中国电石法PVC工业共生网络模型案例分析与比较

摘要:由于电石法生产PVC树脂(Polyvinyl chloride)的能源和资源消耗量大,并产生大量具有较大危害的废弃物,带来资源、环境和生态问题,所以中国很多电石法PVC企业寻求与其它企业进行副产品和废弃物的交换利用,形成工业共生网络,以解决资源、环境和生态问题。本文结合工业共生网络在中国电石法PVC树脂工业中的应用实践,构建了中国电石法PVC树脂工业四种工业共生网络模型:主导型、平等型、混合型和虚拟型,分析与比较了各自模型的主要特点、优缺点、适用性、资源节约、副产物利用、废弃物处理等,并提出了这四种模型的适用范围和发展方向。

Abstract: As large quantities of energy and resources need to be consumed to produce Polyvinyl chloride (PVC) resin by calcium carbide process (CCP) whose process produces many hazardous waste, which will also cause resources, environment and ecological problems, so many calcium carbide process PVC(CCP-PVC) resin plants in China exchange their by-products and waste with other plants to form an industrial symbiosis network(ISN) to resolve those problems. With the research of practical application of ISN in CCP-PVC resin industry of China, four types of ISN models of CCP-PVC resin industry in China are constructed which are core companies oriented, equaling oriented, mixed oriented and virtual oriented model. Main features, advantages and disadvantages, applicability, resource conservation, by-product reusing, waste disposal of these four types’ models are analyzed and compared, and their appliance scopes and development directions are also proposed.

关键词:案例分析与比较;电石法PVC树脂;工业共生;共生网络模型

Key words: cases analysis and comparison;calcium carbide process PVC resin;industrial symbiosis;symbiosis network model

中图分类号:TQ325 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)23-0010-03

0引言

PVC树脂是世界第二大通用树脂,中国是全球PVC树脂的第一大生产国,也是消费量最大的国家。2008年,中国PVC树脂总产量为881.7万吨[1],其中电石法产量约占75%。电石法消耗大量的原盐、电石、鲜水、汞触媒和电力,并产生大量盐泥、电石渣、含汞废水等具有较大危害的废弃物。盐泥的任意堆放和投弃,会污染土壤和水体,对环境造成严重污染;电石渣是电石水解反应的副产品,含有大量的Ca(OH)2,具有很强的碱性,并含有较高的硫化物,对土壤、水质的破坏很大;含汞废水的排放对人类和环境都会造成很大的危害。如何解决电石法PVC树脂工业带来的资源、环境和生态问题,成为各国学术界和企业界需要解决的重大问题。

面对电石法PVC工业带来的资源、环境和生态问题,中国企业采用各种各样的方式实施循环经济,很多电石法PVC企业寻求与其它企业进行副产物和废弃物的交换利用,形成工业共生网络,试图降低能源的消耗,提高资源的利用效率,提高固体废弃物、废水和废气的循环使用。

工业共生网络是工业企业模仿生态学,在企业之间直接进行副产品和废弃物的交换与利用而形成的互利关系,目的是为了提高经济效益、环境效益和社会效益。目前工业共生网络模型主要有主导型、平等型、混合型和虚拟型四种。

1中国电石法PVC工业共生网络模型案例分析

1.1 主导型工业共生网络案例分析主导型工业共生网络是最基本和最为广泛存在的一种模型。这种工业共生网络以一家大型企业为核心,许多中小型企业分别围绕这个核心企业进行运作,从而形成工业共生网络。在电石法PVC工业中,这种模型主要表现以电石法PVC企业为核心企业,带动相关企业的发展。

例如河北某电石法PVC化工园区以每年30万吨烧碱和30万吨电石法PVC树脂的工厂为核心,配备小型火力发电厂、次氯酸厂、污水处理厂、有机氯厂和水泥厂。在图1中的电石法PVC工业共生网络中:①火电厂的蒸汽用于电石法PVC企业的烧碱干燥和VCM聚合工艺;②副产物液氯用于有机氯产品的生产;③废弃物电石渣和盐泥用于制水泥;④氯水用于制备次氯酸。

中国大多数中小型电石法PVC企业受资金、资源等的约束,在实施循环经济过程中,逐步形成了主导型工业共生网络模型。这种模型主要是以电石法PVC企业为核心,附属企业综合利用盐泥、电石渣、液氯等副产物和废弃物而形成的工业共生网络。并且在这种模型里,电石法PVC企业没有以其它企业的副产品或废弃物为原料,但是附属企业对电石法PVC企业依赖性非常强,易受电石法PVC企业的影响。

