以科技创新推进循环经济与低碳经济

以科技创新推进循环经济与低碳经济,提纲,新世纪我国经济面临课题与发展“循环经济”的必要性、紧迫性“循环经济”的生态学、经济学、工程学和哲学基础“循环经济”的工程内涵“生态工业工程技术开发原则及可行性分析“低碳经济”工程内涵以科技创新推动低碳经济,新世纪我国经济面临的课题,人口增长，城市化进程加快；劳动力资源丰富；最大的工程师培养机制,多种产品总产量居世界首位；人均产量仍偏低；消费需求旺盛,新产品、新技术升级空间大,中国经济高速持续发展,资源，能源人均保有量低于世界平均水平,技术水平制约相同生产过程的高物耗、高能耗,同时造成环境污染严重，生态状况恶化,社会发展的主要矛盾,规模空前的资源转化,2005年我国电风扇、VCD、电话机、录音机、微特电机、拖拉机、缝纫机、集装箱港口机械等，生产量占世界份额的50%以上。2005年制造业规模居于全球第三位，次于美国、日本。2005年我国科技人力资源总量3500万人，居世界第一。,我国资源与能源状况,矿业资源：总量居世界第5位人均产量居世界第53位2/3矿种短缺化石资源：原油储量占世界的2.43%天然气储量占世界的1.20%煤储量为世界人均的45%淡水资源：相当世界人均的1/4，居世界第110位，而消费量世界第一，占总消费量的15%。,我国重要矿产资源及在世界地位,固定投资率高：27.7%（2003），25.8%（2004）万元GDP能耗高：,资源消耗率高（占世界%）：钢铁石28%，铝矾土25%，淡水15%，水泥50%。利润率低：DVD售价40美元/台，付专利费20美元；利润5美元。MP3每台售价为75美元，付专利费45美元，利润CH3CH(OH)CH2Cl+HClCH3CH(OH)CH2Cl+HCl+Ca(OH)2+CaCl2液相氧化法(76%)CH3CH=CH2+H2O2+2H2O气相氧化法(100%)CH3CH=CH2+O2,环氧丙烷“原子节约工艺”,O2,MPc,肽菁染料,原则上“原子节约”率可达100两个反应可在一个反应器内完成有少量CHP可能分解为（酸性条件下）苯酚丙酮，需要抑制和移除。,异丙苯,另一个厂的原料,VI、物流，能流，信息流区域集成的优化原则生态工业园区(Eco-IndustrialPark),发展现状丹麦的Kalundborg工业园区（70-90年代）美国的PCSD支持下的四个EIP示范园区(1994)（BaltimoreMarlandVirginia等地）法国的PALME计划（1995）加拿大对现有工业园区的改造（90年代末）日本川崎零排放工业园（2001）一些发展中国家的EIP建设计划我国在太原、枣庄、衢州的实验研究生态工业园区分类老区改造型、主导产业型、全新规划型、虚拟型,VI.区域集成优化原则生态工业园区（ECOindustrialPark）,KalundborgEIP组成,KalundborgEIP效果,减少资源消耗：石油：45，000吨/年煤：15，000吨/年水：600，000m3/年减少污染：CO2排放：175，000吨/年SO2排放：10，000吨/年废物再利用：炉灰：130，000吨/年硫：4，500吨/年石膏：90，000吨/年氮：1，440吨/年磷：600吨/年,生态工业园区优越性分析,物流，能流，信息流的总体优化利用发现生产链的缺陷，定位粘合技术新工艺和装置的开发方向多产业综合的可持续发展，循环经济软科学,生态工业园区局限性分析,资源利用的柔性较差产，供，销，未知因素多先进工艺技术使用阻力增加在管理，投资，组织等方面的局限,生态工业园区局限性举例,Kalundborg工业园区的问题举例Asnaesvaerket电热厂烧掉450万吨煤/年40转化为电能，其余大部分转化为蒸汽蒸汽消耗Statiol炼油厂消耗14万吨/年（占0.3）住宅取暖消耗22.5万吨/年（占0.5）NovoNordisk生物公司消耗21.5万吨/年（占0.5）Gyproc石膏材料公司用天然石膏与电热厂副产石膏，成分不一致,生态产业园区建设内涵,物流分析，重要化学元素工业代谢分析、互利共生分析、物流的重复利用率和循环利用率分析。能流分析、梯级利用、可再生能源利用。污染物流分析生成、转化和消纳。产业价值流分析，产业链延伸，产业链柔性分析。