循环经济 与 生态工业工程 清华大学 化工系 金 涌
提 纲 一. 循环经济理念的形成和发展沿革 二. 循环经济思想的内涵 三. 循环经济与生态产业 四. 生态工业园区与循环经济
当今社会发展的主要矛盾 由于上世纪在核能技 面临历史上最严重的 术，信息技术生物技术 危机： 和先进制造技术上的 资源短缺 进步； 能源枯竭 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
规模空前的资源利用 20世纪末规模 许多产品在生产过程中消耗巨大（以全世界硅产业为例（1990）） 0.71亿吨/年 1.6亿吨/年 硫酸 896万吨/年 3200万吨/年 平板玻璃 543万吨/年 2830万吨/年 合成纤维 进口730万吨/年 876万吨/年 1.7亿吨/年 合成树脂 5 422万吨/年 9101万吨/年 乙烯 2800万吨/年 1.33亿吨/年 尿素 1.24亿吨/年 7.7亿吨/年 钢铁 5.73亿吨/年 15.7亿吨/年 水泥 世界位次 中国 世界 许多产品在生产过程中消耗巨大（以全世界硅产业为例（1990）） 工业硅产量：800,000吨/年； 电子级纯硅：32,000吨/年（4％） 光电池用硅：3,200吨/年（0.4 ％ ）；芯片用硅： 750吨/年（0.09 ％ ） 生产中消耗：100,000吨/年 氯元素；200,000吨/年 酸溶剂 20世纪末规模
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
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 人均储量（T) 石油 1.8T 11 14.8T 44.2T 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 1063m3 4.5 17527m3 320733m3 60253m3 548m3 煤炭 125T 79 913T 772T 288T 77T 铬 2.92kg 0.5 27kg 27.6kg 铜 13.2kg 18 167kg 133kg 333kg 铝土矿 383kg 7.3 1330kg 1530kg 铁矿石 9.88T 42 37T 133.3T 57T 2.9T 钨 0.95kg 159 0.74kg 2.37kg 12.3kg
我国主要矿产储量在世界上的地位示意图 占世界储量基础的% 居世界位次 1 5 10 22 30 40 2 3 4 5以后 稀土、钒、钛钽、钨、石膏、膨润土 石墨、芒硝、重晶石 菱镁矿、锑 锡 铌、锂、钼、石棉 煤、萤石、硫、银、滑石 锌、磷 铅、高岭土 珍珠岩 铁、汞 金、硼、耐火粘土 铜、镍、锰、铝土矿、石油 天然气、钾 铬铂、金刚石 居世界位次
我国矿产资源特点 矿产种类多，总量较大，人均拥有不足。1977年统计资源总量约占世界的12%；人均占有量居世界第53位。 2. 用量少的矿产资源丰富，大宗重要矿产储量不足。 3. 贫矿较多，富矿少，利用难度大 4. 中､小矿多，大型超大型矿床少 5. 共､伴生矿多，单矿种少，成本高 6. 资源区域分布相对不均
规模巨大的能源消耗 20世纪末规模 世界 中国 世界位次 石油 开采量 33.15亿吨/年 1.6亿吨/年 一次加工能力 40.2亿吨/年 2.7亿吨/年 3 煤 45.5亿吨/年 12.35亿吨/年 1 2002年 进口原油6941万吨，耗资127.57亿美元。 2002年 日消费536万桶/日（日本为534万桶/日） 为全球第二。
大庆油田 从1960年至2002年累计生产原油17多亿吨。 27年稳产在5000万吨/年以上。 1997年最高产量为5600万吨/年 2002年为5013万吨/年 2003年计划产量4830万吨/年 进入递减开采期。 ——化工报2003-1-18-1
严重的环境污染 20世纪末我国 CO2排放 20多亿吨（占世界总量的14％） NOX排放 1000万余吨 SO2排放 2000万余吨 生产约3.6万种化学品，数十种属荷尔蒙毒害，或致癌畸变毒物 工业固、液废弃物10亿余吨
我国绿色钢铁工业发展 1990-99年间 我国钢产量从6535万吨增加到12764万吨，增加了一倍。 能耗总量上升38%。 每吨钢 能耗下降：37% 水耗下降：50% 废钢水排量下降：58% 排尘下降：29%
