物料投入产出平衡模型在化工生产项目环境影响评价中的应用
物料投入产出平衡模型在化工生产项目环境影响评价中的应用
国家环保局南京环境科学研究所 钱兴福
本文简单介绍了物料投入椬瘲产出平衡模型及其在环境影响评价中的应用方法，并以该模型的应用实例进一步说明模型在化工生产项目环境影响评价中的应用可行性、实用性和优越性。
一、 引 言
对任何生产项目进行环境影响评价，都需要获得该项目的排污数据。所得到的排污数据的准确可靠程度将直接影响到该项目环境影响评价的准确可靠程度。在从事“六五”国家科技攻关项目棗工业污染源调查、建档、评价及控制途径课题的研究中，我们建立了“物料投入产出平衡模型”，并在有机化工、无机化工、食品(味精)、电镀、造纸和印染六个主要污染行业中试应用，其结果说明该模型几乎可应用于所有行业的污染源系统控制与管理。应用此模型可以获得相对准确可靠的产品排污数据。此模型对于化工行业尤为可行，因为化工工艺设计和生产操作数据比较齐全，故使用此模型时数据来源比较可靠、合用。笔者认为该模型应用于生产建设项目，尤其是化工生产建设项目的环境影响评价，能满足环境影响评价所需要排污数据的要求。我们在某烷基苯厂扩建、改建项目的环境影响评价中引入了该模型，获得了预期的效果，得到了厂方、行业主管部门和有关专家的好评。为使该模型在环境影响评价中，尤其是在化工生产项目的环境影响评价中得到推广应用，发挥更大的作用，本文将该模型在环境影响评价中的应用方法作简单地介绍，并以其在某烷基苯厂环境影响评价中的应用为例，说明该模型应用于化工生产项目环境影响评价的可行性、实用性和优越性。
二、方法简介
物料投入产出中衡模型简介
物料投入产出平衡模型是由工艺设计中的物料衡算发展起来的，是以物质不灭定律为基础建立的。它从物料的投入、产出着手，着眼于物料经过生产过程转化成的各种产出物，尤其是各种废弃物的形式、种类、数量和状态、可能流失量、回收与综合利用量、无害化处理量及最终以各种状态排入环境的数量。模型的简单表达形式如下(详细形式可参见文献[1,2]):
(1)模型的数学表达简式
A＝B＋C
C＝D
D＝E＝F＋G
式中：
A棗投料总量；
B棗投料进入产品和副产品总量：
C棗以投料形式表示的可能流失总量;
D棗以各种实际流失物形式表示的可能流失总量;
E棗各种实际流失物以各种流失状态表示的可能流失总量；
F棗各种实际流失物回收或综合利用及无害化处理总量；
G棗各种流失物实际排入环境的总量。
(2)模型的简化矩阵形式
模型的简化矩阵形式见图l。
图1 模型矩阵形式
2. 模型的应用工作程序
模型应用于环境影响评价中的工作程序见图2。
三、实例
某烷基苯厂为一大型石油化工企业，原年产烷基苯5万吨，烷基苯磺酸6650吨，洗衣粉2.5万吨。拟在扩建、改建后提高年生产能力到：烷基苯7.2万吨，烷基苯磺酸26650吨，洗衣粉7.5万吨。本课题的任务就是对该厂的扩建、改建项目从环境影响角度提出项目的可行性和有关对策、建议，而总课题要求本子课题通过对该厂新、老项目作物料投入产出平衡计算，提出该厂扩建、改建后的新增污染负荷量，为其它子课题和总课题的评价提供可靠的基础数据，并进一步提出降低污染负荷的对策建议。根据前述模型应用的工作程序，对该厂新、老项目进行物料投入产出平衡的过程和结果作简单的介绍(工作程序中的组织准备阶段略)。
1.技术准备
(l)生产工艺简介
该厂原有烷基苯车间和洗衣粉车间(洗衣粉车间分两个相对独立的工段：磺化和洗衣粉成型工段)。烷基苯的生产能力由原装置的改建得到提高(主要是改用转化率高的新型脱氢催化剂，装置因此面稍作改动)；洗衣粉车间的生产能力提高由新建一个车间(包括磺化和洗衣粉成型两个工段)而获得，生产工艺没有变化。因此衡算只需对该厂原生产项目进行，改建和扩建后的情况由老项目的衡算结果推算即可。
①烷基苯车间 该车间由四套主要装置构成，即加氢、分子筛脱蜡、脱氢和烷基化四套装置，生中工艺过程可用图3表示。
