運用生命周期評價(jià)分析精細水煤漿的環(huán)境效應

煤炭加工與綜合利用No.3.2008COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTTLLZATION運用生命周期評價(jià)分析精細水煤漿的環(huán)境效應劉姍姍,許晶,付曉恒(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京100083)摘要:釆用生命周期評價(jià)( Life Cycle Assessment,LCA)方法,結合 SimaPro評價(jià)軟件,對精細水煤漿和柴油的制備及燃燒整個(gè)生命周期對環(huán)境的影響進(jìn)行評價(jià),評價(jià)過(guò)程包括特征化、損害評價(jià)、標準化、加權評估四步驟;結果表明,特征化分析精細水煤漿部分階段相對柴油生命周期階段更具環(huán)境危害,但最終加權評估分析得出柴油系統比精細水煤漿系統對生態(tài)環(huán)境的危害更為嚴重。關(guān)鍵詞:精細水煤漿;生命周期評價(jià);柴油; SimaPro軟件;環(huán)境效應中圖分類(lèi)號:X32文獻標識碼:A文章編號:10058397(2008)034004104煤炭等化石燃料的使用對環(huán)境造成的影響日硬沉淀),熱值在14563kJ/kg以上,濃度可達到益嚴重,這是公眾和政府非常關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之50%~55%。精細水煤漿作為一種新型煤代油。日益加劇的環(huán)境污染促使人們開(kāi)始考慮能源·燃料,具有可觀(guān)的經(jīng)濟效益。用超凈煤制備的精安全問(wèn)題,從擔憂(yōu)能源枯竭更多地轉向對能源清細水煤漿可替代輕質(zhì)柴油,對我國的經(jīng)濟建設和潔性和經(jīng)濟性的憂(yōu)慮。為此世界各國都加大力度國防建設具有重大的戰略意義。精細水煤漿作為推廣潔凈煤技術(shù)來(lái)解決煤炭污染問(wèn)題。我國的能一種代替柴油的新產(chǎn)品,為了討論這種新型燃料源特征是“富煤、少油”,因此以煤炭為主的能生命周期各階段對環(huán)境影響的程度,本文采用生源結構在今后相當長(cháng)的時(shí)間內不會(huì )改變。注重能命周期評價(jià)法進(jìn)行分析源資源的節約,提高能源利用效率,同時(shí)尋找石生命周期評價(jià)是一種對產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝以及油的替代品對于我國經(jīng)濟很有吸引力,另外,研活動(dòng)對環(huán)境的壓力進(jìn)行評價(jià)的客觀(guān)過(guò)程。它通過(guò)究如何使煤炭資源燃燒效率達到最優(yōu)化并且使其對能量和物質(zhì)利用以及廢物排放進(jìn)行辨識和量對大氣的污染降至最低也是非常重要的。作為世化,來(lái)評估能量和物質(zhì)利用以及廢物排放對環(huán)境界第一產(chǎn)煤大國,發(fā)展潔凈煤技術(shù),開(kāi)展代油技的影響,尋求改善環(huán)境的機會(huì )以及如何利用這種術(shù)研究,對于我國的經(jīng)濟建設、能源安全和環(huán)境機會(huì )。這種評價(jià)貫穿于產(chǎn)品、工藝和活動(dòng)的整個(gè)保護具有重要意義生命周期,包括原材料提取與加工;產(chǎn)品制造、精細水煤漿技術(shù)為發(fā)展以煤代油、實(shí)現煤的運輸以及銷(xiāo)售;產(chǎn)品的使用、再利用和維護;廢清潔燃燒提供了新的技術(shù)平臺。精細水煤漿是常物循環(huán)和最終廢物棄置。生命周期評價(jià)是面向產(chǎn)規水煤漿的延伸,在水煤漿家族中占較高的地品系統的環(huán)境管理的重要支持工具,目前已被政位,是水煤漿中的精品,具有像普通水煤漿一樣府、企業(yè)廣泛應用{2的流動(dòng)性、穩定性和可霧化性。