1.2 平等型工业共生网络案例分析平等型工业共生网络是指网络上各个结点企业处于对等的地位,通过各结点之间(物质、信息、资金和人才)的相互交流,而形成工业共生网络,整个网络通过自我调节以维持各组织的运行[2]。在这种模型里,电石法PVC树脂企业与各种资源开采企业处于平等的地位。

例如,中国安徽省资源丰富,其中煤炭储藏量居中国第七位;石灰岩保有储量居中国第二位;安徽省东兴盐矿是华东地区最大的盐矿之一,拥有储量17.58亿吨。这为安徽省发展盐化工、电石法PVC产业提供了必要的资源条件[3]。安徽省淮北矿业公司规划建设100万吨PVC项目,利用安徽省丰富价廉的煤、石灰石和岩盐资源,发展盐化工联产PVC(图2),并用电石渣制取高标号的水泥,使煤资源和石灰石资源得到充分的利用。

在电石法PVC平等型工业共生网络模型中,①电石法PVC厂使用热电厂的副产物蒸汽;②废弃物电石渣用于水泥的生产。由于淮北地区拥有丰富的自然资源,电石法PVC企业可以选择与不同的资源开采类企业进行合作,而资源开采类企业也可以把资源出售给其它企业。因此在网络上的五个主要的企业,它们处于平等的地位,互相依赖。

在中国电石法PVC树脂工业中,这么模式并不常见,一般是资源类企业发展电石PVC工业的过渡阶段。

1.3 混合型工业共生网络案例分析电石法PVC工业主导型和平等型工业共生网络是两种极端形式,前者过于依赖于某一企业,而后者过于松散,它们无法成为主要的工业共生网络。混合型工业共生网络介于主导型和平等型之间。电石法PVC工业混合型共生网络拥有主导型和平等型两种模型的特点,网络上既有主导的核心企业,也存在多个企业之间的平等合作。

例如,中平能化集团是中国国有特大型集团,拥有平煤股份和神马实业两家上市公司。中平能化集团依托河南省平顶山地区的区位优势和丰富的煤、岩盐、水等资源优势[4],发展煤、盐、化工产业,实现煤炭采选、尼龙化工、煤焦化工、煤盐化工、煤电五大支柱产业群和现代物流、高新技术、建工建材、机电装备四个辅助产业群协同发展[5]。其中与电石法PVC工业相关的共生网络见图3,电石法PVC厂主要生产PVC树脂,副产品烧碱、氢气、氯气,并产生电石渣、电石炉尾气;煤炭开采厂、盐卤开采厂和石灰石开采厂分别为该电石法PVC工业提供煤炭、卤水和石灰石等原材料。

图3中的工业共生关系有:①电石法PVC厂电石炉产生的尾气用作热电厂的锅炉燃料;②电石法PVC厂使用热电厂提供的蒸汽,节约了能源;③有机氯厂利用副产物液氯料生产高附加值的有机氯产品;④尼龙厂把副产物氢气作为主要原材料,大力发展尼龙产业;⑤保险粉厂利用煤化工产生的副产物硫磺,并利用电石法PVC厂的副产物烧碱,生产保险粉;⑥电石渣和粉煤灰被水泥厂有效利用。

在图3模型中,电石法PVC厂与煤化工厂、资源开采厂处于核心地位,并且各自都延伸出附属企业,因此该模型为混合型工业共生网络。在中国,这种模式比较常见。这种类型的企业集中在河南、内蒙古、新疆等煤炭、石灰石和盐矿丰富的地区。

1.4 虚拟型工业共生网络案例分析虚拟型工业共生网络突破了传统的固定地理界限和具体的实物交流,借助于现代信息技术手段,用信息流建立工业共生网络上企业的开放式动态联盟,组建和运营的动力来自多样化、柔性化的市场需求,以市场价值的实现作为目标。电石法PVC工业虚拟型工业共生网络主要表现在电石法PVC企业与跨区域的企业进行副产物和废弃物的交换使用。例如甘肃白银市处于中国西北地区,于2008年被列入中国首批典型资源枯竭转型城市。由于矿产资源逐渐减少,城市转型是白银市面临的重大问题。白银市规划以建设十万吨TDI和十万吨电石法PVC为核心,发展精细化工,推动银光公司和聚银公司实现转型[6]。

在工业共生网络(图4)中,北方三泰化工规划建设20万t/a烧碱、24万t/a的PVC项目,主要产品为PVC树脂,副产物氢气、氯气和烧碱;银光聚银公司主要产品为TDI(甲苯二异氰酸酯),副产物氯化氢和含氯化氢尾气;甘肃稀土集团主要提取稀土,产生氯化铵残液;以上企业均位于中科院白银高技术产业园。兰州石化为银光聚银公司提高甲苯,公司位于兰州市;靖远煤业位于平川市;靖远电厂为电石法PVC工业提供电力和蒸汽,位于靖远市[7]。

