以科技创新推进循环经济与低碳经济（清华大学课件）.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,以科技创新推进 循环经济与低碳经济,清华大学 生态工业工程中心,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,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,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,27,3.3,亿吨,4.2,亿吨,水泥产量,78,亿吨,消费量约占世界总量的,40,910,吨,12.2,亿吨,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,40,21.9,亿吨,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,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,矿种,中国,美国,俄国,加拿大,德国,人均储量,占世界人均,%,人均储量（,T,）,石油,1.8T,11,14.8T,44.2T,22.4T,0.55T,天然气,1063m,3,4.5,17527m,3,320733m,3,60253m,3,548m,3,煤炭,125T,79,913T,772T,288T,77T,铬,2.92kg,0.5,27kg,27.6kg,铜,13.2kg,18,167,133kg,333kg,铝土矿,383kg,7.3,1330kg,1530kg,铁矿石,9.88T,42,37T,133.3kg,57T,2.9T,钨,0.95kg,159,0.74kg,2.37kg,12.3kg,固定投资率高：,27.7%,（,2003,），,25.8%,（,2004,）,万元,GDP,能耗高：,年,2000,2001,2002,2003,2004,2005,2006,吨标煤,/,万元,GDP,1.46,1.39,1.41,1.44,1.27,1.23,1.21,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,CH,3,CH(OH)CH,2,Cl+HCl,CH,3,CH(OH)CH,2,Cl+HCl+Ca(OH),2,+CaCl,2,液相氧化法,(76%),CH,3,CH=CH,2,+H,2,O,2,+2H,2,O,气相氧化法,(100%),CH,3,CH=CH,2,+O,2,CH,3,-CH-CH,2,O,CH,3,-CH-CH,2,O,CH,3,-CH-CH,2,O,环氧丙烷“原子节约工艺”,O,2,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,80,1998,Flexsys America,公司,4,氨基二苯胺（,4,ADPA,）新工艺，用苯胺与硝基苯直接合成，不需加入氯或溴氧化剂,1999,Lilly,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,2000,Roche 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,中间产物可循环利用,更新合成路线奖,2001,Bayer,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,2002,Pfizer,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,2003,sd,-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。,2004,BMS,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,2005,Archer 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（诱发心脏病）,2006,Merck,公司,用,-,氨基酸制备,Januvia,TM,的活性成分的新颖的绿色合成路线,改进溶剂和反应条件奖,1996,Dow,化学公司,用,CO,2,代替氟氯烃作苯乙烯泡沫塑料发泡剂,1997,Imation,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,1999,Naclo 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,2000,Bayer Corp.Pittsburgh,开发了两组分水性多羟基化合物涂膜技术,改进溶剂和反应条件奖,2001,Novezymes,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,30,50,2002,Cargill 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,2003,DuPont,公司,微生物法生产,1,，,3,丙二醇,2004,Buck 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,2005,BASF,公司,紫外线固化，低挥发有机物（,Vocs,）用于汽车底漆修补,2006,Codexis,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。,设计更安全化学品奖,1996,Rohm&Haas,公司,环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,）,1997,Albright&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）,1998,Rohm,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）,1999,Dow 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,2000,Dow Agro sciences,开发除,hexaflum,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,设计更安全化学品奖,2001,PPG,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,2002,Chem.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,2003,Shaw Industries Inc,Eco-,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,2004,Engelhard,公司,环境友好,Right lift,偶氮颜料，用钙、锶、钡代替铅、铬、镉重金属,2005,A.D.Midland,公司,非挥发性聚结成膜剂降低乳胶涂料挥发性,2006,S.C.Johnson&Son(SCJ),Greenlist,TM,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。