该车间生产过程中主要的化学反应方程式有20多个，其中最主要的反应方程式为：
a.加氢
CnH2n＋H2 → CnH2n+2
RSR’＋2H2 → RH＋R’H＋H2S
b.脱氢
RCH2CH2R’ → RCH＝CHR’＋H2
②洗衣粉车间 洗衣粉车间磺化工段主要由五个工序组成，工艺流程见图4。
磺化工段生产过程所包括的主要反应有：
(2)工艺资料和基本数据的收集
应用物料投入产出平衡模型的优点之一体现在尽可能多地利用工厂企业现有的资料和数据，尽可能少地、甚至不进行监测。因此，工艺资料和基本数据的收集是应用本模型的重要环节。
所要收集的工艺资料和数据主要有：工艺设计说明书(或工艺说明书)、工艺操作说明书、操作技术规程、技术指标等工艺资料，生产过程中的所有投料、产品、副产品、中间产品的名称、数量、纯度、密度、全成分百分含量等等；工艺过程系数，如转化率、净化率、吸收率、产率、消耗系数、各种产出物间的比例系数，各种物质在生产过程中的相态转化系数、比例系数等；各种废弃物的回收与综合利用量或百分数，无害化处理量或百分率等；对于象空气和水不计量的企业，还必须收集其使用的输送机泵的技术规格、指标和机泵的运行时间等作为参考之用。更详细助工艺资料和数据收集范围请参见文献[1]。
上述资料、数据可从企业的技术部门、生产计划部门、供销部门、动力部门及车间、仓库等收集到。
2.模型的应用（衡算)
该厂属于扩建、改建项目的环境影响评价，因此需分别进行老项目的衡算和新项目的平衡推算；然后进行新增污染负荷量的计算。由于篇幅所限，仅列出烷基苯车间的物料投入产出平衡模型矩阵表和各车间衡算的主要结果。
(1)老项目的衡算
烷基苯车间 烷基苯车间的衡算结果见表1。由表1可见该车间投料总量达246438吨/年，产品正构烷基苯产量48192吨/年，其它副产品总产量达191213吨/年，可能流失总量为7033吨/年，可能流失物经回收、综合利用及无害化处理后仍有5016.6吨，以三种状态排入环境，其中气态物4603.5吨/年(其中可燃性气态物实际以燃烧产物的形式排入环境，主要有害污染物为SO2和HF)；液态物349.9吨/年(其中有183吨水)；固态物632吨/年（被填埋）。
②洗衣粉车间 洗衣粉车间投料16种，总量为724619吨/年，不包括空气和水时投料量为42049吨/年。年产产品洗衣粉33588吨，中间产品烷基苯磺酸3819吨，烷基苯磺酸钠(LAS)1169吨，其它副产品硫酸44.7吨，黑磺酸25.5吨，总计投料进入产品量为38647吨。可能源失总量为685972吨/年，不包括空气和水时为7836吨。可能流失物的回收量为275.4吨，无害化处理量为1391.4吨。最终排入环境的流失物有10种，四种状态，其中每年排放：气态总量683992吨(包括水汽19546吨和空气655898吨)；液态总量1585吨(包括水1182吨)；固态燃硫渣0.9吨；不明态118吨，为烷基苯一种。
③烷基苯车间和洗衣粉车间衡算汇总 按吨/年计，两车间共投料971057，不包括空气和水时为288487；产出主、副产品278051；可能流失总量693005，不包括空气和水时为14869；可能流失物的回收和综合利用量为3066，无害化处理量3239；最终排入环境的主要污染物(不包括空气和水)共17种，四种状态，气态总量688597(包括水汽19546和空气655898)，液态总量1932(包括水1365)，固态总量64.1，不明态118。
(2)扩建、改建后物料平衡推算
根据老项目的两个车间衡算结果和扩建、改建后工艺的变化、工艺设计中的投料量、产量等情况，推得扩建、改建后该厂物料平衡情况如下：
按吨/年计，投料总量1355583(不包括空气和水为470757)，进入产品及副产品量为441439；可能流失量为914144(不包括空气和水时40392)；可能流失物的回收和综合利用量12896；无害化处理量3314；最终排入环境的流失物(不包括空气和水)总量为29711，其中气态23368，液态6092，固态108，不明态143。
