《循环经济专题讲座》

1、循环经济专题讲座金 涌清华大学化工系2008.10 青岛整理课件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”理念形成和发展沿革“循环经济”的生态学、经济学、工程学基础“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政府、企业、公众的责任与义务。整理课件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

2、成环境污染严重，生态状况恶化整理课件社会发展的主要矛盾由于上世纪在核能技术，信息技术生物技术和先进制造技术上的进步； 人类社会积聚了空前强大的能力；空前巨大的物质财富和高度繁荣的精神文明。 追求更好的生活质量，更健康，更安全，更长寿面临历史上最严重的危机：资源短缺能源枯竭环境污染，自然生态恶化（冰盖、 草原、 湿地、生物多样性退化、荒漠 化，酸雨、沙暴、赤湖、干旱、频繁、温室效应，厄尔尼诺气候反常）威胁人类生存整理课件规模空前的资源转化我国2003年2005年2006年钢铁产量2.2亿吨消费量约占世界总量的 273.3亿吨4.2亿吨水泥产量78亿吨消费量约占世界总量的 40910吨12.2亿吨

3、化肥产量4000万吨消费量约占世界总量的30%4400万吨4888万吨5304.8万吨煤炭产量1213亿吨消费量约占世界总量的 4021.9亿吨23.3亿吨石油加工量2.4亿吨消费量约占世界总量的 7.4 ，位居世界第二2.95亿吨3.065亿吨整理课件我国资源与能源状况矿业资源：总量居世界第五位 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%。整理课件我国重要矿产资源及在世界地位矿种石油天然气煤炭铬铜铝土矿铁矿石钨中 国

4、人均储量占世界人均%美国俄国德国人均储量（T)1.8T125T2.92kg13.2kg383kg9.88T0.95kg1063m34.5791117527m314.8T913T167kg37T0.74kg0.5187.342159加拿大44.2T22.4T0.55T320733m3772T27kg133kg1330kg2.37kg133.3T60253m3288T333kg12.3kg57T548m377T27.6kg1530kg2.9T整理课件固定投资率高：27.7%（2003），25.8%（2004）万元GDP能耗高：年2000200120022003200420052006吨标煤/万元G

5、DP1.461.391.411.441.271.231.21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 + HCl CH3CH(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 + O2CH3-CH-CH2OCH3-CH-CH2OCH3-CH-CH2O原子节约反应路径：以合成环氧丙烷为例原

6、子利用率=产品分子量所有原子分子量之和整理课件环氧丙烷“原子节约工艺”O2MPc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1%催化剂1000.2MP（PP）（CHP过氧化氢异丙苯）在肽菁存在下为化学平衡O2CH3-CH=CH2-钛硅分子解1000.2MpCH3-CH-CH2O整理课件解决白色污染的技术进化在塑料制品成型时，加入大量淀粉纤维素，可以使废弃时，塑料制品分散成小粒。采用发酵法生产乳酸聚乳酸可降解塑料。采用细胞培养法在大肠杆菌内生成可代谢塑料，聚羟基丁酸酯（PHB）用于人造血管骨钉缝线。整理

7、课件紫杉醇(Paclitaxel)的制取生物直接提取法 从太平洋洋紫杉树皮中提取，含量为0.0004%。树200年才成熟，剥皮后致死。化学合成，由于分子结构复杂，多达40步反应，总收率为2%。半合成路线（美癌症研究中心与BMS公司，1991）从树叶嫩枝中提取10-DAB（10-脱乙酰基卡丁），通过化学合成接上一个侧链制成，需11个反应过程，7个分离过程，污染严重。植物细胞发酵和萃取技术，用糖、氨基酸、微量元素、维生素做营养物，使紫杉系植物细胞被大量繁殖，经色谱法纯化、结晶分离，得紫杉醇。整理课件整理课件环境友好工艺与产品的技术总统绿色化学挑战奖更新合成路线奖1996Monsanto公司不以HC

8、N为原料，生产氨基二乙酸纳除草剂1997BASF与Hoechst合营公司消炎药（ibuprofen）新工艺，原子利用率从40801998Flexsys America公司4氨基二苯胺（4ADPA）新工艺，用苯胺与硝基苯直接合成，不需加入氯或溴氧化剂1999Lilly实验室抗痉挛药（anticonvulsion）新工艺，避免了大量溶剂使用和污染物产生，采用生物酶（gosaccharomyces rouxii）固定化催化剂2000Roche Colorado公司抗病毒药（gallcicloui）新工艺，将反应物和中间产物数量从22种降低至11种，气体排放减少66，固体废物减少89，4/5中间产物可