钢铁工业的CO2排放 单位产量CO2排放量：（ CO2kg/吨钢） 从表中可以看出，减排还有很大潜力。
各钢铁企业水平相差较大 资源总利用率% 宝钢 重钢 武钢 上三 合肥 湘潭 武进 循环水利用率%
对社会可持续发展的忧虑开始于20世纪中叶 50-60年代，西方实施凯恩斯政策，赤字财政刺激，引发了发展的可持续性思考。 1962年 R.Carson发表“寂静的春天”。 1968年 罗马俱乐部成立，人们开始深入思考世界未来的命运。
第一次报告： 《增长的极限》（1972）-1 根据人口､经济､资源､粮食和环境污染5个基本要素变化趋势，建立世界系统动力学模型。 按当前（1972）增长趋势发展下去，几代人内，人类扩展达到极限，这一体系将陷入无法控制的崩溃与瓦解。
第一次报告： 《增长的极限》（1972）-2 按当时（1972）人口､生产增长速度下，21世纪前十年，矿产资源几近耗尽，污染无法消除，需制止世界系统无节制地增长倾向。 唯一的办法是在1975年停止人口的增长，到1990年停止工业投资的增长，达到产业总体“零的增长”。
第一次报告： 《增长的极限》（1972）-3 教育､艺术､音乐､基础科研､体育等不需大量资源，不产生严重污染的活动，可无限继续增长。 从人类历史来看，曾产生许多发明，其结果导致人口激增，环境退化及更大的社会不平等，技术进步只会延迟崩溃，而不能避免由“增长癖”文化带来的崩溃。
第一次报告： 《增长的极限》（1972）-4 唯一的出路是抑制增长，把人口､经济､资源消耗等因素的增长限定在一定水平上，这种观点对发展中国家是不公正的，也是不现实的。
第一次报告： 《增长的极限》（1972）-5 由于1973年开始的世界第一次石油危机，使罗马俱乐部名声大噪。 《增长的极限》被译成30多种文字，发行数百万册，有1000多所学院选为教材，并成为31届联大大会文件。 人口､粮食､资本､资源､环境等5个因素都是指数增长（即逐年按固定百分数增长）。 由于1973年开始的世界第一次石油危机，使罗马俱乐部名声大噪。
第二次报告《人类处于转折点》（1974）-1 基本论点： 世界是由一个有文化､传统､经济发展差异，而又相互影响的地区组成，认为这一系统是均一的则是错误的。 世界系统不会崩溃，而可能发生地区灾难或崩溃，由于不同原因会导致在不同时间发生。最早发生是在21世纪中叶。
第二次报告《人类处于转折点》（1974）-2 要采取适当的全球行动，即通过“有机增长”来实现；改变原来“指数增长”模式。 任何拖延的代价都是昂贵的，而且是致命的。
无差异增长与“有机增长” 指数增长，一个量按恒定百分比增长。 橡树式增长，植物在初期为指数增长，在临界点以后，减为线性增长，如橡树150年后，每年还会长高3英寸。 人类式增长，在青年期以前增长，以后停止增长。这种增长在任何一段时间都不是指数增长。 后两者称之为“有机增长”。
第二次报告《人类处于转折点》（1974）-3 解决危机的方案： 世界各部分不是单独存在的，而是互相依赖的，须各自完成其历史使命。 一个地区､一个国家对人类的有机发展应作出自己的贡献，系统中任何部分的增长，都赖于其他部分的增长或不增长。任何部分不良的增长会危及整体和它自身。
第二次报告《人类处于转折点》（1974）-4 新报告将“有机增长论”代替原报告“零增长”论，悲观论基调未变，目标使人难于接受。 “世界政府”式的协调机制可行性，及容易形成发达国家“控制” ､“指挥”发展中国家，使其公正性被质疑。
世界未来乐观派观点 —没有极限的增长 资源总量难搞清，技术进步预测难搞清。“已知储量”与“最终可采资源”之间，涉及技术进步。 世界未来乐观派观点 —没有极限的增长 资源总量难搞清，技术进步预测难搞清。“已知储量”与“最终可采资源”之间，涉及技术进步。 人口､经济､科技必然同步增长。 1776年 世界人口7.5亿，人均产值200美元； 2176年 世界人口150亿，人均产值3万美元。 污染治理能力与国民生产均值成正比。 人均收入达到2000$US，治理加速； 700 $US以下时，污染加速。
未来学悲观派的“是”与“非”-1 缺陷 否认科学技术的作用； 模型建立在数学理论基础上，基本经济关系不清； 提出“零增长率理论” ､“有机增长理论”等，但缺乏现实性和科学性。
