生态工业园建设的物质和能量集成

论文摘要

综述了清洁生产、产业生态学及循环经济理论的意义和研究现状，进一步阐述了循环经济及其相似的理论与传统学科如热力学之间的关系，指出按自然生态的模式组织产业活动，使资源利用、产品加工、消费，及废弃物处置构成一个循环的科学基础在于物质不灭与能量守恒，但从热力学意义上看，循环的困难在于将各种弃物重新分解为资源，也就是将系统从混乱变有序，降低系统的总熵，这必须由外界输入能量才能完成。因此必须探索尽可能大规模地、“经济”地推动产业“循环”的途径。构建生态工业园区，就是按产业生态学的理论和方法，在产业活动范围内探索实施循环经济的途径和方法，如物质和能量集成。 依托实际研究课题，深入考察了上海莘庄工业区(简称SXIP)、上海化工区(简称SCIP)、南京化工区(简称SNIP)和鲁北化工集团(简称鲁北)，及太仓新太酒精厂(简称新太)的现状，研究在企业和园区层面如何通过副产物和废物的交换、能量的梯级利用、公用工程的共享等手段来构建物质集成和能量集成系统，在区域范围内实现经济、环境、社会的和谐与发展。 企业层面的物质和能量集成以新太酒精厂为案例。通过深入调查该厂的生产工艺，首次提出酒精生产的本质上就是碳元素的反应与传递。测定了沼气的组成和原料木薯、沼渣、杂醇油、排放废水的总碳含率，对各物流进行碳元素衡算，做出了酒精生产的碳元素平衡图。结果表明，进入酒精产品的碳元素仅为44.74％，各副产品所含的有用碳元素分别为：沼气8.19％，沼渣4.32％，液态CO2 7.26％，杂醇油0.27％。系统的总碳元素利用率为64.78％。副产品的回收利用使系统总碳利用率提高了20.01％。与未回收利用副产品相比，酒精生产的原料利用率提高了45％。 探讨了新太能量集成的模式。酒精生产是个高能耗、高水耗的行业。新太通过热电联产，将高压蒸汽发电，发电后的乏汽用于酒精生产的蒸煮和蒸馏工艺使用，实现了能源的梯级利用，企业的吨酒煤耗和电耗均优于国内最佳水平。但是，仍有大量余热没有得到利用。本文运用夹点分析方法，对系统的热交换网络进行能量分析，再辅以制冷机和热泵对系统中的三股热流体进行余热回收，预测结果表明：(1) 以精馏塔塔顶蒸汽(79℃)的余热驱动吸收式制冷机，可

