綠色化工園區規范化建設的研究

紀紅兵，康德禮，劉利民（中山大學化學與化學工程學院，廣東 廣州5075；中山大學惠州研究院，廣東 惠州5608）

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綠色化工園區規范化建設的研究

紀紅兵1，2，康德禮2，劉利民2
（1中山大學化學與化學工程學院，廣東 廣州510275；2中山大學惠州研究院，廣東 惠州516081）

摘要：近年來由于國家對環保的重視以及政策要求，我國的化工園區得到了長足的發展。但是在化工園區蓬勃發展的背后也凸顯著因粗放式建設而導致的環境、產業可持續發展等方面的矛盾也越來越突出，建設綠色化工園區是解決這一矛盾的出路。本文應用系統工程的相關理論將規范化建設化工園區的問題分解為綠色規劃、綠色評價、提高環保水平、提高安全水平、提高園區智能化水平等5個相互關聯、相輔相成的子問題。認為綠色規劃的結果直接影響評價、環保和安全水平，園區的安全、環保等問題可通過智能化來解決。理清這些子問題的相互關系是實現綠色化工園區規范化建設的保障。

關鍵詞：綠色化工園區；規范化建設；綠色規劃；綠色評價；智能化

第一作者及聯系人：紀紅兵（1970—），男，教授，博士生導師，研究方向為綠色化工技術和化工園區管理。E-mail jihb@mail.sysu.edu.cn。

近年來由于國家要求化工企業進園區，國內化工園區得到了長足的發展；但是目前化工園區在規模、階段、規劃、管理等方面存在巨大的差異，因此在環境保護、產業持續發展等方面還有很大可以優化的空間[1]。1990年美國政府針對化工行業的污染問題，在所通過的“防治污染法案”中明確提出綠色化工，其核心思想是在污染發生之前進行防止，主要方法是利用現代科學技術方法以及管理方法，從根源上減少污染以及對人類健康有害的物料使用和產生，實現化學工業與生態環境和諧發展[2-3]。

目前由于化工園區的粗放式發展，園區內企業之間聯系不夠緊密，用能、用水等集成使用程度不高，致使園區在節能、環境與安全生產等問題日益突出，生態環境質量狀況日趨受到關注[1]。因此，加強園區生態化改造，建設綠色化工園區是擺在人們面前必須正視的重要問題[4-5]。

工業和信息化部于2012年就透露正在開展綠色化工園區準入機制研究，但目前尚無結果發布[6]。綠色化工園區是指園區系統在生產的過程中，在工藝的源頭就貫徹環保、安全、經濟的理念，應用循環經濟的技術，推進整個園區的生產過程優化集成、廢物再利用與資源化，從源頭上降低污染物排放、降低生產過程對人類的危害、降低單位能耗、減少產品全生命周期對環境的影響[7]。建設綠色化工園區是改變目前“先污染，后治理”的尷尬局面，轉向源頭治理的必經途徑，其最理想的狀態是使用無毒無害的原料，采用安全、高效、環保的技術，生產出對環境友好的產品。綠色化工園區從內容和形式上看是要減少環境的污染，但就園區產業來講，也符合園區內產業可持續發展的要求。從長遠來看，隨著消費者對綠色產品的認可以及市場規則和法律法規的逐漸完善，不符合綠色產品標準的產品將會受到限制，一些發達國家還制定了涉及生產、流通和消費等各個環節的環保標準，形成了“綠色壁壘”，因此綠色化工園區將是接下來化工園區的發展趨勢，是化工產業可持續發展的必經之路[2，4，8-9]。綜上所述，環境和產業可持續這兩者之間不矛盾，是可以共存的。

建設綠色化工園區是一個浩大的系統工程，涉及多方面多領域的內容和知識，從園區和全生命周期的角度來分析和集成。目前國內化工園區的發展多屬于粗放型的發展，園區內企業之間并未實現充分的集成，甚至有些企業自身并沒有做到企業內的循環集成。因此探索如何開展規范化建設綠色化工園區意義重大。

美國、日本、英國、德國等發達國家都在20世紀90年代就開始實施綠色化工相關法案以及獎勵性措施。目前國內上海、南京等知名園區都在做著綠色化工在園區中的應用探索。周愛林[7]和王侃[10]就以南京化工園區為例從產業鏈、清潔生產、責任關懷的角度分析和提出了要從綠色評價、推進清潔生產、提高責任關懷這三方面來將園區綠色化工落到實處。張開益[11]應用博弈理論研究了化工產業綠色集群的相關問題，指出了綠色化工集群建設要從規劃抓起，管理過程中要實行綠色招商原則，政府要做好政策導向機制。劉穎等[12]依據循環經濟理論和化工園區的特點構建化工園區循環經濟標準體系框架結構，并以南京化學工業園區為例，建立循環經濟標準體系表。從目前綠色化工在國內外的發展現狀看多停留在企業層面，主要是從清潔生產、循環經濟等方面研究。園區層面的研究較少，主要是應用循環經濟“3R原則”從產業鏈的角度減少污染，尚無綠色化工園區規范化建設的相關研究。

