煤炭加工與綜合利用No.3.2008COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTTLLZATION運用生命周期評價分析精細(xì)水煤漿的環(huán)境效應(yīng)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( Life Cycle Assessment,LCA)方法,結(jié)合 SimaPro評價軟件,對精細(xì)水煤漿和柴油的制備及燃燒整個生命周期對環(huán)境的影響進(jìn)行評價,評價過程包括特征化、損害評價、標(biāo)準(zhǔn)化、加權(quán)評估四步驟;結(jié)果表明,特征化分析精細(xì)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(quán)評估分析得出柴油系統(tǒng)比精細(xì)水煤漿系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境的危害更為嚴(yán)重。關(guān)鍵詞:精細(xì)水煤漿;生命周期評價;柴油; SimaPro軟件;環(huán)境效應(yīng)中圖分類號:X32文獻(xiàn)標(biāo)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(dá)到益嚴(yán)重,這是公眾和政府非常關(guān)注的環(huán)境問題之50%~55%。精細(xì)水煤漿作為一種新型煤代油。日益加劇的環(huán)境污染促使人們開始考慮能源·燃料,具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。用超凈煤制備的精安全問題,從擔(dān)憂能源枯竭更多地轉(zhuǎn)向?qū)δ茉辞寮?xì)水煤漿可替代輕質(zhì)柴油,對我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和潔性和經(jīng)濟(jì)性的憂慮。為此世界各國都加大力度國防建設(shè)具有重大的戰(zhàn)略意義。精細(xì)水煤漿作為推廣潔凈煤技術(shù)來解決煤炭污染問題。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(jié)構(gòu)在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)不會改變。注重能命周期評價法進(jìn)行分析源資源的節(jié)約,提高能源利用效率,同時尋找石生命周期評價是一種對產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝以及油的替代品對于我國經(jīng)濟(jì)很有吸引力,另外,研活動對環(huán)境的壓力進(jìn)行評價的客觀過程。它通過究如何使煤炭資源燃燒效率達(dá)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?jié)崈裘杭夹g(shù),開展代油技的影響,尋求改善環(huán)境的機(jī)會以及如何利用這種術(shù)研究,對于我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、能源安全和環(huán)境機(jī)會。這種評價貫穿于產(chǎn)品、工藝和活動的整個保護(hù)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(xì)水煤漿技術(shù)為發(fā)展以煤代油、實現(xiàn)煤的運輸以及銷售;產(chǎn)品的使用、再利用和維護(hù);廢清潔燃燒提供了新的技術(shù)平臺。精細(xì)水煤漿是常物循環(huán)和最終廢物棄置。生命周期評價是面向產(chǎn)規(guī)水煤漿的延伸,在水煤漿家族中占較高的地品系統(tǒng)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(yīng)用{2的流動性、穩(wěn)定性和可霧化性。這種水煤漿要求目前,在國內(nèi)應(yīng)用生命周期評價來分析化石制漿煤粒度特細(xì)(<10μm),灰分特別低(1%~燃料的研究較少,尤其是在煤炭行業(yè)用來分析煤2%,有些煤種<1%),其穩(wěn)定性高(≥1個月無炭加工制品的環(huán)境效應(yīng)并與石油加工制品環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行比較的研究更為缺乏。精細(xì)水煤漿作為一種產(chǎn)旦敕個生田邯過積包括原煤開采、普收稿日期:2008402-1通中國煤化工作者簡介:劉賠姍(1983-),女,河北保定人,中國礦業(yè)及其在柴油機(jī)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:010-5173343SETAC(環(huán)境毒物學(xué)與化學(xué)學(xué)會)將生命周期煤炭加工與綜合利用2008年第3期介的基本結(jié)構(gòu)歸納為四個有機(jī)聯(lián)系的部分3:開釆數(shù)據(jù)來源于山東省棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司田陳煤定義目的與確定范圍( Goal and Scope Definition)、礦,石油開采數(shù)據(jù)來源于中石化勝利油田分公司清單分析( Inventory Analysis)、影響評價( Impact孤東采油廠;另外部分?jǐn)?shù)據(jù)和資料來自于中國環(huán)Assessment)、結(jié)果解釋( Interpretation)。筆者按境年鑒20046和中國能源年鑒20047,精細(xì)水照這四個基本結(jié)構(gòu)對精細(xì)水煤漿生命周期過程的煤漿的制備與燃燒數(shù)據(jù)主要來自于中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了分析,并且為了從環(huán)境角度討論(北京)國家重點實驗室燃燒室的反復(fù)測量和研究精細(xì)水煤漿以煤代油的可行性,進(jìn)一步與傳統(tǒng)的結(jié)果柴油進(jìn)行對比分析。