9、循环利用整理课件更新合成路线奖2001Bayer和Bayer AG公司可生物降解的螯合剂氨基二琥珀酸盐，100无废物释放，用作助洗剂，漂白稳定剂，肥料添加剂等2002Pfizer公司合成Sertraline（重要新药Zoloft有效成分）新工艺，3步反应简化为一步，安全性提高，污染减少2003sd-chemic Inc公司固体氧化物催化剂合成的无废水工艺，用于清洁燃料，化学品合成。2004BMS公司植物细胞发酵（PCF）和萃取技术，用于Taxol（紫杉醇类抗癌药）的绿色合成2005Archer Daniels Midland和Novozgmes公司酶催化酯交换法减少食品中反式脂肪酸含量（诱发心

10、脏病）2006Merck公司用-氨基酸制备JanuviaTM的活性成分的新颖的绿色合成路线整理课件改进溶剂和反应条件奖1996Dow化学公司用CO2代替氟氯烃作苯乙烯泡沫塑料发泡剂1997Imation公司（明尼苏达州）发明光热法，曝光胶片，显影只需加热，称Dry view技术，不需化学显影，定影1998阿贡国家实验室高效，高选择性，乳酸酯工艺，可代替各种溶剂用量的80，目前美国此类用量为380万吨1999Naclo Chem. CO.开发带电聚丙烯酰胺的水基生产过程用于废水处理除去悬浮固体及污染物2000Bayer Corp. Pittsburgh开发了两组分水性多羟基化合物涂膜技术整理课件

11、改进溶剂和反应条件奖2001Novezymes 公司利用果胶裂解酶进行棉纤维润湿脱脂棉的Biopreparation工艺，纺织厂节水30502002Cargill Dow公司聚乳酸（PLA）绿色生产工艺，产率高，不用有机溶剂可生物降解2003DuPont公司微生物法生产1，3丙二醇2004Buck man国际实验室公司再生低污染物消除的Optimyze酯化酶水解技术2005BASF公司紫外线固化，低挥发有机物（Vocs）用于汽车底漆修补2006Codexis公司基于酶催化的过程，改善用于合成Lipitor的关键构件分子的生产过程。整理课件设计更安全化学品奖1996Rohm & Haas 公司环

12、境友好海洋生物防腐剂，用于船舶表面防海洋动植物附着，选出4，5二氯2正辛基4异噻唑啉3酮（DC01）代替三丁基氧化锡（TBTO）1997Albright & Wilson公司（弗吉尼亚州）开发四羟甲级硫酸磷（THPS）杀生物药剂，它有良性毒理，选择毒性（对人毒性小）1998Rohm和Haas公司开发二酰基肼杀虫剂（Confirm），除对毛虫外对所有生物无害）1999Dow Agro sciences LLC（Dow Chem. CO子公司）开发Spin sad高选择性，环境友好杀虫剂，对毛虫，苍蝇有害，而不影响益虫，环境中不累积，不挥发2000Dow Agro sciences开发除hexaf

13、lum的白蚁诱饵，抑制昆虫角质素合成，使其在脱皮时死亡，为低害杀虫剂整理课件设计更安全化学品奖2001PPG工业集团把阳离子电沉积油漆用于汽车工业，用钇（在地壳中比铅丰富）代替铅，铬，镍而抗腐蚀性强2002Chem. Special-ties公司用碱式四元铜盐（ASQ）替代铬砷合剂（CCA）作木材防腐剂2003Shaw Industries IncEco- worx地毯片，用聚烯烃树脂，尼龙-6代替传统沥青-PVC-聚氨酯（PU）材料，可回用，从“摇篮到摇篮”清洁2004Engelhard公司环境友好Right lift偶氮颜料，用钙、锶、钡代替铅、铬、镉重金属2005A. D. Midlan