本文作者以系統工程的理論為指導思想和抓手，從化工園區產品生產的全生命周期的角度出發，就園區層面上如何構建綠色化工園區這一系統問題分解為5個有機聯系的子系統來逐一研究，分別為：綠色規劃、綠色評價、提高環保水平、提高安全水平、提高園區智能化水平，如圖1所示。

圖1 構建綠色化工園區思路

1 綠色規劃

化工園區最初的產業規劃和定位決定著化工園區的產業發展，因此園區規劃和園區的污染排放情況有著密切的聯系。建設綠色化工園區，對于尚未建設的園區來說，進行綠色規劃、減少污染、提高可持續發展能力是必須的。對于已經投產的園區先對園區的污染情況進行摸底，依據污染情況遵循循環經濟的“3R原則”（減量化、再利用、再循環）進行綠色規劃，引進可以利用現有排放的副產物和廢物的企業以及綠色生產工藝，提高園區的綠色程度。

園區的綠色規劃的主要目標是所生產的產品在其全生命周期內對環境的影響最小，所依據的主要原則為循環經濟的“3R原則”。綠色規劃所包括的內容主要有總體土地分布規劃、公用工程規劃、產業鏈規劃等，見圖2。

總體土地分布規劃先于其他產業規劃，土地的合理規劃是在充分考慮土地利用的環境效益的情況下完成。園區內的生產區、生產服務區、科研區、生活區、商業區、隔離區均要依據各個區域的環境容量合理分配，生產區要相對集中，一方面體現出園區的聚集效應，另一方面集中處理廢棄物有利于降低對環境和人的影響。合理的集約化分布，達到合理的容積率，在保證安全和投資積極性的情況下所能承受的集約化程度即為合理的容積率。

圖2 綠色規劃子系統之間關系

公用工程規劃和產業鏈規劃以“3R原則”為指導，盡量減少對環境的影響。公用工程規劃側重于無害化工藝及手段的選擇。在保證穩定供應的前提下盡量使用對環境影響小的原料及工藝，如在經濟性允許的情況下使用天然氣代替煤炭作為鍋爐的原料，或者鍋爐的使用要體現技術先進性，并集中使用以減少鍋爐的數量；產業鏈規劃則側重于產業鏈的循環以及廢棄物的利用和無害化處理。對產業鏈上企業進行產業代謝分析，分析企業所排出的物料，尋找可以承接加工或是資源化的企業進行加工，若無則進行無害化處理。在設計園區產業鏈的時候還需綜合考慮公用工程的梯級使用，因此可以將產業鏈的設計看成是一個以環境、經濟、安全、公用工程等為約束條件的最優問題求解的過程。園區管理方可對園區內企業所排出的物料進行統計并且公開，為園區內企業廢棄物交換以及資源化提供一個交易信息平臺。

2 綠色評價

要建設綠色化工園區，首先要把好入園項目這個第一關。要從源頭上運用循環經濟的理念，推行排放源消減、生產過程優化集成，就需要對項目的技術先進性、規模、是否符合整個園區的綠色化發展等進行評價，綠色評價流程見圖3。

項目“綠色評價”的第一步就是要對項目的技術先進性進行評價。綜合分析目標產物在國內外的生產技術，評價項目所用技術的先進性，要求所使用的技術要達到園區所要求的水平，并且技術在先進性上要超出建設時期的平均水平，要保證在相當長的一段時間內產品具有競爭力，另外采用先進的技術不僅僅能夠降低廢棄物的排放，還能影響產業鏈下一步的鏈接延伸，因此新項目所采取的技術對于構建綠色園區具有決定性的作用；接下來對項目的規模進行評定，化工項目具有明顯的規模優勢，在規模較大的時候成本較低，同時單位產品對環境造成的負擔相對也會下降，因此在結合園區內上下游的規模情況的前提下入園的項目越大越好；另外入園的項目還需要與園區的綠色發展相匹配，入園的項目是否利用園區內其他企業的產物、副產物或是廢棄物資源化，若能則將有利于園區生產過程的優化集成，減少產品和原料的包裝盒運輸，從而減少化學品的逸散以及運輸所帶來的環境影響，這也是評價新項目的一個重要方面。

