清洁生产热力学框架及生态工业系统能量优化配置

天津大学硕士学位论文清洁生产热力学框架及生态工业系统能量优化配置姓名：李慧博申请学位级别：硕士专业：环境科学指导教师：柴立和20060101清洁生产热力学框架及生态工业系统能量优化配置作者：李慧博学位授予单位：天津大学相似文献(10条)1.期刊论文吴承泽.柴立和.WUCheng-ze.CHAILi-he清洁生产的热力学循环探讨-天津理工大学学报2005,21(1)通过对工业系统和热力系统的对比分析,提出运用热力学原理来诠释清洁生产的理论.在此基础上,对工业生产的三种模式和清洁生产的评价体系进行热力学解释,并将热力循环运用于清洁生产,试图从热力学原理中找到清洁生产理论的新突破.2.学位论文陈恒芳铬盐清洁生产新技术体系中联产高纯铬酸酐与硝酸钾工艺的基础研究2004本文根据钾系铬盐清洁生产新工艺的技术集成要求,以铬盐系列的重要产品CrO,3清洁生产为对象,以其母产品重铬酸钾为原料,研究了硝酸分解重铬酸钾制备高纯铬酸酐并联产具有高附加值的KNO,3的清洁生产-绿色工艺过程,以取代现行的重铬酸钠硫酸熔融转化的传统工艺.3.学位论文李敏低温等离子体增强细旦条涤纶可染性的研究1998该课题以染整加工的清洁生产为目的,采用低温等离子体物理技术对细旦涤纶进行改性,以改善细旦涤纶的染色性能,同时解决染整加工中水、能量及助剂的耗用问题.该实验利用自行设计安装的低气压辉光放电装置处理细旦涤纶,着重研究了经氧、氮和氩等离子体处理后细旦涤纶的润湿性、结晶度、表面电性能及染色性能的变化,详细讨论了等离子体放电参数(处理时间、放电气压、放电功率)对各项性能的影响,并考察了润湿性的经时效果.实验结果表明:经等离子体处理后,细旦涤纶的润湿性均得到了明显的改善,氧等离子体处理对细旦涤纶的改性程度及染色性的提高较其它两种气体好,表面热力学电位(ψ)的测试结果表明:ψ电位与织物的上染率之间有较好的相关性.这一新发现给分散染料上染涤纶的理论过程提供了一条新思路.经时实验发现,经氧等离子体处理后,细旦涤纶的润湿性未发生经时衰退现象,此结果对于推动等离子体技术的实用化具有重要意义.低温等离子体技术对细旦涤纶染色性的改善确为一项可望实用的清洁型工艺.4.期刊论文马鸿文.苏双青.王芳.徐锦明.谭丹君.刘浩.MAHong-wen.SUShuang-qing.WANGFang.XUJin-ming.TANDan-jun.LIUHao钾长石分解反应热力学与过程评价-现代地质2007,21(2)综述了添加各种助剂分解钾长石的研究进展.对不同体系中钾长石分解反应的Gibbs自由能和能耗计算,综合考虑一次性资源、能源消耗量和烧结过程的环境相容性、产品方案等因素,结果表明:只有以石灰石、碳酸钠为配料的工艺路线具有实际工业应用价值;而唯有以碳酸钠为配料时,钾长石原料烧结过程才具有一次性资源消耗量最少、能耗最低、温室气体CO2排放量最小、且可生产高附加值产品、实现完全清洁生产等优点.因此,选择以碳酸钠为配料分解钾长石的技术路线,具有良好的工业化应用前景.5.学位论文张富春负熵产生及其变化在环保机制中的系统分形2003以嫡为主体的热力学理论是热力学发展的核心内容.工业生态化、清洁生产以及可持续发展观,都是人类面对环境污染产生的惨痛后果,对自身生产方式性质反思后,为谋求人类与自然协调发展所提出的发展模式和观点.类仿生生态系统,进行循环生产,其实质都是为了产生负嫡变.对生态化工业系统进行分形构造,使其层层相似.当条件嫡数产生负值同时,系统出现功能上系统分形.封闭运行的生态化复合体系各系统在负嫡变产生过程中,出现系统分形.其分维值大小,表征了相互比较的两系统负嫡变化规律的同、异程度.由此,对一个分系统运行规律进行分析,可知整个生态化体系相似的运作规律.6.会议论文朱家骅.王江平.周勇.郭仕伟.夏素兰.黄进基于自由焓耗散的清洁生产指数与应用实例2008提出了基于生产系统自由焓下降的清洁生产评价方法,以产品的标准生成自由焓为基准,与生产系统消耗的自由焓之比λ为指数,表征清洁生产过程。该指数的物理意义是过程的热力学效率,包括系统内部的物质流、能量流过程及其对环境的影响。清洁生产指数的倒数(1/λ)可作为环境影响指数,代表使环境产生不可逆改变的程度,即不可恢复性。分析了磷铵工业干燥尾气治理的实例,表明通过尾气封闭循环将使清洁生产指数λ从0.64提高到0.90,环境影响指数(1/λ)则相应从1.56下降到1.11。7.期刊论文柴立和.李慧博.吴承泽.CHAILi-he.LIHui-bo.WUCheng-ze清洁生产技术框架的热力学分析-天津大学学报2006,39(4)从热力学的角度审视了清洁生产,通过工业系统和热力系统之间的对比分析,提出运用热力学原理来诠释清洁生产的理论,对清洁生产技术理论框架进行热力学分析,从热力学原理中找到清洁生产技术的指导性思想,对清洁生产的实施从提高资源能位、资源再利用循环和多级循环与多级过程3个方面提供定性化的分析,并从技术可行性、经济可行性和环境绩效等方面进行清洁生产评价指导,最后将分析结果成功应用于某企业的清洁生产措施和评价指导中.8.