對精細(xì)水煤漿和柴油進(jìn)行生命周期評價采用 SimaPro50軟件,這是目前應(yīng)3生命周期影響評價用最廣泛的生命周期評價軟件之一,該軟件由荷生命周期影響評價是根據(jù)清單分析過程所列蘭 Leiden大學(xué)環(huán)境科學(xué)中心(CML)開發(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。本提供了多個清單數(shù)據(jù)庫和多種重要的影響評價方次分析采用了 SimaPro軟件中提供的Eeo法。其目的主要在于簡化流程及圖標(biāo),并量化數(shù) Indicator9g影響評價模型。該模型是一種全新的據(jù),可以輔助生命周期評價人員收集、分析和評評價方法,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數(shù)值;分為特征化、損害1精細(xì)水煤漿生命周期評價目的與范圍評價、標(biāo)準(zhǔn)化、加權(quán)評估四步驟,如圖2所示。精細(xì)水煤漿生命周期評價的目的是通過分析生命烤濟(jì)類環(huán)境影的類損巴響潛下 Ecolndicato精細(xì)水煤漿不同生命周期階段的資源消耗及其環(huán)特征化損害評價標(biāo)準(zhǔn)化加權(quán)評佔境排放影響,辨識精細(xì)水煤漿生產(chǎn)過程中不同生圖2Eco- indicator99影響評價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(jī)會與途徑;另外,將這種新特征化即屬于同一影響類的物質(zhì)乘以其相應(yīng)型燃料與傳統(tǒng)的柴油進(jìn)行比較。評價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(xiàn)下幾個過程:原煤的開采;石油的開采;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(xì)水煤漿的制備;柴油的制備;l1類(見圖3),分別為放射性污染物、大氣有機(jī)精細(xì)水煤漿的燃燒;柴油的燃燒;尾煤的產(chǎn)生及污染/大氣無機(jī)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、水體富營養(yǎng)化、生態(tài)毒性、礦產(chǎn)資源耗竭及化石燃料耗竭。楮細(xì)水煤漿從圖3中可以看出,在11類環(huán)境影響因素原煤開采原油開采中,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)氣無機(jī)污染物比精細(xì)水煤漿制備及燃燒各階段的精細(xì)水煤漿生影響潛力大,其它9類環(huán)境影響因素中均是精細(xì)水煤漿制備及燃燒各階段的環(huán)境影響潛力較大。精細(xì)水媒漿的使用」柴油使用另外,圖中柴油制備及燃燒過程對放射性污染、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(shù)據(jù)缺失所導(dǎo)致的。由于柴油制備及燃燒過程2生命周期清單分析也比較復(fù)雜,除燃燒階段數(shù)據(jù)為試驗結(jié)果,數(shù)據(jù)質(zhì)量較高外,其它數(shù)據(jù)主要來源于政府報告。目生命期清單分析是定性惜述系內(nèi)外物質(zhì)前了中國爆化工等價也產(chǎn)生了很品生產(chǎn)過流和能量流的方法。由于 Simapro軟件簡化了清單分析的具體過程,這一部分的關(guān)鍵工作是收大CNMHG階段的數(shù)據(jù)也來集生命周期各階段相關(guān)數(shù)據(jù)。本次分析所需煤炭源于政府報告,存在數(shù)據(jù)缺失問題,所以對于放2008年第3期劉姍姍,等:運用生命周期評價分析精細(xì)水煤漿的環(huán)境效應(yīng)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(shù)據(jù)庫;國內(nèi)相多的數(shù)據(jù)是來自實驗室,即精細(xì)水煤漿的制備階對來說,數(shù)據(jù)收集困難,還沒有哪個行業(yè)具備自段與燃燒階介段的數(shù)據(jù)。國外一些大型企業(yè)早已經(jīng)己的數(shù)據(jù)庫,這也給生命周期評價帶來了很大困開始對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集,整理自己的數(shù)據(jù)庫,以備難,影響其發(fā)展三寶三致癌物大氣有大氣無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(jī)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(xì)水煤漿燃燒圖3柴油與精細(xì)水煤漿各階段特征化對比圖3.2損害評價經(jīng)過對“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)咨詢組織把它定義為:一組受人類活動影響的生物學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)方面的參數(shù),反映了人類和自然界功能的健康狀況。這些狀況包括人類健康、生態(tài)系統(tǒng)健康和資源的存儲和供應(yīng)情況根據(jù)這樣的定義,自然環(huán)境需要在三個方面進(jìn)行保護(hù):人類健康、生態(tài)系統(tǒng)健康和資源儲藏。因此,Eco- Indicator99方法中,把1l種環(huán)境影響類別特征化為三類損害:人類健康損害人類健康擬害生態(tài)系統(tǒng)損書資源損害生態(tài)系統(tǒng)損害和資源損害,即對特征化計算所得囚柴油燃燒日精細(xì)水煤漿燃燒的影響分類指標(biāo)結(jié)果按照損害分類進(jìn)行疊加,柴圖4柴油與精細(xì)水煤漿各階段損害評價對比圖油與精細(xì)水煤漿各階段對環(huán)境的損害評價如圖4所示。