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• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 论文研究的目标和内容
• 1.2.1 目标
• 1.2.2 内容及创新点
• 1.2.3 理论意义
• 1.2.4 应用价值
• 1.3 研究路线
• 1.3.1 整体框架
• 1.3.2 建立夹点分析计算模型
• 2 生态工业园建设的理论与实践
• 2.1 清洁生产
• 2.1.1 清洁生产的发展历程
• 2.1.2 清洁生产的发展趋势
• 2.2 产业生态学
• 2.2.1 产业生态学的起源和发展
• 2.2.2 产业生态学的主要工具和研究层次
• 2.3 循环经济
• 2.3.1 国外的循环经济实践
• 2.3.2 中国的循环经济实践
• 2.4 生态工业园
• 2.4.1 国外产业生态园的发展
• 2.4.2 我国产业生态园的发展
• 2.4.3 产业生态园构建的方法
• 2.5 小结
• 3 物质和能量集成的理论
• 3.1 热力学第二定律与能源梯级利用
• 3.1.1 可逆过程与不可逆过程
• 3.1.2 （火用）烟（火无）
• 3.1.3 社会系统的熵变化
• 3.2 传质基本方程
• 3.2.1 费克定律与传质速率方程
• 3.2.2 拉格朗日法与欧拉法
• 3.2.3 物质流分析
• 3.3 蒸汽输送的热传递
• 3.3.1 每米管长热损失计算模型
• 3.3.2 管内蒸汽的散热方式
• 3.3.3 过热蒸汽的传热膜系数
• 3.3.4 管内饱和蒸汽的冷凝传热膜系数
• 3.4 管内蒸汽的动量传递
• 3.4.1 流体输送的机械能衡算
• 3.4.2 管内摩擦损失
• 3.5 夹点分析
• 3.5.1 工程设计的洋葱模型
• 3.5.2 从单台换热器到热交换网络的优化
• 3.5.3 建立夹点分析的综合曲线
• 3.5.4 夹点分析的三大原则
• 3.5.5 多级能源的设计
• 3.5.6 系统优化的目标函数
• 3.5.7 夹点分析的应用与发展
• 3.6 制冷机与热泵的应用原理
• 3.6.1 热泵的热力学基础
• 3.6.2 制冷与热泵的性能系数
• 3.6.3 （火用）分析与（火用）效率
• 3.6.4 压缩式热泵
• 3.6.5 吸收式热泵
• 3.6.6 喷射式热泵
• 3.6.7 制冷剂概述
• 3.6.8 热泵经济性评价
• 3.7 热电冷三联供
• 3.7.1 热电联产是对传统电力生产模式的反思
• 3.7.2 热电联产的发展历程与趋势
• 3.7.3 三联供的优势
• 3.8 小结
• 4 生态工业园建设的物质集成
• 4.1 企业层面的物质集成--新太酒精厂案例研究
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 酒精生产概述
• 4.1.3 源头减量
• 4.1.4 生产过程减量化和再利用
• 4.1.5 末端减量与资源化
• 4.1.6 用欧拉法分析酒精生产的碳元素流动
• 4.1.7 冷却水的集成
• 4.1.8 酒精生产的物质集成模型
• 4.1.9 物质集成的效益分析
• 4.1.10 进一步完善的措施
• 4.2 区域的物质集成--上海化学工业区（SCIP）的资源一体化
• 4.2.1 上游产业--炼油与乙烯裂解
• 4.2.2 中下游产业链
• 4.2.3 舒驰容器
• 4.2.4 SCIP的物质集成
• 4.3 鲁北工业区的物质集成
• 4.3.1 鲁北的核心技术
• 4.3.2 海水综合利用
• 4.3.3 制碱与热电联产
• 4.4 小结
• 5 三联供在园区能源集成中的应用
• 5.1 热电联供在企业层面的应用--新太酒精厂的案例分析
• 5.2 鲁北的热电联产案例分析
• 5.3 SCIP的热电联产案例分析
• 5.4 热电冷三联供构建区域能量集成系统--上海莘庄工业区（SXIP）
• 5.4.1 SXIP集中供热的现状
• 5.4.2 SXIP实施三联供的分析与测算
• 5.4.3 SXIP的热电联产概算
• 5.4.4 热电联产规划的热源评估
• 5.4.5 关于园区供热管网建设的配置
• 5.4.6 管网改造的实施步骤
• 5.5 小结
• 6 夹点分析在园区能源集成中的应用
• 6.1 夹点分析的酒精生产案例
• 6.2 能量集成方案
• 6.2.1 吸收式热泵回收糊化蒸汽余热
• 6.2.2 喷射式热泵回收废醪液余热
• 6.2.3 吸收式制冷机回收余热遏制地面下沉
• 6.3 小结
• 7 公用工程对构建生态工业园的意义
• 7.1 管廊
• 7.2 工业气体的集中供应
• 7.2.1 化工园区工业气体一体化的发展历程
• 7.2.2 工业气体的强劲需求对园区规划的挑战
• 7.3 水的集成
• 7.3.1 给水工程
• 7.3.2 排水
• 7.3.3 去离子水
• 7.4 热电联供
• 7.4.1 提供公用工程蒸汽
• 7.4.2 补充电力
• 7.4.3 提供去离子水
• 7.5 废弃物的集中处置
• 7.5.1 构建公用的污水处理厂
• 7.5.2 固废处理中心
• 7.5.3 废气处理装置
• 7.6 构建运输与物流的公用工程
• 7.6.1 常规的运输设施
• 7.6.2 码头与储罐
• 7.6.3 中信物流中心
• 7.7 公用工程的效益
• 7.7.1 节能和减排二氧化硫
• 7.7.2 污水零排放
• 7.7.3 先进的环保技术
• 7.7.4 生态指标的改善
• 7.7.5 节省投资
• 7.8 小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.1.1 主要创新点
• 8.2 进一步研究的方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果