,小企业奖,1996,Donlar,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,1997,Legacy 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,1998,Pyrocool,技术公司,推出,PyrocoolFEF,灭火剂和制冷剂，环境友好产品,1999,Biofine,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,70,90,，可代替双酚,A,用于高分子材料（双酚,A,破坏内分泌系统）,2000,Revlon,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,小企业奖,2001,EDEN,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,2002,SC Fluids,公司,超临界,CO,2,用于半导体工业中，洗除光致抗蚀剂,2003,Agra Quest Inc,高效环境友好生物杀真菌剂,Serenadelr,，用于果园、花园,2004,Jeneil,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、肥皂等,2005,Metabolix,公司,酶催化引入细菌做微型反应器，合成聚羟基脂肪酸酯（,PHA,S,），生物降解塑料,2006,Arkon,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,学术奖,1996,Taxas,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,CO,2,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,1999,Carnegie Mellon,大学,Collins,教授,发展了一系列,Fe,（,III,）配位化合物（,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,2000,Scripps,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,学术奖,2001,Tulane,大学，,Chao,Jun 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,2002,Pittsburgh,大学,Eric.J.Beckman,教授,筛选低压,CO,2,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，用超临界,CO2,、亚临界水实现反应,-,分离一体化,2005,Alabama,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。,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,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,20,57,易于自然分解,20,25,高洗涤特性,20,8,20,5,20,5,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,II.,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,30,35,磷肥产量世界第二，消费量世界第一，利用率,10,20,钾肥产量世界第一，消费量世界第二，利用率,35,50,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,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。,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。,产品工程,大粒可控缓释化肥制备,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,A,B,包膜,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，能耗物耗高（折合,4.0,4.5,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,5.0,5.5,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,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,10,15,，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,2.2,2.5,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,1.8,2.2,吨标准煤,/,吨液体燃料,）,二甲醚与,F-T,合成产物分配,二甲醚：,F-T,合成：,二甲醚作为煤基液体燃料可显著节约资源、能源。,二甲醚在柴油机的消耗情况,II,、减量化原则,低能耗工艺优先,低能耗反应工艺,氢等离子体煤粉合成乙炔技术,减少能耗,35,（与传统电石法相比）,减少了严重的废渣，废气，废水排放,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,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 innovation,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,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，商家获得最大利益，可节约,光气,MDI,异腈酸酯,苯胺,从,KCl+H,2,SO,4,生产钾肥,K,2,SO,4,(,钾肥）,食盐电解,氯气,烧碱,生产,SiHCl,3,生产,TiCl,4,生产制冷剂,生产氯乙烯,氯气,部分氧化技术,多晶硅,纳米,TiO,2,电解技术,HCl,III,、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,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,以 为例,III,、循环再利用原则,CuCl,2,(s),+,O,2,(g),CuO(s,)+,Cl,2,(g),CuO(s,)+,HCl,(g),Cu(OH)Cl,(s),Cu(OH)Cl,(s),CuO,(s)+,CuCl,2,(s),+H,2,O,360,C,CuCl,2,200,C,CuO,O,2,Cl,2,HCl,Heating,Cooling,双层流化床,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，,4m,3,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,7,8,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,矿物、化石炼制,（,ore-fossil-,Refinery,),垃圾炼制,（,garbage&junk-,Refinery,),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,CO,2,、,H,2,O,等低化学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。,生物质能源,淀粉,葡萄糖,氨基酸,抗生素,有机酸,甘油,1,3-,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,IV.,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,IV.,再资源化原则,生物质能源,CO,2,的循环利用,1,、以纤维质、木质素为原料（全球约,1.6410,11,t/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,45,55%,P=3,10MPa,，重油热值,25,30MJ/kg,（,3,）生物发酵法：生产乙酰丙酸为平台化合物,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,40,60,）,】,（,4,）清洁燃料：燃烧时烟尘下降,80,，,SO,x,下降,100,，,CO,下降,50,IV.,再资源化原则,生物质能源,CO,2,的循环利用,V.,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,CO,CO+H,2,二甲醚,H,2,O,石英石,SiO,2,矿渣,微晶玻璃砖,CO,2,乙烯,水泥添加,黄磷,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,2H,2,+CO,发电厂联合循环发电,甲醇,二甲醚,H,2,源，燃料电池,铁水,建材厂,乙烯,炉渣,焦炉煤气，,H,2,70%,转炉煤气,CO 