中国煤化工生态工业系统优化与分析

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1、第六届全国循环经济与生态工业学术研讨会中国山西2011年8月12．14日中国煤化工生态工业系统优化与分析胡山鹰，周丽，金涌(清华大学化学工程系生态．T业研究中心，北京，100084)摘要：由于石油紧缺，中国能源安全问题日益得到关注，煤化工再次成为投资热点。相对而言，我国煤化工产业还存在技术落后、资源浪费、环境污染、产业结构不合理以及政策体系不完善等问题。因此必须针对性的对其进行产业调整与改革。本文通过引入生态工业理念，提出了煤化工生态工业系统理念，阐明煤化工生态T业系统的概念，揭示煤化工生态工业系统的基本原理，指出煤化工生态T业系统的特点，并构建了煤化工生态工业系统的超结构，初步分

2、析了煤化T生态工业系统集成优化模型，从而为煤化工生态工业系统的理论研究和系统优化奠定基础。关键词：煤化工，生态工业，原理，特点，超结构引言目前煤炭焦化、煤气化一合成氨一化肥是中国主要的煤化工产业。我国煤化-T产业正逐步从焦炭、电石、煤制化肥为主的传统煤化工产业向以石油替代产品为主的现代煤化工产业转变。煤化工产业的发展对于缓解我国石油、天然气等优质能源供求矛盾，促进钢铁、化T、轻工和农业的发展，起到了重要的作用【旧。但是，煤化工产业的发展对煤炭资源、水资源、生态、环境、技术、资金和社会配套条件要求较高。由于工艺流程长、技术复杂，目前我国煤化工产业新技术和新设备的基础研究依然薄弱，煤化

3、工产品结构与质量仍不尽合理，存在技术落后、资源浪费严重、环境污染加剧以及产业结构不合理等问题【3明。其中，特别是我国煤化工的现有产业结构结构单一，主要生产大量焦炭、合成氨以及电石等高耗能产品，下游产品结构很不完善。此外，产业还缺少有效的产业内外耦合和生产链网，生产过程中的副产物、废物和能量没有得到充分利用而导致综合利用率低，带来一系列生态环境问题。最后，近几年石油市场紧缩造成煤焦化、煤电石、煤合成氨等传统煤化工行业的过度生产，造成市场饱和、开工率不足等严重后果。总体而言，我国煤化工产业取得了巨大进步，但是在发展过程中也凸现出两个矛盾：一个是巨大市场需求与目前较低利用效率的矛盾，另一

4、个是可持续发展的需求与污染排放严重的矛盾。这些矛盾如果不加以解决，将会给我国社会和经济发展带来一系列严重问题。因此，如何更加有效的、清洁的利用煤资源成为工业界和学术界的讨论热点和研究重点。同时，人类科学的发展往往与自然界密切相关，自然生态界高效完美的食物链和生态罔成为人们学习效仿的对象。生态工业学者将生B_44第女月±目循g＆济与生态1n学术研#e中目^自2011年8月12-14日态理念融台J‘已有的。】。业体系形成了T业生态学(i,'Austdalmolo盱-IE)t我们J：是将1：业生态学理念具体麻片11‘传统的煤化T产业建立了煤化T生态r业系统。煤化T生态丁业系统是指与传统堞

5、化丁相对的r业彤态，足综台考虑自然、1．qk和社会菇阿发展的产业体系．它与其他产业、整个T业系统、fI然以及社会密切相关．如下刮所示：目l攥化I±§fn系统1．煤化工生态工业系统的构建思路2I煤化工生态工业系统的基本原lglJ[101()碳转化。碳是煤中的土导兀素，煤化T生态T业系统的根本基础是煤炭转化，煤炭转化是将煤中的碳转化为初级产物或辑部分终端产品，煤化T生态1二业系统最终是要把煤炭转化的各种初级产物进一步加T成多种洁净二次能源产品和基础化学舳。Ⅻ时，除了进入终端产品中的碳之外，剩余的大部分碳部以一氧化碳的形式排放，W此提高碳转化率是降低煤化T—氧化碳排放的根本途径。(_)产

6、品多样化。煤化工产业的目的是以煤为原料生产并种有用的化]‘产品或替代石汕的能源产品。任何一种转化技术的目标产品都是由其T艚征所决定的，f町且往往品种有限．有的甚至很单一。IⅡ煤化T生态1’业系统将多种煤炭一次转化及一扶深加工技术集成优化为一个系统，实现煤q一碳转化形式的多，‘化．可以同时生产出多种目标产品。从另一角度看，目标产品的多元化和灵活化也扑常有利1。系统在不同外界情况下积极响应调整，不仪可以尽可能的将原料“吃光榨净”取褂较高的服料转化率，也能够保证系统取得矗好的经济和社会效益。(三)资源耦台。虽然煤化工的产品以及副产物种凳丰富，但是产品的主要成分都是碳氢化台物，可以将其产业

7、内部之问以及与外部其他产IE台理耦合。不同企业或r岂流程问的横向耦台及资灏共享，不仪午富了原料来源．也为废物找到“硒}的“分解并”．建立了丁业生态系统的“食物链”和“食物阿”。这不仪可咀钉效提高资源利用牢，进可以增强产业结构枘关酸耦台强度，从埘实现有机整台。(凹)废物循环。自然生忐系统的惩级利用使褂系统中不存在‘‘废物”。煤化I．生态T业系统就第六届全国循环经济与生态y-．_,lk学术研讨会中国山西2011年8月12．14日是模仿自然生态系统，通过关联技术或工艺改革实