学位论文郭素荣生态工业园建设的物质和能量集成2006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C027.26﹪，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，可制备冷量2305kW，对酒精发酵液(不大于33℃)进行冷却。此举既可节省36﹪(即78．6万Ua)冷却该股热流体的冷却水，并减少排放废冷却水(约45℃)所带来的环境热污染；又可100﹪节省冷却发酵液的深井水(1.97·106t/a)，还可保护地下水资源。(2)利用喷射式热泵回收废醪液的余热，可节省蒸汽5.94万吨／年，同时，还能减少处理这部分釜液的费用。(3)利用吸收式热泵制热来回收放空二次蒸汽，可节省热量2736KW，同时还能减少放空热蒸汽对环境的热污染。在区域层面上，通过研究上海化工区和鲁北化工区的物质集成，指出物质集成是构建生态园区的最关键因素，而技术创新则是最好的物质集成。唯有创新才能改变生产技术路线，在源头显著减少资源的投入，从根本上解决环境污染问题。如鲁北的磷肥、硫酸、水泥集成中磷渣的煅烧技术一举搬掉了红白两座废渣山。或在拜耳一体化项目中，苯酚在双酚A(BPA)的缩合反应和在聚碳酸酯(SPC)聚合反应中既是反应物又是产物的双重功能，在两个反应间循环，使项目得以一体化。研究表明，区域的物质集成更多体现在过程的组织和优化上，每一个单元可能都是常规技术，但相互配合之后，就可延伸产业链，并衍生生态链，如鲁北的海洋资源生态链均由传统产业组成，还包括会带来大量固废(碱石膏)的烧碱工艺，但与核心的磷肥生产线配合后，碱石膏成为生产硫酸和水泥的重要原材料。在SCIP，炼油、烧碱、聚氯乙烯生产都是传统化T-r艺，但是经合理组织，借助氯元素的流动，既联接了上、中、下游企业产业链，又构建了新的副交换的生态链。调查发现，与物质集成相比，区域的能源集成较易于实施。因为对于没有明确核心企业的综合性工业园区，企业的原材料和产品千变万化，相互之间构建产品链尚且不易，更遑论构建副产物和废物交换的生态链。但是，任何工业区，无论生产什么产品，都需要能源，只是对能源的形式和品位要求有所不同，而这正是构建能源集成的潜力所在。分析和计算证明，热电联供是区域能源集成的最有力工具。尤其是热电冷三联供，更进一步带来削峰平谷、消除氟利昂制冷剂、减少开采地下水作冷却水的优势。对莘庄工业区估算表明，按目前供热能力135t／h测算，如果全部实施热电联供，可以多发电1.7万kW，比分别提供等量的蒸汽和电力节能29﹪。在研究物流和能量集成与园区生态化的关系时，将“公用工程”概念引入园区生态化建设，指出公用工程是将园区物质和能源集成的潜在可能性变为现实可行性的重要手段。“七通一平”等基础设施主要解决园区与外部的物质、信息交流，而公用工程则侧重于园区内企业之间的物质、能源的交换。前者是后者的基础，后者是前者的延续和补充。因此，基础设施固然是园区生态化的必要条件，但公用工程则是园区生态化的充分条件。例如，在末端处理方面，通过建立三废处理中心这样的公用工程，可减少企业各自为政处理废弃物的投资成本和运作风险。同时，这也是对实施多年且仍在执行的“三同时”政策的反思。建议对于像工业区这样的经济实体，可修改“三同时”的限制，构建三废处理的公用工程，发挥区域物质集成的优势。从这个意义上看，将“公用工程”引入工业区的生态规划，是对产业生态学“工具箱”的充实和提高。案例分析表明，夹点分析是构建区域热交换网络的有效工具，尤其是它的前瞻性，可预测引进新企业可能带来的整体能源分布的改变，这对园区企业布局大有帮助。在新太案例分析中，本文用MicrosoftAccess建立系统冷热流体的数据库，在用VB语言编制了通用的夹点分析软件。无论系统有否包含相变流股，该软件均可处理，并能以表格和图形的方式显示包括冷热流体的综合曲线，夹点温差的位置和数值，最小公用工程热负荷和冷负荷等计算结果。关于进一步工作的方向也进行了简要的讨论，论文建议宜加强与政府各职能部门合作，获取更多数据以便定量分析，进行能量集成系统构造的投入产出分析，提出更切实可行的方案。另外，与自然生态相比，对于像莘庄工业区这样没有明显核心企业的综合园区，落户的企业种类繁多，似乎更符合生物多样性的原则，但要将产业生态链联接、加密、加细，使系统更有弹性，还存在许多实际政策局限与操作障碍，而鲁北和SCIP这样有核心、或龙头企业的园区倒是更有利于构建更紧密的生态链，这个问题值得进一步探究。9.学位论文杨少华基于环境(火用)经济学策略的清洁过程系统优化研究2000该文提出清洁过程系统优化设计的环境(火用)经济策略方法,将过程系统优化的热力学、经济学和环境目标有机集成起来,以使过程达到节能、降耗、减污的目的.该文提出了一个清洁过程系统优化设计总体策略,作为一个大的框架,能够把许多针对局部工艺过程减废的方法与策略集成起来