未来学悲观派的“是”与“非”-2 贡献 提示人们注意和解决现代世界的基本矛盾。 对各种复杂生态经济关系提出定量分析要求。 关于世界末日的预言，起到警世的作用。
未来学乐观派的“是”与“非”-1 缺陷 盲目的科技万能论，忽视其两面性。 把生态经济问题看成单纯的市场机制作用过程。 掩盖当代人类面临问题，对长期效应的不确定性过于乐观。
未来学乐观派的“是”与“非”-2 贡献 对科技发展趋势进行讨论，启发鼓舞人们。 提出了“后工业社会”（即信息社会）､“大过渡理论”（即从工业社会—超工业社会—后工业社会），这些均可供借鉴。
后工业社会（信息社会）与生态预期 生态不协调 资源消耗 污染程度 人均GDP 成功欲满足（教育） 文化娱乐 递减方向 视听享受 健康与安全 富足消费 温饱需求 时间
后工业社会（信息社会）与生态预期 物质消费 1 健康安全保障 2 感官享受（信息产品） 3 4 文化渴求（艺术﹑ 旅游） 5 人均 物质消费 1 健康安全保障 2 感官享受（信息产品） 3 4 文化渴求（艺术﹑ 旅游） 5 成功欲满足（教育…） 3 4 5 2 1 消费%
后工业社会（信息社会）与生态预期 发展与生态矛盾程度 不同科技水平从低向高 临界线 2 1 3 4 人均GDP
人类社会持续发展历程 人类进化成为自然界主宰 采集与狩猎过度发展，出现首次人类生存危机与生态安全问题 畜牧和种植业发展，促进社会经济获得快速进步，生态问题缓解 工业社会使生产出现飞跃，终导致发展与生态安全问题再度激化 转向循环经济是人类社会可持续发展的必需
社会经济发展与自然生态协调程度 采集狩猎经济 种植畜牧经济 工业经济 循环经济 时间 打渔人 种田人 工厂
维护社会可持续发展 摒弃“人类中心主义”及其衍生出的“征服自然”“人定胜天”思想 不赞同哲学上向“泛灵论”回归，包括： 怀疑科学技术的价值，通过信仰（佛教､道教､印度教､摩门教）抑制过渡消费，和“环境优先发展”的绿色和平组织的观点。 提倡社会经济与自然协调发展，走“循环经济”的路 质疑人类对地球生命之网带来的威胁。 人类只是地球庞大生命整体中迅速畸形滋生的一部分，如人体肿瘤。地球上没有人类，生态系统更和谐完美。—反人类主义
“生态工业学”与近代哲学思想 非人类中心主义气者把资源枯竭和环境退化的根源归结为人类对自然的支配与掠夺。 “工业环境治理”的思想基础为事物是可分的，互不关联的，可以通过还原的方法来理解，实际上仍把人类利益作为出发点和归宿进行环境复原。 “生态工业”的思想基础是人类世界与非人类世界是互相依赖的，人类必须建立一种人与自然关系的新理解，新的生产与生活模式，即循环经济的模式。
浅层生态学与深层生态学-1 浅层生态学 深层生态学 人与自然是分离的 人是自然的一部分 可支配自然使它为人的利益服务 必须尊重和保护自然，是因为它的自身，不是因为它对我们有价值 能够也应该用自然规律开发利用自然 服从自然规律，如承载能力规律 离开人类谈价值是胡话 把价值等同于对人类的价值是极大偏见 如果威胁到经济增长，污染应当减少 减少污染优先于经济增长
浅层生态学与深层生态学-2 浅层生态学 深层生态学 为了增长最大化，必须对物质节约和控制污染程度 所有生产应当最小的物质消耗和循环利用 国家和地区通过建立贸易而发展进步 国家和地区的贸易应当减小，全球应当是自给自足地区的共和体 科学技术能够解决环境问题，我们必须不断完善它 不能单纯依赖科学技术，需寻找解决问题的其他途径 高技术（如核动力）是进步标志 中间的适宜的技术（如太阳能，风能等）是进步标志
浅层生态学与深层生态学-3 浅层生态学 深层生态学 人们不能忍受生活标准的大幅下降 可以忍受高度发达国家生活标准的大幅度下降 消费主义 适度消费和再生利用 激进分子要我们退回到前工业的时期时代或浪漫的乡村生活 为建立一个“非工业化”社会，注意力应集中于区域经济和社会需求，以及更多地与自然接触相适应的小规模生产上
生态工业工程遵循的生态观 人类社会活动是地球生态进化中最为活跃的一部分，不和谐只是插曲。 社会文明的可持续发展与关爱人类自然家园是可以同时作到的。 坚信人类的智慧和能力，依赖科学技术的发展是可以创造出新的生产与生活模式，使社会与自然协调，并且和谐发展。