由圖4可知,柴油生命周期階段對人類健按照生態(tài)指數(shù)法的方法體系,將資源消耗和康的影響比精細(xì)水媒漿大,而在生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量損能源消耗歸類為資源損害;溫室效應(yīng)歸類為人類害和資源損害方面精細(xì)水煤漿的影響比柴油大。健康損害;環(huán)境酸化、富營養(yǎng)化和土地占用與破3.3標(biāo)準(zhǔn)化與加權(quán)評估壞歸類為生態(tài)系統(tǒng)損害。然后,對3類環(huán)境影響將特征化計算所得的影響分類指標(biāo)結(jié)果按照進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和加權(quán)求和歸一化處理,確定研究對損害分類進(jìn)行疊加后,精細(xì)水煤漿和柴油各有優(yōu)象的整體環(huán)境協(xié)調(diào)性,即生態(tài)指數(shù)。該指數(shù)越劣。根據(jù)各環(huán)境影響的不同權(quán)重對各影響指標(biāo)進(jìn)大響越嚴(yán)雷.生太指數(shù)方法中人類行標(biāo)準(zhǔn)化和加權(quán)評估。標(biāo)準(zhǔn)化后,人體健康、生中國煤化工的標(biāo)準(zhǔn)化因子分態(tài)系統(tǒng)和資源三方面的損害水平都通過軟件換算CNMHGX10-,對應(yīng)的為無量綱的影響潛在值。權(quán)重因子為400、400、200。標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)和損害煤炭加工與綜合利用2008年第3期權(quán)值均采用 SimaPro軟件中的缺省值。標(biāo)準(zhǔn)化后,生命周期過程對環(huán)境的影響較大,其它方面精細(xì)柴油與精細(xì)水煤漿各階段的潛在值見圖5。水煤漿生命周期階段均比柴油生命周期過程對環(huán)境的影響潛值大。部分原因是由于柴油制備階段為統(tǒng)計數(shù)據(jù),部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失,影響評價結(jié)果,如導(dǎo)致其對放射性污染、臭氧層破壞以及土地利用影響為零。另外也說明精細(xì)水煤漿的工藝復(fù)雜,其深度加工不利于環(huán)境保護(hù)。但最終權(quán)重結(jié)果表明精細(xì)水煤漿相對于柴油整個生命周期具有較小的環(huán)境負(fù)荷。其原因是在各種環(huán)境效應(yīng)中,致癌物和大氣污染物具有較大的權(quán)重因子,尤其是致癌物對人體健康影響較大。0004900028058400702兩種燃料整個生命周期過程對人類健康影響人類健康扳吉生態(tài)系統(tǒng)損害資源損害閃柴油燃燒日精細(xì)水煤漿燃燒相對較大,而對生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量損害和資源損害影圖5柴油與精細(xì)水煤漿各階段標(biāo)準(zhǔn)化對比圖響相對較小。這反映出隨著人們對化石燃料的加工制造,其對人類健康影響隨之增強(qiáng),因此,人從圖5可以看出,兩種燃料整個生命周期對類應(yīng)從源頭減少污染物排放,對于外排污染物要人類健康影響較大,而對其它兩方面影響較小做好回收利用處理,以降低對人類健康的影響?？傮w來看,加權(quán)分析后柴油生產(chǎn)過程對環(huán)境的影生命周期評價是一種有效評價產(chǎn)品環(huán)境性能響大于精細(xì)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環(huán)境影響的燃用精細(xì)水煤漿的優(yōu)點在于,NO,的排放量遠(yuǎn)低權(quán)重值大小,如對人類健康影響,柴油生產(chǎn)及燃于柴油,其SO2的排放量遠(yuǎn)低于燃煤(因為超凈燒過程為507,精細(xì)水煤漿制備及燃燒過程為煤分選時對黃鐵礦有很高的脫除效率)。我國是237?？偟膩碚f,柴油制備及燃燒階段比精細(xì)水個富煤貧油的國家,開發(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(quán)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(dá)到替代柴油的目的,這一重要性在生命周期評價中是無法反映出來的。參考文獻(xiàn):[]付曉恒,王祖訥, Giovanni Novelli, Bruno de benedetti.精細(xì)油水煤漿制備及其在柴油機(jī)上應(yīng)用的生命周期評價[打].煤炭學(xué)報,2005,30(4):493-496[2]王壽兵,胡聃,吳千紅,生命周期評價及其在環(huán)境管好長友理中的應(yīng)用[J].中國環(huán)境科學(xué),199,19(1):77-[3]鄧南圣,王小兵,生命周期評價[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:43-511.241.64[4] Mark Coedkoop, Michiel Oele, Suzanne Effting. SimaPro 5人類健康損害生態(tài)系統(tǒng)害資源損害database manual: methods library [J].Amersfoort:PRe囚柴油燃燒日精細(xì)水煤漿燃燒圖6柴油與精細(xì)水煤漿各階段權(quán)重分析對比圖[5]GB/T24041-200,環(huán)境管理-生命周期評價-目的與范圍的確定和清單分析.2000,24結(jié)果解釋中國煤化工,北京:中國統(tǒng)計精細(xì)水煤漿與柴油相比:在特征化對比中表CNMHGI.北京:中國統(tǒng)計明,從致癌物和大氣無機(jī)污染物方面考慮,柴油出版社,2004