這種水煤漿要求目前,在國內應用生命周期評價(jià)來(lái)分析化石制漿煤粒度特細(<10μm),灰分特別低(1%~燃料的研究較少,尤其是在煤炭行業(yè)用來(lái)分析煤2%,有些煤種<1%),其穩定性高(≥1個(gè)月無(wú)炭加工制品的環(huán)境效應并與石油加工制品環(huán)境效應進(jìn)行比較的研究更為缺乏。精細水煤漿作為一種產(chǎn)旦敕個(gè)生田邯過(guò)積包括原煤開(kāi)采、普收稿日期:2008402-1通中國煤化工作者簡(jiǎn)介:劉賠姍(1983-),女,河北保定人,中國礦業(yè)及其在柴油機中大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院2005在讀碩士研究生,研究CNMHG方向:潔凈煤技術(shù),電話(huà):010-5173343SETAC(環(huán)境毒物學(xué)與化學(xué)學(xué)會(huì ))將生命周期煤炭加工與綜合利用2008年第3期介的基本結構歸納為四個(gè)有機聯(lián)系的部分3:開(kāi)釆數據來(lái)源于山東省棗莊礦業(yè)集團公司田陳煤定義目的與確定范圍( Goal and Scope Definition)、礦,石油開(kāi)采數據來(lái)源于中石化勝利油田分公司清單分析( Inventory Analysis)、影響評價(jià)( Impact孤東采油廠(chǎng);另外部分數據和資料來(lái)自于中國環(huán)Assessment)、結果解釋( Interpretation)。筆者按境年鑒20046和中國能源年鑒20047,精細水照這四個(gè)基本結構對精細水煤漿生命周期過(guò)程的煤漿的制備與燃燒數據主要來(lái)自于中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境效應進(jìn)行了分析,并且為了從環(huán)境角度討論(北京)國家重點(diǎn)實(shí)驗室燃燒室的反復測量和研究精細水煤漿以煤代油的可行性,進(jìn)一步與傳統的結果柴油進(jìn)行對比分析。對精細水煤漿和柴油進(jìn)行生命周期評價(jià)采用 SimaPro50軟件,這是目前應3生命周期影響評價(jià)用最廣泛的生命周期評價(jià)軟件之一,該軟件由荷生命周期影響評價(jià)是根據清單分析過(guò)程所列蘭 Leiden大學(xué)環(huán)境科學(xué)中心(CML)開(kāi)發(fā)與發(fā)展,出的要素對環(huán)境影響進(jìn)行定性和定量的分析。本提供了多個(gè)清單數據庫和多種重要的影響評價(jià)方次分析采用了 SimaPro軟件中提供的Eeo法。其目的主要在于簡(jiǎn)化流程及圖標,并量化數 Indicator9g影響評價(jià)模型。該模型是一種全新的據,可以輔助生命周期評價(jià)人員收集、分析和評評價(jià)方法,取得了一系列理論和方法上的突破估產(chǎn)品的環(huán)境信息可獲得材料的單一評價(jià)數值;分為特征化、損害1精細水煤漿生命周期評價(jià)目的與范圍評價(jià)、標準化、加權評估四步驟,如圖2所示。精細水煤漿生命周期評價(jià)的目的是通過(guò)分析生命烤濟類(lèi)環(huán)境影的類(lèi)損巴響潛下 Ecolndicato精細水煤漿不同生命周期階段的資源消耗及其環(huán)特征化損害評價(jià)標準化加權評佔境排放影響,辨識精細水煤漿生產(chǎn)過(guò)程中不同生圖2Eco- indicator99影響評價(jià)模型命周期階段對環(huán)境影響的相對大小,找出影響環(huán)1特征化境狀況的主要階段,從而提供改進(jìn)生產(chǎn)工藝、進(jìn)行綠色清潔生產(chǎn)的機會(huì )與途徑;另外,將這種新特征化即屬于同一影響類(lèi)的物質(zhì)乘以其相應型燃料與傳統的柴油進(jìn)行比較。