圖3 綠色評價流程圖

在管理上“綠色評價”應該由園區管理機構委托第三方的評價機構來完成，做到公正、公開、公平。要構建綠色化工園區則就要求入園企業在環評、安評、能評之前完成“綠色評價”，只有完成“綠色評價”才能進行下一步的流程。對于已經在運行中的園區也是需要進行“綠色評價”，對各個企業的污染情況進行摸底了解，對于達不到評價要求以及不符合綠色園區發展的企業進行限制發展，征收相關懲罰性稅收，使之自行整改。

3 提高環保水平

綠色化工園區的出發點就是減少產品在全生命周期內對環境的影響，但是受限于當前的技術是很難構建出物料全循環的化工園區，因此需要對園區排放廢棄物以及逸散的化學品進行處理，在達到排放標準后再向環境排放。提高園區的環保水平需要從加強環保技術設施建設、加強安全節能技術設施建設以及加強精細化管理等3個方面來實現，見圖4。

化工園區的污染存在著污染物復雜、排放量大、危化品多等特點，因此在污染處理方面存在著極大的難度。需要測算實際的污染物排放量的大小進而確定環保設施的規模大小，保證環保設施的合理利用，并且環保設施的建設要先于排污企業裝置；其次要對進入環保設施的污染物組成進行實時的在線監控，對污染物實施“分子管理”，有針對性的優化環保處理流程，例如對于廢水量波動較大時需要增加緩沖池，加設非正常操作狀態下的大容積應急用處理池等，開發和引入環保處理新技術，低成本高質量的處理化工園區廢棄物。

加強環保技術設施建設是從末端治理的角度來降低園區對環境的影響，加強安全節能技術設施建設是從源頭減少污染物的排放。一次安全事故帶來的化學品泄露而引發的污染將是難以估量的，因此提高園區的安全水平，避免安全事故的發生也就相當于減少了污染物的排放。節能亦是如此，節省了燃料也就減少了因燃料燃燒而帶來的碳排放。園區的節能要從企業和園區這兩個層面抓起，在企業層面上對企業中的用能情況作摸底了解，再應用夾點技術等節能技術對企業作能量綜合；在園區層面上要實現集中綜合供熱（供冷），發揮集聚效應，另外利用夾點技術開展整個園區的能量綜合，實現園區層面的能量綜合梯級利用，提高用能效率，減少排放。

除了技術性的措施以外，園區管理也要緊隨其后，實現園區的精細化管理。對整個園區的物料實施“分子管理”，清楚了解每一個流股的物料組成，采用最合理的加工方式和加工條件來進行加工處理，這樣就會避免物料的浪費和因不合理加工導致的額外污染物排放。園區中所使用的新鮮水以及污水進行分類、分級供應和收集，依據不同的裝置對新鮮水的要求不同，利用水夾點技術對園區內的新鮮水進行綜合分析，實現水的梯級循環利用；裝置生產污水各個的污水成分不同，處理方式也各有差異，在分析污水成分的基礎上分類收集，有針對性的集中處理。

4 提高安全水平

構建綠色化工園區在設計產業鏈的時候需要充分考慮物料循環利用以及能量、水的梯級綜合利用，這樣將會使得園區的一體化水平提升，同時園區的柔性降低，園區的一體化風險提高，當有一個裝置出現事故的時候更容易發生事故的擴散，帶來的損失將會更大。因此提高園區的安全水平勢在必行，其途徑見圖5。

提高園區的安全水平離不開園區企業的參與，要求園區內的企業引進先進的安全管理理念，強化員工安全意識，引進先進的設備安全防護系統，提高園區企業的安全水平。綠色化工園區一體化程度的增加會使得園區內裝置之間的聯系更加緊密，裝置之間相互管道連接，因此園區內企業的安全管理理念及水平應相匹配，因此要求園區中的企業相互之間互相學習安全管理經驗，共同提高安全水平。

在園區中采用高新技術，關注重視員工的安全。對園區作詳細的危險分析，將園區內各個區域的風險值明確傳達給員工，使所有員工對所在的工作環境的安全狀況有明確認識。利用互聯網、移動互聯網以及物聯網開發安全生產輔助系統，對園區內的生產情況進行實時、在線、形象化的表示，開發移動傳感器終端，標識員工身份同時檢測員工所在區域的空氣參數，提醒可能存在的危險以及相應的應急處理手段，保證員工生命安全。

圖5 提高園區安全水平的途徑

完善應急設施設備以及醫療急救設施設備，在園區中分布式配備消防站與醫療急救站，在地理空間位置上消防站和醫療救助站合二為一。做到一體化建設，一體化響應，實現真正意義上的聯動。創建園區應急救援中心，對園區內的公共應急資源合理配備，做到優勢資源互補，分布結構合理。配備專業的應急救援指揮平臺以及移動應急救援指揮車和移動急救指揮車，整合園區各個應急傳感信號和信息，輔以領域專家，在發生事故時能夠做出正確的響應和處置。