14、d公司非挥发性聚结成膜剂降低乳胶涂料挥发性2006S. C. Johnson & Son (SCJ)GreenlistTM系统，评估其产品中各成分对环境和人类健康的影响，并用于指导指导消费品配方的改进。整理课件小企业奖1996Donlar公司开发两种生产热聚天门冬氨酸代替聚丙烯酸，它可被生物降解1997Legacy System公司开发冷却臭氧过程，除硅晶片上有机物，清洁蚀刻电路板，代替溶剂清洗1998Pyrocool技术公司推出PyrocoolFEF灭火剂和制冷剂，环境友好产品1999Biofine公司废纤维素转化成乙酰丙酸新技术，用于处理造纸废物，垃圾，废纸，废木材，产率可达7090，可代

15、替双酚A用于高分子材料（双酚A破坏内分泌系统）2000Revlon公司发明Enbirogluv玻璃印花技术，原料不含重金属，成分有可生物降解性，美观耐久整理课件小企业奖2001EDEN生物子公司Harpin（无毒性蛋白质）技术，用于激发植物自然分泌防御系统，抗病，害虫，已批准使用的Messenger产品已由40多种农作物证明有效2002SC Fluids公司超临界CO2用于半导体工业中，洗除光致抗蚀剂2003Agra Quest Inc高效环境友好生物杀真菌剂Serenadelr，用于果园、花园2004Jeneil生物表面活性剂公司用鼠李糖脂代替传统表面活性剂（天然、低毒），用于餐具清洗、肥皂

16、等2005Metabolix公司酶催化引入细菌做微型反应器，合成聚羟基脂肪酸酯（PHAS），生物降解塑料2006Arkon 和 NuPro技术公司苯胺印刷工业中对环境安全的溶剂和循环应用方法整理课件学术奖1996Taxas A & M大学 M.Holtzapple教授把废生物质转化为饲料，化学品与燃料（用石灰水或高压低温液氨处理纤维素使膨化，再酶降解）1997北卡罗来纳大学J. M. Desimone教授开发能溶于CO2表面活性剂，用于微电子和光谱清洗1998斯坦福大学，特罗斯特教授创立“原子经济”概念1999Carnegie Mellon大学 Collins教授发展了一系列Fe（III）配位

17、化合物（TAML活性剂）增强过氧化氢的氧化能力低温下55）活化H2O2漂白木桨2000Scripps研究所的Chihuey Wong教授开发了不可逆的酶消化的酯转化反应，用药品生产整理课件学术奖2001Tulane大学，ChaoJun Li教授发展了“准自然”催化作用，使在空气和水中应用的过渡金属催化剂，用于以水为溶剂的多种合成反应2002Pittsburgh 大学Eric.J.Beckman教授筛选低压CO2能替代的有机溶剂的方法2003纽约布鲁克林技术大学R.A.Cross教授脂肪酶催化聚合，条件温合、高选择性2004佐治亚理工学院Eckert和Liotta教授用环境友好，可调溶剂，用超临

18、界CO2、亚临界水实现反应-分离一体化2005Alabama大学Rogers教授离子液体（1-丁基-3甲基咪矬鎓）溶解和处理天然纤维素制备新材料的“平台策略”，减少对石化的依赖。2006密苏里-哥伦比亚大学的Galen J. Suppes教授从天然丙三醇合成出生物基的丙二醇和合成聚羟基化合物的单体。整理课件进化替代原则 全生命周期清洁产品开发十二烷基苯合成催化剂：（1）HF（2）分子筛例：十二烷基苯生产的绿色工艺再生器反应器整理课件全生命周期清洁产品化学品从： 从摇篮到坟墓全过程没有污染十二烷基苯合成新工艺异构体催化工艺性能HF分子筛2057易于自然分解2025高洗涤特性208205205整理

19、课件 产品工程（Product Eng.）定义消费需求产品结构设计可行性热力学分析可行性动力学分析实验研究工程开发灵巧化学品最易合成的产品生产开发用途最佳性能用途的产品设计开发灵巧产品的生产技术 区别II. 减量化原则 产品灵巧化整理课件减量化原则灵巧化学品合成我国氮肥产量世界第一，消费量世界第一，利用率3035磷肥产量世界第二，消费量世界第一，利用率1020钾肥产量世界第一，消费量世界第二，利用率3550主要原因：化肥分解速率与植物吸收速率不匹配后果：污染水系，污染土壤，浪费资源，能源解决方法：专用，变速，可控释放整理课件整理课件灵巧化肥 多层变组分：根据植物对N、P、K 需求 时间分期释放