江泽民在全球环境基金第二届成员国大会上讲话: “合理利用资源，保护环境，是实现可持续发展的必然要求，…只有走以最有效利用资源和保护环境为基础的 循环经济之路，可持续发展才能得到实现” 胡锦涛在中央资源环境工作会上指出： “要加快转变经济增长方式，将 循环经济 的发展理念贯穿到区域经济发展、城乡建设和产品中，使资源得到最有效的利用。最大限度地减少废弃物排放，逐步使生态步入良性循环。”
循环经济的价值观 不以无节制地耗用资源､能源为代价。 不以环境污染，自然生态破坏为代价。 追求社会经济与人文协调发展“效益”和“效率”的最大化。
循环经济的自然科学基础 “信息负熵”: 通过减少不确定性， 使负熵注入增效 热力学第二定律： 物质或能量在转化利 用中，其品位将发生 变化，遵守熵增原理： 热力学第一定律： 物质和能量转化 过程数量守恒 爱因斯坦能量与物质 转化公式：E=mc2 自然生态过程 （光合作用） 工业代谢过程中 负熵注入过程 物质被使用 能量对外体 功都是熵增加 过程 Metabolic Society 核能 太阳能 热损失 代谢社会 “信息负熵”: 通过减少不确定性， 使负熵注入增效 Prigogine非平衡热力学 远离平衡态耗散结构的 子系统，可以实现自组 织的负熵过程
Prigogine 的自组织概念 物质 能量 信息 结构、功能更为复杂、更为有序的新系统 简单子系统 非线性整合 退化 简单子系统 物质 远离平衡态 结构、功能更为复杂、更为有序的新系统 简单子系统 非线性整合 退化 简单子系统 物质 能量 信息 由于稳定性没有保证，某种被触发的涨落会被放大，而产生新的有序结构。
目 标 （一）2030年实现人口总量零增长。 （二）2040年实现物质､能量消耗速率零增长。 （三）2050年生态环境退化速率零增长。
（四）经济的单向发展模式与循环发展模式 1. 自然生态的循环发展模式 早期 目前 太阳能 植物 氨基酸 微生物 蓝、绿藻 动物 O2 1. 自然生态的循环发展模式 微生物 植物 动物 C, H, O... CO2 太阳能 H2O, NH3, CH4, H2, N2 早期 目前 氨基酸 蓝、绿藻 O2
2. 工业经济的单向发展模式 矿 物 开 采 加 工 生 产 化 石 矿 物 资 源 原 生 矿 物 资 源 铁 ， 铜 消 费 废 物 太 2. 工业经济的单向发展模式 太 阳 原 生 矿 物 资 源 铁 ， 铜 矿 物 开 采 加 工 生 产 消 费 化 石 矿 物 资 源 废 物
可再生能源（太阳能，风能，生物质能等注入） 生态工业循环经济发展模式 化石能源注入 2 加工产品 6 可再生能源（太阳能，风能，生物质能等注入） 5 4 自然资源 １ 初级产品 消 费 7 3 可再生资源 核能（裂变，聚变）注入 8 废 弃 物
4. 与自然生态系统耦合的理想循环经济模式
循环经济与知识经济 社会经济可持续发展 知识经济 循环经济 资源循环利用 信息化 生态化 生态农业 能源优化利用和 可再生能源开发 文 化 产 业 提升传统产业 生态工业 污染源头治理 生态消费 静态产业
构成循环经济的生产生活模式
构成循环经济的三个层次和三个支撑 循环经济型社会构建 生态园区产业链建设的区域层次 生态 法规 清洁生产和静脉 教育 产业的企业层次 和道 德养 成 清洁生产和静脉 产业的企业层次 先进 系统 优化 软科 学 先进 科技 研发
生态工业体系工程开发的基本原则-1 充分研究利用生产中的共生原则 重视技术演变进化原则 研究开发生产过程中代谢过程，延长优化产业链或产业网原则 研究重要元素（S,Cl,C,P…)代谢链，构造元素循环利用原则 物流循环减量化原则 产品灵巧化原则 产业系统柔性构筑原则 低物耗工艺优先原则
生态工业体系工程开发的基本原则-2 低能耗工艺优先原则 可再生能源开发优先原则 生物技术优先开发原则 “原子节约”工艺优先原则 从“摇篮”到“坟墓”全生命周期清洁产品优先原则（清洁原料，催化剂，溶剂产品，副产品。清洁使用，清洁代谢。 区域物流，能流，信息流，资金流…集成优化原则（生态工业园区）
物质生产中的共生原则 H2O 磷矿石 焦炭 电炉炼磷 CO CO+H2 二甲醚 CO2 乙烯 石英石SiO2 矿渣 微晶玻璃砖 水泥添加
资源的充分利用､重复利用､循环 利用的原则（模式-1） 通过功能修复，局部更新，进行产品直接再利用（静脉产业） 轮胎（内燃机）等 翻修和 局部更新 使 用 回 收
资源的充分利用､重复利用､循环利用的原则（模式-2） 主要通过物理加工，进行资源循环利用（铁､铝等金属循环） 纸张 金属冶炼 成型 制造 回收 消费
