现了污水的“零排放”。在 企业内部建立起循环经济体系， 形成了“洗煤焦炭甲醇物质流发电，以电发展企业”的产业链。其产业链的组成和结构如 图 3 所示。3.2 产业链分析3.2.1 构成分析该产业链的组成是以煤炭 资源深加工为主线的工业产业 链，各链条之间相互联系。根 据资源状况、技术基础以及市 场需求，构建了“焦炭甲醇图 2 煤炭工业企业循环经济产业链56 Environmental Protection 2005.4焦油硫磺煤泥矸石制砖厂尾气发电厂化肥厂弛放气甲醇厂能量流流煤泥发电厂灰渣粗苯剩余煤气灰渣炭黑厂尾气化工厂煤矸石发电厂煤 矿原煤 洗煤厂中煤焦化厂精煤硫铵化工厂洗煤厂弛放气甲醇厂焦化厂剩余煤气煤泥发电厂工业企业减少污 染物的 产生量延长产业链废物资源化产业升级节约资源减少废物 排放量和 污染防治 费用Circ ula r Ec on omy 循环经济 电”这个产品体系。从项目依托公司原来的洗煤厂开始，企业产业链的设计遵循了循环经济的 3R 原则。焦化厂是对洗煤厂的精煤进行深加工，提高了 煤炭资源的附加值。甲醇是一种重要的有机化工原 料和清洁能源，具有广阔的市场前景，电作为动 力，是企业发展必不可缺少的环节。甲醇厂把焦碳 生产过程中产生的剩余煤气作为原料再用，实现 了废物资源化。煤泥电厂把甲醇厂排放的弛放气（热值为9 922kJ/m3）和洗煤厂产生的煤泥（热值为12.25MJ/kg）作为燃料进行发电，实煤泥发电厂除了满足技改项目的用电外，还可以把剩余的电往电网送，其流动情况见表 1；技改 项目的供热也由煤泥电厂的热力网平衡解决，实现 了能量的循环和多级利用。3.2.4 水循环分析焦化厂除了内部水资源实现闭路循环外，还将 甲醇厂和电厂产生的污水进行综合利用，洗煤厂也 利用甲醇厂产生的污水作为部分生产用水，各环节 之间实现水的闭路循环（如图4所示），实现了污水 零排放。表2 废物产生量和环境效益现了废物的资源化。根据水资源的主体功能和使用要求，延长水 资源的利用等级，节约了水资源， 实现水的循环利用和污水减量化。 因此，产业链的设计不仅有效地 代谢了自身产生的污染物，而且污染源废物产生量去向 用途环境效益焦化厂 煤气+238.54106 m3/a甲醇厂 原料 废气电厂 燃料 废气238.54106 m3/a59.046106 m3/a甲醇厂 弛放气 +59.046106 m3/a洗煤厂 煤泥+337350 t/a电厂 燃料 固体废物 337350 t/a注：+ 表示废物的产生，- 表示废物的减少，也即环境效益使资源得到最充分的利用，形成了有机的工业链，在企业内部实现了循环经济，改变了企业原来单一 的产品结构，调整了产业结构，企业得到升级。3.2.2 物流分析根据污染物产生的情况，寻找废物资源化的机 会。焦化厂产生的煤气为440.73106 m3/a，其中焦 炉用194.3106 m3/a，管式炉用7.88106 m3/a，剩 余煤气为238.54106 m3/a，作为生产甲醇的原料。 洗煤厂产生的煤泥为337 350 t/a，甲醇厂产生的弛 放气为5 904.6104 m3/a，作为发电厂的燃料，实 现了废物的资源化。3.3 经济效益与环境效益分析工业企业通过产业链的延长，废物的减量、再 用和循环，把废物转化为电能，水进行循环使用， 污水达到“零排放”，各链条之间形成废物利用关 系（如表 2），节约了资源，减少污染物的排放量， 提高经济效益和环境效益。3.3.1 实现废物资源化若没有延长产业链，把焦炉煤气放散，不仅是 对资源的浪费，而且还会对周围环境空气造成污 染，带来环境风险，存在严重的环境隐患，导致环 境代价的增加。