资金投入有效性方案比较，资金流分析优化现有园区的局限性链接技术研究开发及产业发展方向。生态园区提升,生态工业园区基本模式,全新规划型从无到有进行总体规划和建设，绿色制造技术，成员选择以效益和环境为原则，全程监控综合改造型地区已有多种类型产业，如化工、冶金、炼油、生化、电子等，综合组织产业专题主导型以某一大型造纸、制糖、冶金企业为主导配制地区综合产业链虚拟型通过数模数据库的信息流交换建立能流，多方位，长短结合的综合利用，实施跨地区的合作,链接技术开发优先原则,科技创新、新科技注入，提高生态工业园区水平是园区存在与发展的生命线也是解决资源产业集群退化的有效途径。,鲁北生态工业系统硫代谢网络,低碳经济是指：,低能耗、低污染为基础的生态经济开发在生产、使用和废弃全过程的低CO2排放产品和工程技术。CO2的捕集，重复利用和埋藏的技术开发。达到节约能源和保护生态的可持续发展目的。,2007年能源消耗,石油、天然气开采业2880.6万吨标煤石油加工、煤焦及核燃料加工14619.8万吨标煤化学原料和化学制品24208.57万吨标煤橡胶制品778.49万吨标煤合计42487.46万吨标煤占全国规模以上行业总能耗的20%。,2005年黑色冶金消耗3.6亿吨标煤占全国16.3%化工行业能耗2.3亿吨标煤占全国10%（6行业）石油石化行业能耗1.4亿吨标煤占全国6.3%水泥石化行业能耗1.6亿吨标煤占全国7.1%8.9亿吨标煤占全国40%,2005年钢铁行业排CO2量7.1亿吨，占全国13.9%化工行业排CO2量4.4亿吨，占全国5.3%（6行业）石化行业排CO2量1.2亿吨，占全国2.3%水泥行业排CO2量2.7亿吨（化石燃料）占全国5.3%3.8亿吨（CaCO3分解），占7.46%6.5亿吨占12.76%四行业共排CO2量19.2亿吨,全国温室气体排放总量61亿吨（2004年）其中CO2量50.7亿吨，占全球18.9%（IEA）1994年到2004年均增4%。,历年万元GDP能耗变化,年度GDP结构变化,发达国家第三产业占GDP的70%，人均CO2排放量11.9吨16.1吨（2004，中国外交部气候变化谈判代表）发展中国家第三产业占GDP30%，人均CO2排放量1.95吨即便到信息社会，预期有低物质化进程，但无低能耗化进程。,现代能源利用率低,照明：白炽灯照明能源利用率（从煤含化学能算起）3%荧光灯照明能源利用率大数倍半导体照明能源利用率大数十倍汽车：从汽油燃烧到车轮能量利用率13%车轮有效利用率（除与地面摩擦）50%用于加速车身能耗占95%用于加速乘客能耗占5%总有效利用率0.260.39%,我国工业能耗与国际领先水平对比,平均约高30%左右。,产业结构调整,2005宝钢吨钢CO2排放2.1tCO2/t钢重点企业CO2排放2.34tCO2/t钢一般企业CO2排放2.67tCO2/t钢中小型生铁产能20世纪末占9%21世纪初一度达21%,20062007年淘汰小火电2157万kw小煤矿1.12万处小水泥8700万吨/年小炼铁产能4659万吨/年2007年单位GDP能耗下降3.27%（比2005年）COD排放下降3.14%SO2排放下降4.66%11届全国人大政府工作报告,十一五时期淘汰落后生产能力表,能源结构调整,核能、水电、风能近于无碳排放能源而生物质能要考虑肥料排碳光伏电池要考虑制造中排碳,科技创新推进低碳经济,通过过程强化节能，实现二氧化碳减排两股物流间组织逆流换热多股物流之间夹点分析，组织优化换热网络,图：水泥窑外分解,非焦碳融池法炼铁,2005年我国六大化工产业CO2排放,电石法乙炔电耗33203200kwh/t电石等离子法乙炔电耗少30%35%,氢等离子法装置,2MW氢等离子体煤裂解制乙炔装置图,高炉炉顶余热发电（TRT）回收风机电耗40%50%干熄焦技术（CDQ）、回收热能、减少气体水污染，提高焦碳质量。废塑料、废橡胶粉喷入高炉炼铁减少焦碳用量废物处理、防止二口恶口英排放,通过优化工艺路线,方案1,方案2,煤合成气的化学转化,F-T合成油20CO+41H2C20H42+20H2O粗柴油：水=282：360=0.78：1即生产0.78t粗柴油，副产1吨水（T=250）二甲醚合成2CO+4H2CH3-O-CH3+H2O二甲醚：水=46：18=2.5：1即生产2.5t二甲醚，副产1吨水,3.