20、。 包膜缓释： 大颗粒、包膜，过程无污染。 包膜剂可降解：控、缓释，减少流失， 无残留。 转鼓式流化床装置：造粒、包膜一次完成。 设备简单，大批量制备。有8万吨20万吨 /年工程实践经验。整理课件产品工程大粒可控缓释化肥制备整理课件包涂技术用于灵巧农药、医药用于高毒性农药的微量缓释技术，如纳米插层缓释用于灵巧药品制备 维生素、肝炎疫苗（防分解） 代血浆（A异体血红蛋白 B复合酶，防异体排斥） 定向组织进化（干细胞 复合酶） 致导型药物制备AB包膜整理课件整理课件II、减量化原则物质转化中低物耗工艺优先规则 煤的液化方案选择 煤的直接加氢液化：高压反应，产品以劣质柴油为主，要持续高压加氢，重整，

21、能耗物耗高（折合4.04.5吨标准煤/吨液体燃料） 煤的间接转化：中压反应，产品为劣质汽，柴油，要持续加压，能耗物耗高（折合5.05.5吨标准煤/吨液体燃料） 乙醇合成：煤为源头合成路线长，经济上不合理整理课件物质转化中低物耗工艺优先规则煤的液化方案选择 二甲醚合成：中压反应，产品为柴油代用品，与柴油相比，发动机效率高1015，噪音低10分贝，排气清洁程度符合欧洲3标准，能耗物耗低（折合2.22.5吨标准煤/吨液体燃料） 甲醇合成：中压反应，可与汽油混用或独用，发动机出力较低，能量密度低，有毒性，能耗物耗低（折合1.82.2吨标准煤/吨液体燃料）整理课件二甲醚与F-T合成产物分配 二甲醚： F

22、-T合成：二甲醚作为煤基液体燃料可显著节约资源、能源。整理课件二甲醚在柴油机的消耗情况整理课件II 减量化原则 物流循环减量化低物质化方法：替代如四乙基铅，氟利昂的禁用创新25Kg光纤传输量相当于1吨铜线传输量（生产中的能耗减少95）信息化无纸办公等高性能化高强度，低密度，材料制造工艺分子租用（Rent a Molecule）如溶剂，催化剂等整理课件提高生态效率实现减量化工艺改进Production improvement更合理地生产同种产品钢生产连铸连轧可期望提高倍数1.52产品改进Product redesign同样产品性能提升超高强度微晶钢24产品替代Function innovatio

23、n产品不同而功能相同光导纤维替代铜线传输信号410消费转型System innovation更有效地使用产品，生产消费结构变革占有产品的“使用功能”而不是产品本身。如催化剂、溶剂租用1020整理课件产品经济到服务经济 产品服务（产权归业主）使用服务（使用权归业主）安全服务（产权归服务单位）地毯、花木、热带鱼景观维持保洁清洗、补足、回收，更新品种短期租赁中保证废弃物处置洗衣机、汽车维护、保护运行，保险产品租赁，大修，更新，换代，型号提升洗衣店全面服务，公共汽车催化剂、溶剂质量保证，适用性保证产品配方保证，再生、提纯，使用后废产品回收处理大型起重机械短期租赁顾客得到最好服务，资源得到最佳配置，商家

24、获得最大利益，可节约整理课件光气MDI异腈酸酯苯胺从KCl+H2SO4生产钾肥K2SO4(钾肥）食盐电解氯气烧碱生产SiHCl3生产TiCl4生产制冷剂生产氯乙烯氯气部分氧化技术多晶硅纳米TiO2电解技术HClIII、循环再利用原则 重要元素在工业系统中的循环代谢 氯元素工业循环整理课件III. 循环再利用原则（副产物再利用）通过化学加工，进行资源循环利用氯(Cl)氯化氯化烃氟化氟化烃制冷剂烯烃氟(F)氧气部分氧化冰箱氯化氢（HCl）氯(Cl)水整理课件 以 为例III、循环再利用原则CuCl2(s) + O2 (g) CuO(s) + Cl2 (g)CuO(s) +HCl (g) Cu(OH