(3)扩建、改建后新增污染负荷量的计算 扩建、改建国新增污染负荷量由扩建、改建后污染负荷总量减去扩建、改建前污染负荷总量而得。各类指标的增加量(吨/年)结果如下：
可能流失总量221139(不包括空气和水为25523)；可能流失物的回收和综合利用量9820，可能流失物的无害化处理量为1783；最终排入环境的流失物：气态总量195582(不包括空气和水汽为7343)，其中H2S 40.2，瓦斯及轻组分为2465，脱附剂202，烷基苯及苯41.3，其它有机物为4.5，(前列各物均焚烧后排放)，SO277.5，洗衣粉1.4，柴油燃烧物9450；液态总量15044，其中H2S 0.5， NH3 1.5，烷基苯及苯1.3，HF为10.3，KF7.6，油22.3，水9614，KOH 90.7，NaOH(以30%计)6070.5，LAS62.2，洗衣粉183.4；固态总量44，其中CaF231.7，燃硫渣12.3；不明态25.1(苯及烷基苯)。
3.评价与建议
由衡算的结果可知，该厂扩建、改建后总体上流失总量有所增加，而具体流失物量有增有减。加烷基苯车间，由于改造后工艺水平的提高，使一些流失物的单位产品流失量减少；象瓦斯及轻组分、HF和其它有机物的流失量反而有所下降。各种排放物的增加幅度相差较大，最大的达1367%，最小的为100%。根据各类排放物的增降情况，我们按其增加顺度大小次序排队如下：
(l)排放状态 液态、固态、气态、不明态；
(2)气态排放物中 SO2脱附剂、烷基苯及苯、HF、空气及柴油燃烧尾气、H2S洗衣粉、水、其它有机物、瓦斯及轻组分；
(3)液态排放物中 NaOH(30%)、LAS、洗衣物、H2S、烷基苯及苯、水、NH3、油、KF、HF，KOH在原项目的平衡中没有排放数据，故无法比较；
(4)固态排放物中 燃硫渣、CaF2。
由上述各排放物的增加幅度排队情况和各排放物的排放增加量可看出，气态排放物中的SO2，液态排放物中的NaOH(30%)、LAS和洗衣粉的增加幅度在同类数据中的次序都是在前面的，而这几种排放物又都是洗衣粉车间排出的，这说明，洗衣粉车间扩建后污染负荷有明显地增加。今后该厂环境管理与治理的注意力应放在洗衣粉车间，特别在降低原料的消耗方面要多作努力。对于烷基苯车间来说，首先应达到设计水平，如然油的回收量(38761吨/年，回收率96.75%)如达不到设计水平，则液态排放物中的油会明显地增加。此外，对于油和苯来说不仅由烷基苯车间排放，该厂的油品车间和洗槽车站均有排放，而且据过去的监测测数据，这两处的排放量大于烷基苯车间，若按此推算，该厂扩建、改建后，废水总排放口的油和苯排放量要比前面衡算的量大，这也是该厂今后环境管理工作中需要注意的重要方面。
四、结 论
1.该模型应用于化工生产项目的环境影响评价是可行的，但需要被评价企业的支持，尤其是在资料数据和工艺技术上给予支持。
2.应用此模型可以得到比较全面、准确的物料流失数据，这就便于从生产前、中、后各个角度提出污染控制与管理的有效对策。
3.不需进行大量的分析测试工作，既可节省财力，又可节省人力；
4.应用此模型取得的结果还可作为地方或行业排污总量控制的依据(实例中的结果已为当地排污总量控制所用)，能比较科学、实际地提出企业的排污总量控制目标。
5.应用此模型取得的结果还可为企业的生产管理服务，尤其在降低消耗和提高原材料利用率等方面。
参考文献
[1] 王健民、钱兴福等著，工业污染源系统控制与管理，中国环境科学出版社，274页，1989年。
[2] 钱兴福等，化工环保，3[6],36571(1983)。
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