5 園區智能化水平提升

近年來，隨著物聯網的興起和發展，智能化進入人們的生活。對于綠色化工園區來說，智能化也是其不可或缺的一個重要部分，智能化將滲透到園區的生產、管理、環保、安全、應急、生活等各個方面。

智能化的生產輔助系統將幫助生產人員對生產情況做出評估，并且根據生產計劃做出下一步的操作建議，防止操作人員的誤操作帶來的減產甚至事故的發生。智能化環保系統可以在線分析污水及排放廢氣中的污染物含量，通過專家系統為確定廢棄物處理方式，直接將廢棄物送入相應的處理設施，降低因不合理處置而造成的污染以及花費的額外費用。智能安全、應急系統在無事故或異常發生時監控整個園區，分析園區內的特征數據，對有可能會發生事故的裝置進行預警，根據風險等級通知人員做好準備，發送撤離路線以及處理意見；在有事故發生的情況下，采用先進遙測儀器和設備了解事故的現狀，分析提供科學的事故處理意見，指導應急工作，減少人員傷亡。

化工園區的智能化水平提高所帶來的效益是顯著的，從源頭上減少了因人員操作或是管理失誤而造成的損失、污染以及園區的不安定因素，提高公眾對于化工園區的認可和信心。因此提高園區的智能化水平是構建綠色化工園區的一個重要抓手，是精細化、精準化管理的有力工具，協助園區管理者從園區的角度出發對全局進行優化。

6 各子系統之間的關系

圖6 園區智能化系統簡單示意圖

本文將綠色化工園區的規范化建設這一復雜的系統問題依據全生命周期分析分解成了綠色規劃、綠色評價、提高環保水平、提高安全水平、提高園區智能化水平這5個相互聯系的子系統，各個子系統之間都是相互關聯著的。綠色規劃是實施綠色化工園區建設的基礎，規劃的結果直接影響評價、環保、安全水平；相對應的在規劃階段安全、環保就是需要考慮的問題。園區的智能化水平與安全、環保等問題息息相關，安全、環保等問題可以通過智能化的方案來解決，相應的智能化的解決方案得到應用后智能化系統平臺就能獲得更多的園區基礎數據，通過數據挖掘分析就可以提取更多的隱藏信息，進而提高園區的智能化水平。系統示意圖見圖6。

各個子系統之間都是相互聯系、相輔相成的，在綠色化工園區建設的時候各個子系統操作時需要綜合考慮其他子系統。

7 結 語

構建綠色化工園區是一個復雜的系統工程，因此本文應用系統工程的原理和方法，主要是借鑒了園區生產全生命周期的思想，將規范化建設綠色化工園區的問題分解為規劃、管理、環保、安全、智能化這5個相互關聯方面的子系統問題。在具體實施的過程中不僅僅要考慮單個系統的問題，還要兼顧其他子系統，只有這樣才能將綠色化工園區建設落實。構建綠色化工園區不僅僅是減少了園區對環境的影響，并且提高了產品的綠色競爭力，隨著公眾對綠色化工產品的接受和認可，企業的競爭力也會增強，園區的競爭力也會提升。綠色化工園區為營造園區良好發展環境，樹立有公信的社會形象，從而為園區的可持續發展打下堅實的基礎。

參 考 文 獻

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行業動態

Normalization construction of green chemical industry park

JI Hongbing1，2，KANG Deli2，LIU Limin2
（1School of Chemistry and Chemical Engineering，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275，Guangdong，China；2Huizhou Research Institute of Sun Yat-sen University，Huizhou 516081，Guangdong，China）

Abstract：Chemical Industry Parks in China are well developed due to increasing attention of environment protection and government policy. Despite growing number of chemical industry parks，there are still such problems as environment pollution，sustainable development industry highlighted. The best way to resolve this situation is to develop green chemical industry park. In this paper we use system engineering theory to decompose this complex problem into five parts：green layout，green evaluation，environmental protection，safety and intelligent management. All the five parts are related to each other. Green layout strongly influences the level of evaluation，environmental protection and safety，and safety and environmental protection could be resolved by intelligent management. When the five problems are well resolved，green chemical industry park could be established.

Key words：green chemical industry park; standardization construction; green layout; green evaluation; intelligentialization

基金項目：廣東省自然科學基金重大基礎研究培育項目（2014A030308012）。

收稿日期：2015-11-26。

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.02.047

中圖分類號：T-29

文獻標志碼：A

文章編號：1000–6613（2016）02–0642–05