25、)Cl (s)Cu(OH)Cl (s) CuO (s) + CuCl2 (s) + H2O360CCuCl2200CCuOO2Cl2HClHeatingCooling整理课件双层流化床整理课件IV. 再资源化原则（废弃物回收利用）纸张、轮胎、废家电、汽车的再资源化 * 每吨再生纸可节约512度电，4m3木材，250吨水 * 轮胎翻新率 我国4，发达国家15以上 其中载重胎121次，载重胎78次， 每翻新一条轮胎节约70橡胶资源铁、铜、铝的再回炼从产品设计开始考虑再资源化，直至回收、分拣环节整理课件矿物、化石炼制（ore-fossil-Refinery)垃圾炼制（garbage& junk-Re

26、finery)生物炼制（Bio-Refinery)逆炼制(Reverse-Refinery)铜矿石铁矿石原油天然气煤矿渣.废塑料、轮胎废纸、废水废金属 铜、铁秸秆/林业废弃物畜禽粪便等有机废弃物边际性土地种植能源植物常规及非常规作物、淀粉、油脂、蛋白质等CO2、H2O等低化学势物质通过能量注入进行逆变换。炼钢炼铜炼油炼焦.可再生资源的循环利用 再制造 再冶炼 再分解转化生物基产品(Bio-based products)生物可降解塑料：1，3丙二醇生物燃料（Bio-fuels)和生物能源(Bio-energy)塑料、橡胶、纤维等化学品及燃料。整理课件生物质能源淀粉葡萄糖氨基酸抗生素有机酸甘油1,

27、3-丙二醇纤维素半纤维素酒精（燃料乙醇）木质素木糖丁二醇木糖醇甲乙酮燃料分散剂香兰素水泥缓凝剂脂肪酸脂肪醇单（双）甘酯甘油dd油VE甾醇生物柴油阳光淀粉质纤维质油脂蛋白质 整理课件再资源化 实现碳元素循环代谢煤 石油燃烧二氧化碳光合作用淀粉 油 纤维素为开车 发电提供能量太阳光发酵等酒精 生物质油整理课件IV.再资源化原则 生物质能源 CO2的循环利用1、以纤维质、木质素为原料（全球约1.641011t/a生产量）：（1）超短接触热裂解：T=400,80%为液相产物 t=0.01s, 粗生物质油易自聚（2）水热法裂解：Shell. Co. HTU-process T=250,重油产率为4555

28、% P=310MPa，重油热值2530MJ/kg（3）生物发酵法：生产乙酰丙酸为平台化合物整理课件2、以植物油、动物油脂为原料（1）热解法（2）酯交换法：法国产量为35万吨/年，可副产甘油（3）【原料为：废食用油、菜籽油、棉籽油、微藻（含油4060）】（4）清洁燃料：燃烧时烟尘下降80，SOx 下降100，CO下降50IV.再资源化原则 生物质能源 CO2的循环利用整理课件系统综合原则 物质生产中的产品共生磷矿石焦炭电炉炼磷COCO+H2二甲醚H2O石英石SiO2矿渣微晶玻璃砖CO2乙烯水泥添加黄磷整理课件工业生物群落互利共生 (工业的生物学的社区)熔池法炼铁铁矿石煤2H2+CO发电厂联合循环

29、发电甲醇二甲醚H2源，燃料电池铁水建材厂乙烯炉渣焦炉煤气，H270%转炉煤气CO 80%高转化率浆态床反应器整理课件熔池法炼铁装置模型整理课件“清洁生产”概念演化第一层次 污染治理，达标排放第二层次 循环利用，微排放、零排放第三层次 “源头”治理，清洁工艺代替污染工艺第四层次 “生态化工”，化学品全“生命周期”，即“诞生”到“消亡”的全过程与自然生态循环相协调第五层次 生态工业园区建立，从非单一化学品生产着眼，地区内多种化学品生产过程之间耦合与自然生态的协调，这个厂的废物另一个厂的原料整理课件物流，能流，信息流区域集成的优化原则生态工业园区(Eco-Industrial Park)发展现状丹麦

30、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)（Baltimore Marland Virginia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、虚拟型整理课件.区域集成优化原则生态工业园区（ECOindustrial Park）Kalundborg EIP组成整理课件Kalundborg EIP效果减少资源消耗：石油：45，000吨/年煤：15，000吨/年水：

31、600，000 m3 /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/年整理课件生态工业园区 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，循环经济软科学整理课件生态工业园区 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，组织等方面的局限整理课件生态工业园区 局限性举例Kalundborg工业园区的问题举例 Asnae