工业共生关系有:①银光聚银公司利用北方三泰化工副产物H2与兰州石化的副产物甲苯进行氢化反应,生成甲苯二胺;②银光聚银公司利用北方三泰化工副产物Cl2与来自焦化厂的副产物CO生成光气,然后利用光气与甲苯二胺生产甲苯二异氰酸酯(TDI);③北方三泰化工利用银光聚银公司的副产物氯化氢与VCM单体生成PVC树脂;④甘肃稀土集团利用北方三泰化工的副产物烧碱和银光聚银公司的副产物氯化氢进行稀土工业的生产;⑤北方三泰化工利用银光聚银公司的尾气和自身的副产物烧碱生成NaCl,生成NaCl可以在北方三泰化工电解单元反复使用,节约了原盐的使用;⑥水泥厂利用电石渣和盐泥生成水泥。

虚拟型工业共生网络模型实现了兰州市、中科院白银高技术产业园、靖远市和平川区四个区域的甲苯、一氧化碳、氢气、氯化氢、蒸汽等副产物和氯化氢尾气、电石渣、氯化铵等废弃物的交换使用,形成一个跨四个区域的虚拟共生网络。

2中国电石法PVC工业共生网络模型案例比较

对上述主导型、平等型、混合型和虚拟型工业共生网络模型的主要特点、优缺点、适用性、资源节约、副产物利用、废弃物处理等方面进行比较见表1。

从表1中可以看出主导型、平等型、混合型和虚拟型四种共生网络模型都利用了电厂的副产物热蒸汽,有效的节约了原煤资源,并且这四种模型都对盐泥和电石渣进行了妥当处理,减少了废弃物的堆放和填埋处理。对于副产品氢气和氯气的处理方面,河北某电石法PVC企业发展小规模的有机氯产品;中平能化集团主要用氢气大规模发展尼龙业,并用氯气发展大规模有机氯产品;白银地区利用氢气和氯气发展TDI产品,实现氢气和氯气的循环使用。因此,可以看出这四种模型在资源节约、副产物利用、废弃物处理方面都取得了较好的效果,产生了经济效益、社会效益和环境效益。

这四种模型的适用范围不一样。主导型主要是中小型电石法PVC企业实施循环经济的“无奈”选择,这是因为它们没有煤、原盐、电石等资源的开采权,并且没有足够的资金进行液氯精细化工产品的拓展,形成的共生网络很大程度上是为了满足政府和公众对环境保护的要求。淮北矿业电石法PVC工业和中平能化电石法PVC工业相比可以看出,淮北矿业电石法PVC工业处于起步阶段,共生关系数量不多,在未来的发展中,需要向混合型工业共生网络模型发展。中国很多电石法PVC企业严重依赖煤、原盐和石灰石资源,特别是西北地区电石法PVC企业,如新疆天业集团、宁夏英力特等,当资源枯竭时,就会面临甘肃白银地区工业与城市转型的问题。为了避免这样的问题,中国企业应该继续对电石法PVC工业的发展进行深入研究,构建新的共生网络,从而提高资源利用率,减少废弃物的产生和排放。

3未来研究

电石法工业共生网络模型的共生效益的定量分析和工业共生网络企业的选择问题是未来的重要研究课题。本文讨论了电石法工业共生网络模型利用副产物和废弃物的各种途径,没有从定量的角度对四种模型产生的经济、社会和环境效益进行比较;另外,电石法PVC树脂工业产生的副产物和废弃物利用的途径有很多种,这使得企业拥有选择不同类型的共生网络企业的权力,因此如何选择共生网络企业也将成为未来的另一个研究课题。

参考文献:

[1]江苏氯碱工业协会专家委员会调研组.电石法与乙烯法PVC生产方式在山东及江苏地区发展前景探讨[J].江苏氯碱,2009,(4):15.

[2]赵涛,徐凤君.循环经济概论[M].天津,天津大学出版社,2008:119-125.

[3]安徽省科技咨询中心.淮北矿业(集团)有限责任公司100万t/a PVC及其配套工程环境影响报告书简写本,2006.

[4]周贤国,刘向阳.煤盐联合发展氯碱循环经济[J].氯碱工业,2007,(7):6-8.

[5]任连保,周贤国,马欢,侯欲晓.氯碱企业构建循环经济发展模式的探讨[J].氯碱工业,2006,(7):7-10.

[6]魏秀鸿.白银市发展循环经济的实践与探索[J].中国经贸导刊,2006,(24):31-32.

[7]苏发东,田正义.白银地区以氯碱为基础发展循环经济的规划[J].氯碱工业,2009,45(1):1-4.