资源的充分利用､重复利用､循环利用的原则（模式-3） 通过化学反应，进行资源循环利用（氯循环） 四氯 化钛 废渣 钛矿石 精制 氯化 高纯 TiO4 氯(Cl2) TiO2 钛白粉 氯(Cl2) 氧化 氧O2
资源的充分利用､重复利用､循环利用的原则（模式-4） 通过化学加工，进行资源循环利用 烯烃 氟(F) 氟化烃 制冷剂 氯化 氯(Cl) 氯化烃 氟化 氧气 冰箱 氯化氢 （HCl） 部分氧化 氯(Cl) 水
资源的充分利用､重复利用､循环利用的原则（模式-5） 通过化学过程，生物过程，进行资源循环利用（碳循环） 循环是通过生态工业，农业，消费的不同过程组合实现的。 太阳光 为开车 发电 提供能量 淀粉 油 纤维素 煤 石油 燃烧 光合作用 二氧化碳 酒精 生物质油 发酵等
资源的充分利用 重复利用 循环利用（模式-6） 资源的充分利用 重复利用 循环利用（模式-6） 氢元素循环 阳光 光催化裂解 O2 H2O H2 燃料电池 电能 H2 、Ｃ元素的循环利用，实际上也是能量转换过程，将与光——电直接转换过程（光电池）竞争。
技术演变进化原则 —解决白色污染问题 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。 技术演变进化原则 —解决白色污染问题 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。
元素循环利用原则 磷肥产业中硫元素的代谢和循环
产品灵巧化原则 产品工程（Product Eng.）定义 区别 最 易 合 成 的 开 发 用 途 产 品 生 产 产 品 结 构 可 行 性 热 可 行 性 动 消 费 需 求 设 计 力 学 分 析 力 学 分 析 灵 巧 化 学 工 程 开 发 实 验 研 究 品 区别 最 易 合 成 的 开 发 用 途 产 品 生 产 最 佳 性 能 用 途 开 发 灵 巧 产 品 的 产 品 设 计 的 生 产 技 术
灵巧化肥的合成 该技术也可用于灵巧农药，致导型药品制备 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 该技术也可用于灵巧农药，致导型药品制备
产品工程 ——大粒可控缓释化肥制备
综合效益优先原则 CH4催化裂解 CH4 2H2+C (纳米碳管） 6CH4 C6H6+9H2 Fe
综合效益优先原则 —钾肥生产 复分解工艺 传统工艺 N a C l K S O N a S O 蒸发 K C l 结 复 晶 分 分 解 离 综合效益优先原则 —钾肥生产 传统工艺 复分解工艺 K S O 2 4 N a S O 2 4 蒸发 K C l 结 复 晶 分 分 解 离 反 器 应 器 N a C l 食品级
物流循环减量化原则 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 新能源利用（非化石资源）－－减少石油，煤，天然气，煤田气的开采
工业生态中柔性系统原则 例：钢铁厂多功能柔性系统 钢铁产品制造功能 能源转换功能 废弃物处理功能 C－> CO -110.5 KJ/mol，用于矿石还原 CO－> CO2 -283.0 KJ/mol，用于能源转化 热能，电能，氢能，二甲醚等代用燃料 废弃物处理功能 废钢铁回炼 制氧副产液氮用于废轮胎处理 废塑料喷入高炉代油
资源的循环利用中 ——低能耗转化技术优先原则 以 为例 CuCl2(s) + ½ O2 (g) CuO(s) + Cl2 (g) CuO(s) +HCl (g) Cu(OH)Cl (s) Cu(OH)Cl (s) ½ CuO (s) + ½ CuCl2 (s) + ½ H2O 360C CuCl2 200C CuO O2 Cl2 HCl Heating Cooling
双层流化床
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5.5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2.6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2.5吨标准煤/吨液体燃料）
二甲醚在柴油机的消耗情况