32、svaerket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） Novo Nordisk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， 成分不一致整理课件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

33、术研究开发及产业发展方向。生态园区提升整理课件生态工业园区 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，实施跨地区的合作整理课件链接技术开发优先原则磷肥厂的矿石浸出磷矿石磷 肥硫酸磷石膏分解技术含高硫粉煤硫酸厂水泥厂水泥SO2磷石膏生成石膏板厂CaO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

34、产业集群退化的有效途径。整理课件鲁北生态工业系统硫代谢网络整理课件低碳经济是指：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。建立与之相适应的生产方式、消费模式。建立鼓励低碳发展的国际国内政策法律体系和市场机制。CO2的捕集，重复利用和埋藏的技术开发。整理课件 “低碳经济”一词首见于英国政府贸工部白皮书我们未来的能源创建低碳经济2003年 Low Carbon Economy or Economy of Low Carbon Exhaustion and Low CO2 Emission 2005年英国首相布莱尔在达沃斯世界经济论坛上，对世界各国发出呼

35、吁。“低碳经济法案”美国参议院2007.7 整理课件措施核心能源结构、能源技术的创新能源政策、制度创新生活方式、生产模式、价值观转变构建和谐社会的重要手段整理课件和谐的自然生态系统微生物植物太阳能动物生产消费 后处理CO2CO2CO2整理课件不和谐的人类生态系统农业生产工业生产生活废物后处理CO2CO2CO2化石能源化石资源快速消耗生态环境严重破坏（大气中CO2含量迅速上升）唯一出路：发展低碳经济整理课件碳库及碳循环示意图（单位：109t碳）大气碳库海洋生态系统无机碳库（39000）有机碳库（1000）人类社会活动的节能减排陆地生态系统生物碳库（600）土壤碳库（1500）沉积物碳酸岩碳库（6

36、0 000 000）化石碳库（300010 000）光合作用（1.42.8）CO2再利用地质存贮净吸收（1.42.8）砍伐森林（0.62.6）化石燃料燃烧及碳酸盐分解（约6.08.0）整理课件历年我国GDP、总能耗和万元GDP能耗整理课件泛化工行业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%。整理课件生活能量消费2006年为25387.87万吨标煤，为2000年的1.7倍2006年（每百户）电冰箱洗衣机彩

37、电城镇家庭普及率96.8%91.8%137.4%比2000年增加%17%14.5%17.7%每百户汽车拥有量2006年比2000年增8.6倍整理课件行业钢铁化工6个子行业石化水泥合计能源消耗（亿吨）3.62.31.41.68.9占全国比例（%）16.3106.37.1402005年四行业共排CO2量约19亿吨。2006年工业能耗消费量占78%。整理课件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%。整理课件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

38、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%整理课件产业结构调整2005宝钢吨钢CO2排放 2.1 tCO2/t钢 重点企业CO2排放 2.34 tCO2/t钢 一般企业CO2排放 2.67 tCO2/t钢中小型生铁产能 20世纪末 占9% 21世纪初 一度达21%整理课件06年水泥产量12.4亿t占全球1/2 水泥耗煤占全国煤耗15%重要方法能耗热耗新干法机立窑湿法窑干法中空窑Kg标煤/吨熟料115160208243国际先进水平国内先进国际一般国内一

39、般熟料热耗Kg标煤/吨熟料97101.5101.5115水泥综合电耗8590-9595-100110-115整理课件我国工业能耗与国际领先水平对比项目我国平均水平（标煤）国际领先水平（标煤）火电煤耗379 g/kwh312 g/kwh大中钢厂可比能耗705 g/t钢610 g/t钢水泥综合能耗157g/t水泥127.3g/t水泥原油加工112kg/t原油73kg/t乙烯加工1004 kg/t乙烯629kg/t大型合成氨1200kg/t合成氨970kg/t 平均约高30%左右。整理课件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 465

40、9万吨/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整理课件十一五时期淘汰落后生产能力表行业内容单位十一五时期预计淘汰总产能电力实施“上大压小”关停小火电机组万千瓦5000炼铁300立方米以下高炉万吨10000炼钢年产20万吨及以下的小转炉、小电炉万吨5500电解铝小型预焙槽万吨65铁合金6300千伏安以下矿热炉万吨400电石6300千伏安以下炉型电池产能万吨200焦碳炭化室高度4.3米以下的小机焦万吨8000水泥等量替代机立窑水泥输料万吨25000玻璃落后平板玻璃万吨3000造纸 年产3.