利用焦炉富余煤气生产甲醇，在 获得环境效益的同时，每年还可产生直接经济效 益为 3000 万元（扣除成本）。如果对甲醇厂产生的 驰放气没有利用，而是直接放散燃烧，污染环境， 也浪费资源。煤泥发电厂在实现废物综合利用的 同时，供电能力为150.336106kWh/a，以0.35元/ kWh 计，每年可产生经济效益为 52.6 106 元。3.3.2 提高资源的利用效率，减少污染物的排放发电厂利用焦炉煤气进行发电，减少 SO2 的排 放量2682.55t/a。焦化厂利用了发电厂和甲醇厂的污 水，降低了新鲜水的用量，单位产品（焦炭）新鲜 水用量为0.6 m3，低于同地区同类行业的单位产品 新鲜水用量（0.650.73 m3），节约了水资源。3.3.3 节约污染防治费用若洗煤厂的煤泥没有得到利用，煤泥堆放不仅 浪费煤泥的热值，堆存占用土地，而且容易引起二 次扬尘，污染环境。若治理污染，则增加环保投资。表1 煤泥发电厂电能流动平衡单位：kWh焦化 甲醇 自用 循环水 新鲜水水源地备煤、排渣、排灰去向送电厂 厂 电系统 加压泵用量总计6895 5777 3000635.8 70018691.88648205308.25308.23.2.3 能流分析单位：m3/h28.26循环水 6212.7508损失 57水力清扫用水循环水 6264新鲜水 140循环水 4640新鲜水 90.9图4 水闭路循环平衡2 0 0 5 . 4 环境保护57新鲜水 233焦化厂自耗、损失 155.982回收水池5110.73.27自耗 164发电厂101.93自耗、损失甲醇厂9.81洗煤厂循环经济Circ ular Eco no my 3.4 产业链延伸方向讨论工业企业走可持续发展的道路，应尽可能延长 企业的产业链，不断剖析产业链，寻找可能的链接 潜力。根据图2设计的产业链，煤泥发电厂锅炉排 放的灰渣（12.81104t/a）可用以制砖，焦化厂产 生的副产品煤焦油（45310t/a，直接经济效益5437 万元）可作为生产炭黑的原料，粗苯（11872t/a，直 接经济效益 1662 万元）是一种基本化工原料，主 要用于生产苯乙烯、苯酚等，硫铵（12434t/a）可 作为制取复合肥的原料，硫磺（1622 t/a）也是一种 重要的化工产品原料，这些废物（副产品）不仅可 以参与区域的循环经济圈，也是企业进一步实施 循环经济的潜力和延伸产业链的方向，是企业发 展的动力和新的经济增长点，为企业的发展留有 足够的空间。当然，如何确定产业链的延伸方向， 要对多个方案进行技术、经济和环境三方面论证， 选择最佳方案。（2）把循环经济原理应用于工业企业，改变原来企业的发展模式；工业企业按循环经济的理念来 发展企业，设计产业链，并尽可能延长产业链，有 利于提高资源的利用效率，减少污染物的排放量。 有利于调整产业结构，改变企业原来单一的产品结 构，实现企业的升级。（3）工业企业走可持续发展的道路，应尽可能 延长企业的产业链，不断剖析产业链，挖掘企业实 施循环经济的潜力和寻找新的经济增长点，不断连 接新的环节，拓展产业链。参考文献1 奈民夫那顺，梁继业，邢恩德.新形态的循环经济与循 环经济学的研究. 内蒙古农业大学学报，2002，23（1）：1071112 尹琦，肖正扬.生态产业链的概念与应用.环境科学，2002，23（6）：1141183 尹琦，朴赫夫，刘秉钺.纸业生态产业链设计：由传统造 纸工业向生态化纸业的转移.环境科学，2003，24（3）：1401444 段宁.清洁生产、生态工业和循环经济.环境科学