能量的优化利用中 ——能量的梯级利用原则 早期的逆流热量交换技术 夹点技术用于大企业的热网络优化系统 ——数百个温度高低不同，物性不同，热流量不同的物流之间稳定的优化的热交换设计 工业锅炉逆流热交换
低能耗工艺优先规则 －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
绝热硝化反应热有效利用与H2SO4循环利用 H2SO4•H2O 苯 闪 蒸 绝热硝化 放热 H2O HNO3 产物 H2SO4 NH3 等温硝化 NO3 (NH4)2SO4 化肥 HNO3 产物 水合 浓H2SO4
天然可再生能源开发优先原则 葡萄糖 燃料酒精 淀粉 木质素 纤维质 半纤维素 木糖 阳光 蛋白 纤维素 水合成 裂解 生物质油 油脂 酸交换法 生物柴油
新能源开发过程： 未来天然气（甲烷）水合物的 开发与CO2存贮 电能输出 CH4+2O2 CO2+2H2O+ 电站 浅海 CH4 岩层 水合物层 CO2 天然气层
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
环境源头治理 —清洁生产工艺与绿色化学工程 一、使用无毒害原料、溶剂和催化剂的新工艺过程 采用绿色原料 代替光气（COCl2）为原料制备 异氰酸酯，碳酸二甲酸，聚碳酸酯等 代替氢氰酸为原料制备 甲基丙烯酸，叔丁胺，氨基二乙酸钠，丙烯腈等 采用绿色催化剂与工艺 采用分子筛、固体酸为催化剂代替HF，H2SO4 ，H3PO5，BF3，AlCl3 等污染催化剂 采用绿色溶剂 采用环戊烷，戊烷为发泡剂 采用己烷油，碳酸二甲酯，N－甲基吡啶烷酮为萃取剂 采用超临界CO2 ，H2O为溶剂进行合成、聚合，氧化反应或造粒、包涂
环境源头治理 —清洁生产工艺 二、环境友好产品的生产 三、提高反应产品的专一性，反应的选择性和收率 四、“原子节约”反应工艺路线的开发 将废弃物生物质转化为动物饲料、燃料等 （获美国总统绿色化学挑战奖， Texas A&M 学院Holtzappll 教授） 生物降解塑料,清洁燃油技术，生物柴油制备 三、提高反应产品的专一性，反应的选择性和收率 利用催化剂晶格氧进行烃类氧化反应，新催化剂（如钛硅分子筛）的利用等 四、“原子节约”反应工艺路线的开发 异丙苯氧化法生产苯酚、丙酮等 五、生化合成过程
“原子节约”工艺优先原则 原子节约反应路径： 以合成环氧丙烷为例(原子利用率) 氯醇法(28.4%) CH3CH=CH2 + Cl2 -> 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 + ½ O2 -> CH3-CH-CH2 O CH3-CH-CH2 O CH3-CH-CH2 O
美国“总统绿色化学挑战奖” 一、更新合成路线奖 1996 Monsanto公司 不HCN为原料，生产氨基二乙酸纳－除草剂 1997 BASF与Hoechst合营公司 消炎药（ibuprofen）新工艺，原子利用率从40％－>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 2001 Bayer和Bayer AG公司 可生物讲解的螯合剂－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
二、改进溶剂和反应条件奖 1996 Dow化学公司 用CO2代替FeCl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Dryview技术，不需化学显影，定影 1998 阿员国家实验室 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 2001 NOVOzymes 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％
三、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 Agrosciences LLC（Dow Chem. CO子公司） 开发Spinosad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 Agrosciences 开发除hexaflum的白蚁诱饵，一直昆虫角质素合成，使其在脱皮时死亡，为低害沙虫剂 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