41、4万吨以下草浆生成装置、年产1.7万吨以下化学制浆生产线、排放不达标的年产1万吨以下以废纸为原料的饿纸厂万吨650酒精落后酒精生产工艺及年产3万吨以下企业（废糖蜜制酒精除外）万吨160味精年产3万吨以下味精生产企业万吨20柠檬酸环保不达标柠檬酸生产企业万吨8整理课件年度GDP结构变化年度第一产业第二产业第三产业197828.247.923.9198825.743.830.5199916.545.837.3200312.846.041.5200611.748.939.4整理课件2006年能耗强度 三产结构/能耗结构第一产业 0.34吨标煤/万元GDP 弱第二产业 1.73吨标煤/万元GDP 中第

42、三产业 0.41吨标煤/万元GDP 强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。整理课件能源结构调整品种单位质量的发热量单位发热量的CO2排放量原煤25.9 MJ/Kg0.117 KgCO2/MJ生物质（干基）18.86 MJ/Kg0.0925 KgCO2/MJ柴油 36.78 MJ/Kg0.085 KgCO2/MJ天然气55.74 MJ/Kg0.049 KgCO2/MJ重点发展：核能、水电、风能近于无碳排放能源

43、 而生物质能要考虑肥料排碳 光伏电池要考虑制造中排碳整理课件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： 水泥窑外分解转窑煤粉鼓气水泥熟料尾气原料整理课件水泥能流图整理课件水泥节约途径尾气带走热能占全能耗的份额最大22%。尾气温度下降10，可节约1Kg标煤/t熟料。设尾气废热锅炉尾气温度可从300380下降到200以下。熟料温度每下降100，可节约5Kg标煤/t熟料。整理课件非焦炭融池法炼铁变换产品铁水H2 CO产品铁矿粉吹氧喷煤粉除尘增压CO+H2H2O+CO2除尘预还原煤气预还原煤气脱硫CO2煤粉大理石（造渣）CO/

44、H2换热器去炼钢脱除CO2压缩预还原融池炉整理课件2005年我国六大化工产业CO2排放整理课件2MW氢等离子体煤裂解制乙炔装置图整理课件电石法乙炔 电耗33203200kwh/t电石等离子法乙炔 电耗少30%35%氢等离子法装置整理课件高炉炉顶余热发电（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 减少焦炭用量 废物处理、防止二恶英排放整理课件通过优化工艺路线气流床煤气焦炉气： CO 6.2% H2 58.48% CO2 2.2% CH4 26.49%低热值煤气替代甲醇合成气H2/CO=2TexacoShellCO3

45、9.16%63.1 %H230.13%26.17 %CO210.18%11.49 %CH41.08%1.03%整理课件通过优化工艺路线重质原油延迟进化加氢裂解轻质燃料油石油焦轻质燃料油制氢工艺：甲烷水蒸气重整 煤汽化+变换 煤焦炉气加氢脱碳H2整理课件炼油装置构成世界我国催化裂化74715万t 占 17.54%10570万t 占 32.54%延迟进化24140万t 占 5.66%4510万t占 13.88%加氢精制229408万t 占 53.86%9233万t占 28.42%* 所占百分数指占减压精馏能力的%整理课件每年有2000万吨石油焦产量同期大量筹建煤变油装置，计划2000万t。一面把石

46、油石油焦 另一面又把煤柴油 不符合低碳经济原则。2000年2114万t29套装置2006年4510万t43套装置 我国延迟焦加工能力快速增加整理课件煤合成气的化学转化丙烯乙烯1234581015162022过程能耗二甲醚甲醇合成C22重柴油乙烯丙烯汽油C8石脑油C57柴油C16能耗差能耗差整理课件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吨水整理课件3. 通过优化替代产品用

47、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、聚偏氯乙烯整理课件低CO2排放产品碳酸二甲酯（DMC）主反应： NH2CONH2 + CH3OHZn403433 KNH2COOCH3 + NH3NH2COOCH3 +CH3OH450483 KCH3-OCOO-CH3 + NH3副反应： CH3-OCOO-CH3+ NH2COOCH3 CH3NHCOOCH3 + CO2+CH3OH 尿素+甲醇工艺 酯交换法CO2 + 环氧丙烷 碳酸丙烯酯 + DMC + 丙二醇 甲醇 （碱催化）整理课件甲醇合成DMC合成DMC2.698万t/D热电厂尿素合成净能输出热电供甲醇1.827 万t/D尿素CO