通过优化替代产品,用柴油替代汽油用二甲醚替代柴油采用氯化聚乙烯、氯化聚丙烯、聚偏氯乙烯,各种目标产物的CO2排放量,煤制油9.2吨CO2/吨合成油煤制甲醇3.8吨CO2/吨甲醇煤制二甲醚5.28吨CO2/吨二甲醚乙烯煤甲醇11.4吨CO2/吨乙、丙烯丙烯煤电石乙炔12.5吨CO2/吨乙炔煤氯乙烯5.6吨CO2/吨氯乙烯,4.CO2捕集化学循环燃烧发电,金属还原：2CnH2n+2+22n+mMyOx2nCO2+2mH2O+2n+mMyOx-1(燃料）+（金属氧化物）CO2+H2O+低价氧化物氧化：2n+mMyOx-1+2n+mO22n+mMyOx+N2(低价氧化物）+（O2+N2）（金属氧化物）金属载体Cu、Ni、Fe、Cu等,排放,化学循环燃烧发电,富氧水泥生产,水泥生产：煤燃烧排CO2/CaCO3分解排CO2=2.7/3.8=1/1.41富氧煅烧可提高尾气中CO2含量100%水泥产量22年世界第一2006年产量12.4亿吨/年每年可收集6亿吨以上的CO2石灰产业有相同问题,CO2利用,CO2+C2COH1=283.0KJ/mol(吸热）耦合C+1/2O2COH2=-110.5KJ/mol（放热）,如含O2煤田气利用,CO2与CH4耦合,利用CO2驱油，提高采收率从25%35%40%50%利用CO2水合物，替出CH4水合物,CO2直接利用,合成水杨酸、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯生物降解塑料（环氧丙烷+CO2共聚物等）碳酸饮料、灭火剂、膨化剂、超临界萃取剂、保护气体等。,静脉产业节能,钢材、铜、铝回炼每吨再生纸节电512度、4m3木材、250吨水轮胎翻新节约70%橡胶10亿吨废渣、钢渣、炉渣、电石渣煤碱石、磷电炉渣作水泥原料土壤改良剂,生物质能源,“十一五”规划增加非粮乙醇200万t/年总燃料乙醇为300万t/年“十一五”生物柴油20万t/年可再生能源的比重从2005年7.5%2010年10%全国可再生能源利用率达3亿t/年标煤,生物柴油生产及消费循环,生物柴油LCI分析范围,基础数据的收集原料种植,WangMQ.GREET1.5transportationfuelcyclemodelVolume1:Methodology,Development,武希彦.我国磷肥工业的现状及展望,1MJ柴油和生物柴油生命周期的CO2排放,秸杆的优化利用,秸杆作燃料热值为11825kJ/kg发电0.98kwh/kg，即3528kJ/kg作纤维板可节采暖能43631kJ/kg（按20年累计算）纤维砌块可节采暖能48123kJ/kg可以减少大量CO2排放。,绿色自由（GreenFreedom)F.J.MartinW.L.Kubic,以浓K2CO3液收集CO2电解水生成H2、O2（核电、热核电）以CO2、H2反应生成化学品、燃料,N.Yamasaki日本德岛工业中心,进一步制造汽油,C.Kubiak加州大学,甲醇,优化能源消费,建筑节能全国建筑面积400亿m2建筑能耗占总能耗20.7%采暖、生活用煤1.6亿t/年标煤耗电5500亿Kwhr20042020年增加面积110亿m2耗煤2.5亿t/年耗电58006300亿Kwhr建筑能耗将达到35%以上，超过交通、工业能耗。,人类在生态进化的食物链本非处于最高端猫科：食肉类灵长科：杂食类人类要盲目提升食物链占位，导致：肥胖和多种疾病增加碳排放,2006年畜牧业肉类总产量达到2.76亿吨，是1961年的4倍。渔业捕捞量2005年达到1.4亿吨，是1950年捕鱼量的八倍。一公斤牛肉，多消耗169兆焦的能量，多排放36.4公斤当量的CO2温室气体。科学新闻网报道,增加土壤碳汇,全球土壤中有机碳库1.4万亿2.2万亿吨，是生物碳库的3倍，大气碳库的23倍。我国土地面积占世界1/15，有机碳库仅占1/13（5001000亿吨），为加拿大的27%。,我国大约年产含碳废物48.8亿t，只有34%还田利用。施用有机肥、秸杆还田可使耕地土壤年增有机碳0.030.09%，仅耕地可固碳180万540万吨。,以政策、法规减排,新建企业，准入门槛按规模生产，技术水平，累进税市场份额议定，鼓励大企业兼并落后小企业政府首台采