四、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 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
五、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
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 开发了不可逆的酶酶消化的酯转化反应，用药品生产 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
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
生态工业园区 （ECO－industrial Park） Kalundborg EIP组成
Kalundborg EIP效果 减少资源消耗： 减少污染： 废物再利用： 煤：15，000吨/年 水：600，000 m3 /年 石油：45，000吨/年 煤：15，000吨/年 水：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
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
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 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 ～40％转化为电能，其余大部分转化为蒸汽 蒸汽消耗 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
粘合技术开发优先原则 石膏板厂 磷石膏分解技术 磷肥厂的矿石浸出 含高硫粉煤 磷矿石 磷 肥 硫酸 硫酸厂 水泥厂 水泥 磷石膏生成 CaO SO2 磷矿石 磷 肥 硫酸 硫酸厂 水泥厂 水泥
纯碱－有机硅－尿素耦合工艺 H2O Na2CO3 碳化 氨盐水吸收 NaCl NH4Cl(副产物） CO2 Ca(OH)2 NH3 CaCl2 (废物) 后处理 Si NH3 Cl2—Si—Cl2 CH3 有机硅 生产 分解炉 CH3Cl CH3OH 合成尿素 NH3
推动循环经济发展的政策 —以政府为主导，同时兼顾市场规律 自然资源﹑环境有偿使用立法：环境指标资源化 资源开采﹑利用立法：合理开采，资源保护，生态修复… 资源回收立法：废弃物分类，商业回收，鼓励租赁，静脉产业扶持，废物再利用 污染防止立法 ：环境保护，工业排污处理，旧产品﹑旧工艺﹑旧工厂淘汰
推动循环经济发展的政策 —以政府为主导，同时兼顾市场规律 生态消费立法：过度包装﹑垃圾分类﹑以旧换新﹑生态人居 生态教育立法：生态道德﹑保护环境﹑浪费豪华可耻﹑参与回收 生态研究开发立法：研究基金产业化基金风险基金 生态奖励立法：清洁生产研究成果使用﹑推广奖励
小 结 生态工业为综合解决“能源浪费”，“资源短缺”，“环境污染”等问题提供新的发展模式 小 结 生态工业为综合解决“能源浪费”，“资源短缺”，“环境污染”等问题提供新的发展模式 进行基础研究，引入化学、物理、生物等基础研究最新成果用于指导技术进步 进行实用清洁生产技术的研究，包括新工艺，新工程方法及新设备的研究 扩大化学工程技术的应用领域，在过程工业范围内组织生态工业园区，软科学研究 通过“粘合”技术的优先开发，逐步形成产业链，产业网，达到循环工业经济最终目的
结束语 工业生态学出现仅十多年，十分年轻，有待于完善 “…工业生态系统的概念与生物生态系统的概念之间的类比不一定完美无缺，但如果工业体系模仿生物界运行规则，人类将受益无穷…” 循环经济的技术基础有赖生态工业技术的发展，对发展中国家是一个良好的机遇。 循环经济为人类社会可持续发展提出了一种新的生产模式和生活模式。
参考资料 金涌､李有润､冯久田，《生态工业：原理与应用》， 清华大学出版社，2003.7 解振华，《生态工业理论与实践》，中国环境科学出版社，北京，2002