評價(jià)范圍包括以的特征因子,特征因子表示不同物質(zhì)的相對貢獻下幾個(gè)過(guò)程:原煤的開(kāi)采;石油的開(kāi)采;普通潔大小,Eco- Indicator99模型中將環(huán)境因子分為凈煤的制備;精細水煤漿的制備;柴油的制備;l1類(lèi)(見(jiàn)圖3),分別為放射性污染物、大氣有機精細水煤漿的燃燒;柴油的燃燒;尾煤的產(chǎn)生及污染/大氣無(wú)機污染、致癌物、氣候變化、臭氧燃燒。兩種燃料生命周期流程對比如圖1所示。層破壞、酸化、土地利用影響、水體富營(yíng)養化、生態(tài)毒性、礦產(chǎn)資源耗竭及化石燃料耗竭。楮細水煤漿從圖3中可以看出,在11類(lèi)環(huán)境影響因素原煤開(kāi)采原油開(kāi)采中,柴油制備及燃燒各階段所產(chǎn)生的致癌物和大普通精煤分選柴油生產(chǎn)氣無(wú)機污染物比精細水煤漿制備及燃燒各階段的精細水煤漿生影響潛力大,其它9類(lèi)環(huán)境影響因素中均是精細水煤漿制備及燃燒各階段的環(huán)境影響潛力較大。精細水媒漿的使用」柴油使用另外,圖中柴油制備及燃燒過(guò)程對放射性污染、IMJ能量臭氧層破壞以及土地利用影響為零,這是清單分圖1兩種燃料生命周期各階段對比析數據缺失所導致的。由于柴油制備及燃燒過(guò)程2生命周期清單分析也比較復雜,除燃燒階段數據為試驗結果,數據質(zhì)量較高外,其它數據主要來(lái)源于政府報告。目生命期清單分析是定性惜述系內外物質(zhì)前了中國爆化工等價(jià)也產(chǎn)生了很品生產(chǎn)過(guò)流和能量流的方法。由于 Simapro軟件簡(jiǎn)化了清單分析的具體過(guò)程,這一部分的關(guān)鍵工作是收大CNMHG階段的數據也來(lái)集生命周期各階段相關(guān)數據。本次分析所需煤炭源于政府報告,存在數據缺失問(wèn)題,所以對于放2008年第3期劉姍姍,等:運用生命周期評價(jià)分析精細水煤漿的環(huán)境效應射性污染、臭氧層破壞以及土地利用影響,其更后用,有些行業(yè)已經(jīng)有了自己的數據庫;國內相多的數據是來(lái)自實(shí)驗室,即精細水煤漿的制備階對來(lái)說(shuō),數據收集困難,還沒(méi)有哪個(gè)行業(yè)具備自段與燃燒階介段的數據。國外一些大型企業(yè)早已經(jīng)己的數據庫,這也給生命周期評價(jià)帶來(lái)了很大困開(kāi)始對數據進(jìn)行收集,整理自己的數據庫,以備難,影響其發(fā)展三寶三致癌物大氣有大氣無(wú)氣候放射性臭氧層生態(tài)酸化土地利礦產(chǎn)資化石兒污染機污染變化污染物破壞毒性用影響源耗竭燃料怒柴油燃燒日精細水煤漿燃燒圖3柴油與精細水煤漿各階段特征化對比圖3.2損害評價(jià)經(jīng)過(guò)對“環(huán)境”的可能定義進(jìn)行了大量研究之后,產(chǎn)品生態(tài)學(xué)咨詢(xún)組織把它定義為:一組受人類(lèi)活動(dòng)影響的生物學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)方面的參數,反映了人類(lèi)和自然界功能的健康狀況。這些狀況包括人類(lèi)健康、生態(tài)系統健康和資源的存儲和供應情況根據這樣的定義,自然環(huán)境需要在三個(gè)方面進(jìn)行保護:人類(lèi)健康、生態(tài)系統健康和資源儲藏。因此,Eco- Indicator99方法中,把1l種環(huán)境影響類(lèi)別特征化為三類(lèi)損害:人類(lèi)健康損害人類(lèi)健康擬害生態(tài)系統損書(shū)資源損害生態(tài)系統損害和資源損害,即對特征化計算所得囚柴油燃燒日精細水煤漿燃燒的影響分類(lèi)指標結果按照損害分類(lèi)進(jìn)行疊加,柴圖4柴油與精細水煤漿各階段損害評價(jià)對比圖油與精細水煤漿各階段對環(huán)境的損害評價(jià)如圖4所示。