80%,高转化率浆态床反应器,熔池法炼铁装置模型,污染源头治理和全生命周期清洁产品原则,“,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,VI,、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,VI.,区域集成优化原则生态工业园区（,ECO,industrial Park,）,Kalundborg EIP,组成,Kalundborg EIP,效果,减少资源消耗：,石油：,45,，,000,吨,/,年,煤：,15,，,000,吨,/,年,水：,600,，,000 m,3,/,年,减少污染：,CO,2,排放：,175,，,000,吨,/,年,SO,2,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,）,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,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,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,SO,2,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,CO,2,排放产品和工程技术。,CO,2,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,CO,2,量,7.1,亿吨，占全国,13.9%,化工行业排,CO,2,量,4.4,亿吨，占全国,5.3%,（,6,行业）,石化行业排,CO,2,量,1.2,亿吨，占全国,2.3%,水泥行业排,CO,2,量,2.7,亿吨（化石燃料）占全国,5.3%,3.8,亿吨（,CaCO,3,分解），占,7.46%,6.5,亿吨 占,12.76%,四行业共排,CO,2,量,19.2,亿吨,全国温室气体排放总量,61,亿吨（,2004,年）,其中,CO,2,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,年份,万元,GDP,能耗吨标煤,/,万元,GDP,年份,万元,GDP,能耗吨标煤,/,万元,GDP,1978,15.676,2001,1.3059,1983,11.0755,2002,1.2614,1988,6.1821,2003,1.2883,1993,3.2827,2004,1.2711,1998,1.5665,2005,1.2197,2000,1.3965,2006,1.1666,2007,1.0745,年度,GDP,结构变化,年度,第一产业,第二产业,第三产业,1978,28.2,47.9,23.9,1988,25.7,43.8,30.5,1999,16.5,45.8,37.3,2003,12.8,46.0,41.5,2006,11.7,48.9,39.4,发达国家第三产业占,GDP,的,70%,，人均,CO,2,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,CO,2,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,项目,我国平均水平（标煤）,国际领先水平（标煤）,火电煤耗,379 g/kwh,312 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。,产业结构调整,2005,宝钢吨钢,CO,2,排放,2.1 tCO,2,/t,钢,重点企业,CO,2,排放,2.34 tCO,2,/t,钢,一般企业,CO,2,排放,2.67 tCO,2,/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%,SO,2,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,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,3.4,万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,能源结构调整,品种,单位质量的发热量,单位发热量的,CO,2,排放量,原煤,25.9 MJ/Kg,0.117,KgCO,2,/MJ,生物质（干基）,18.86 MJ/Kg,0.0925 KgCO,2,/MJ,柴油,36.78 MJ/Kg,0.085 KgCO,2,/MJ,天然气,55.74 MJ/Kg,0.049 KgCO,2,/MJ,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,转窑,煤粉,鼓气,水泥熟料,尾气,原料,非焦碳融池法炼铁,变换,产品铁水,H,2,CO,产品,铁矿粉,吹氧,喷煤粉,除,尘,增压,CO+H,2,H,2,O+CO,2,除,尘,预还原煤气,预还原煤气,脱,硫,CO,2,煤粉,大理石（造渣）,CO/H,2,换,热,器,去炼钢,脱除,CO,2,压缩,预,还,原,融池炉,2005,年我国六大化工产业,CO,2,排放,磷矿石,富矿,P,2,O,5,30%,中低矿,30%P,2,O,5,12%,贫矿,P,2,O,5,12%,电炉法黄磷,（能耗大）,P,2,O,5,化学级,磷酸,食品级,磷酸,料浆法磷酸,（污染大）,磷肥,竖窑法,P,2,O,5,粗磷酸,能耗中,转窑,窑外分解,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,气流床煤气,焦炉气：,CO 6.2%,H,2,58.48%,CO,2,2.2%,CH,4,26.49%,低热值煤气,替代,甲醇合成气,H,2,/CO=2,Texaco,Shell,CO,39.16%,63.1%,H,2,30.13%,26.17%,CO,2,10.18%,11.49%,CH,4,1.08%,1.03%,方案,1,240,万吨,/,年 炼焦,副产,24,万吨,/,年甲醇,61.8,万吨,/,年,甲醇,85.8,万吨,/,年,化工产品,102,万吨,/,年原料煤制气,方案,2,240,万吨,/,年 炼焦,102,万吨,/,年原料煤制气,双气头合成,甲醇,100,万,110,万,t/,年化工产品,煤合成气的化学转化,丙烯,乙烯,1,2,3,4,5,8,10,15,16,20,22,过程,能耗,二,甲,醚,甲醇,合成,C,22,重柴油,乙烯,丙烯,汽油,C,8,石脑油,C,57,柴油,C,16,能耗差,能耗差,F-T,合成油,20CO+41H,2,C,20,H,42,+20H,2,O,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+4H,2,CH,3,-O-CH,3,+H,2,O,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,CO,2,排放量,煤制油,9.2,吨,CO,2,/,吨合成油,煤制甲醇,3.8,吨,CO,2,/,吨甲醇,煤制二甲醚,5.28,吨,CO,2,/,吨二甲醚,乙烯,煤甲醇,11.4,吨,CO,2,/,吨乙、丙烯,丙烯,煤电石乙炔,12.5,吨,CO,2,/,吨乙炔,煤,氯乙烯,5.6,吨,CO,2,/,吨氯乙烯,4.CO,2,捕集 化学循环燃烧发电,金属还原：,2C,n,H,2n+2,+22n+mM,y,O,x,2nCO,2,+2mH,2,O+2n+mM,y,O,x-1,(,燃料）,+,（金属氧化物）,CO,2,+H,2,O +,低价氧化物,氧化：,2n+mM,y,O,x-1,+2n+mO,2,2n+mM,y,O,x,+N,2,(,低价氧化物）,+,（,O,2,+N,2,）,（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,CO,2,/CaCO,3,分解排,CO,2,=2.7/3.8=1/1.41,富氧煅烧可提高尾气中,CO,2,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,CO,2,石灰产业有相同问题,CO,2,利用,CO,2,+C2CO,H,1,=283.0KJ/mol(,吸热）