48、23.983 万t/DCO22.67 万t/D4.764 万t/D1.313 万t/D128.18 MW1.948 万t/D7.709 万t/D煤NH31.015 万t/D2.945 t/DDMC 合成工艺图整理课件各种目标产物的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/吨氯乙烯整理课件4. CO2捕集 化学循环燃烧发电金属还原：2CnH2n+2+22n+mMyOx2nCO2+2mH2O+2n+mMyOx-1(

49、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等排放整理课件化学循环燃烧发电整理课件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整理课件5. 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

50、剂、保护气体等。整理课件CO2利用 CO2+C2CO H1=283.0KJ/mol(吸热）耦合 C+1/2O2CO H2=-110.5KJ/mol（放热）焦炭COCO2O2如含O2煤田气利用整理课件CO2与CH4耦合富氢资源富碳资源反应器CO，H2合成气热能、电磁能、催化、超临界、微波能输入CH4+COCO+H2 t=573k转化率 95%，选择性95%整理课件利用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CH4CO2输电甲烷水合物矿层整理课件6. 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

51、/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/年标煤整理课件1MJ柴油和生物柴油生命周期的CO2排放整理课件7.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 土壤改良剂整理课件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%。整理课件秸杆的优化利用秸杆作燃料热值为11825kJ/kg 发电0.98kwh/kg，即

52、3528kJ/kg作纤维板可节采暖能 43631 kJ/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。整理课件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。整理课件CO2资源化关键是CO2分子活化。由于CO2是碳的最终氧化态，标准生成热为： Gi =-394.38KJ/mol典型的低化学势物质，通过CO2分子活化，可易于发生化学反应。也是生物代谢产物 人排放CO2约1Kg/天，在浓度1%时危及人的生命。整理课件CO2分子具有对称结构O=C=O为弱电子给予

53、体（第一电离能13.79eV) 较强电子接受体（电子亲和能38eV）采用适当方式输入电子，或在反应中夺取其他分子的电子，可使惰性CO2分子活化。整理课件金属氧化物表面上CO2吸附活化形式OOCMOOCMOOCM这类金属氧化物有：CuO, CeO2，ZnO2, Cu/ZnO2，TiO2, SiO2, MgO, Cu/ZrO2等整理课件吸附时电子从金属表面传递到CO2分子，使其分子结构弯曲和C-O链伸长。C-O对称伸缩振动频率大大降低相邻CO2线性分子的溶剂化作用，使弯曲的CO2分子稳定。弯曲的CO2分子可能是发生各种反应的前驱体。整理课件这时CO2转化尚需高能还原剂外部能源引入进行驱动以实现低能

54、耗下反应整理课件CO2的活化方式有热解活化等离子体活化生物酶活化配位活化光化学辐射活化电化学还原活化化学吸附活化化学还原活化等整理课件甲烷部分氧化+甲烷、CO2重整CH4 + 2O2CO2 + 2H2O - 802 KJ/mol2CH4 + 2H2O2CO + 6H2 + 206 KJ/molCH4 + CO22CO + 2H2 + 261 KJ/mol 4CH4 + 2O24CO+8H2 -129 KJ/mol得到 H2 ：CO= 2：1的合成气整理课件上述反应在Pt-Co/- Al2O3催化剂上 转化率对CH486.6% CO280.1%在流化床反应器中表现出稳定性和活性。整理课件 在Cu

55、- Mn /-Al2O3 或Cu-TiO2/-Al2O3 催化条件下 CO2+3H2CH3OH + H2O T=240，P=3.0MPa CO2转化率20% 甲醇选择性60%（GHSV=3600h-1）整理课件8. 逆炼制：绿色自由（Green Freedom) F. J. Martin W. 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、燃料整理课件N. Yamasaki 日本德岛工业中心HCl + CO2300 Fe催化100MPaC1C4进一步制造汽油C. Kubiak 加州大学CO2Ni 催化光电能CO+ 1/2O2 甲醇整理课件9. 优化能源消费建筑节能 全国建筑面积400440亿m2，每年新建约20亿m2。 建筑能耗占总能耗20.7%