由圖4可知,柴油生命周期階段對人類(lèi)健按照生態(tài)指數法的方法體系,將資源消耗和康的影響比精細水媒漿大,而在生態(tài)系統質(zhì)量損能源消耗歸類(lèi)為資源損害;溫室效應歸類(lèi)為人類(lèi)害和資源損害方面精細水煤漿的影響比柴油大。健康損害;環(huán)境酸化、富營(yíng)養化和土地占用與破3.3標準化與加權評估壞歸類(lèi)為生態(tài)系統損害。然后,對3類(lèi)環(huán)境影響將特征化計算所得的影響分類(lèi)指標結果按照進(jìn)行標準化和加權求和歸一化處理,確定研究對損害分類(lèi)進(jìn)行疊加后,精細水煤漿和柴油各有優(yōu)象的整體環(huán)境協(xié)調性,即生態(tài)指數。該指數越劣。根據各環(huán)境影響的不同權重對各影響指標進(jìn)大響越嚴雷.生太指數方法中人類(lèi)行標準化和加權評估。標準化后,人體健康、生中國煤化工的標準化因子分態(tài)系統和資源三方面的損害水平都通過(guò)軟件換算CNMHGX10-,對應的為無(wú)量綱的影響潛在值。權重因子為400、400、200。標準化基準和損害煤炭加工與綜合利用2008年第3期權值均采用 SimaPro軟件中的缺省值。標準化后,生命周期過(guò)程對環(huán)境的影響較大,其它方面精細柴油與精細水煤漿各階段的潛在值見(jiàn)圖5。水煤漿生命周期階段均比柴油生命周期過(guò)程對環(huán)境的影響潛值大。部分原因是由于柴油制備階段為統計數據,部分數據缺失,影響評價(jià)結果,如導致其對放射性污染、臭氧層破壞以及土地利用影響為零。另外也說(shuō)明精細水煤漿的工藝復雜,其深度加工不利于環(huán)境保護。但最終權重結果表明精細水煤漿相對于柴油整個(gè)生命周期具有較小的環(huán)境負荷。其原因是在各種環(huán)境效應中,致癌物和大氣污染物具有較大的權重因子,尤其是致癌物對人體健康影響較大。0004900028058400702兩種燃料整個(gè)生命周期過(guò)程對人類(lèi)健康影響人類(lèi)健康扳吉生態(tài)系統損害資源損害閃柴油燃燒日精細水煤漿燃燒相對較大,而對生態(tài)系統質(zhì)量損害和資源損害影圖5柴油與精細水煤漿各階段標準化對比圖響相對較小。這反映出隨著(zhù)人們對化石燃料的加工制造,其對人類(lèi)健康影響隨之增強,因此,人從圖5可以看出,兩種燃料整個(gè)生命周期對類(lèi)應從源頭減少污染物排放,對于外排污染物要人類(lèi)健康影響較大,而對其它兩方面影響較小做好回收利用處理,以降低對人類(lèi)健康的影響?？傮w來(lái)看,加權分析后柴油生產(chǎn)過(guò)程對環(huán)境的影生命周期評價(jià)是一種有效評價(jià)產(chǎn)品環(huán)境性能響大于精細水煤漿。的工具,但該方法也有其局限性,如從局部看圖6所示為兩種不同燃料對三類(lèi)環(huán)境影響的燃用精細水煤漿的優(yōu)點(diǎn)在于,NO,的排放量遠低權重值大小,如對人類(lèi)健康影響,柴油生產(chǎn)及燃于柴油,其SO2的排放量遠低于燃煤(因為超凈燒過(guò)程為507,精細水煤漿制備及燃燒過(guò)程為煤分選時(shí)對黃鐵礦有很高的脫除效率)。我國是237?？偟膩?lái)說(shuō),柴油制備及燃燒階段比精細水個(gè)富煤貧油的國家,開(kāi)發(fā)潔凈的煤代油技術(shù)煤漿制備及燃燒階段對環(huán)境的權重值大,即具有把煤炭制備成漿體燃料,減輕燃燒散煤對環(huán)境的更大的環(huán)境影響。污染,并達到替代柴油的目的,這一重要性在生命周期評價(jià)中是無(wú)法反映出來(lái)的。參考文獻:[]付曉恒,王祖訥, 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