运用生命周期评价分析精细水煤浆的环境效应

煤炭加工与综合利用No.3.2008COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTTLLZATION运用生命周期评价分析精细水煤浆的环境效应刘姗姗,许晶,付晓恒(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083)摘要:釆用生命周期评价( Life Cycle Assessment,LCA)方法,结合 SimaPro评价软件,对精细水煤浆和柴油的制备及燃烧整个生命周期对环境的影响进行评价,评价过程包括特征化、损害评价、标准化、加权评估四步骤;结果表明,特征化分析精细水煤浆部分阶段相对柴油生命周期阶段更具环境危害,但最终加权评估分析得出柴油系统比精细水煤浆系统对生态环境的危害更为严重。关键词:精细水煤浆;生命周期评价;柴油; SimaPro软件;环境效应中图分类号:X32文献标识码:A文章编号:10058397(2008)034004104煤炭等化石燃料的使用对环境造成的影响日硬沉淀),热值在14563kJ/kg以上,浓度可达到益严重,这是公众和政府非常关注的环境问题之50%~55%。精细水煤浆作为一种新型煤代油。日益加剧的环境污染促使人们开始考虑能源·燃料,具有可观的经济效益。用超净煤制备的精安全问题,从担忧能源枯竭更多地转向对能源清细水煤浆可替代轻质柴油,对我国的经济建设和洁性和经济性的忧虑。为此世界各国都加大力度国防建设具有重大的战略意义。精细水煤浆作为推广洁净煤技术来解决煤炭污染问题。我国的能一种代替柴油的新产品,为了讨论这种新型燃料源特征是“富煤、少油”,因此以煤炭为主的能生命周期各阶段对环境影响的程度,本文采用生源结构在今后相当长的时间内不会改变。注重能命周期评价法进行分析源资源的节约,提高能源利用效率,同时寻找石生命周期评价是一种对产品、生产工艺以及油的替代品对于我国经济很有吸引力,另外,研活动对环境的压力进行评价的客观过程。它通过究如何使煤炭资源燃烧效率达到最优化并且使其对能量和物质利用以及废物排放进行辨识和量对大气的污染降至最低也是非常重要的。作为世化,来评估能量和物质利用以及废物排放对环境界第一产煤大国,发展洁净煤技术,开展代油技的影响,寻求改善环境的机会以及如何利用这种术研究,对于我国的经济建设、能源安全和环境机会。这种评价贯穿于产品、工艺和活动的整个保护具有重要意义生命周期,包括原材料提取与加工;产品制造、精细水煤浆技术为发展以煤代油、实现煤的运输以及销售;产品的使用、再利用和维护;废清洁燃烧提供了新的技术平台。精细水煤浆是常物循环和最终废物弃置。生命周期评价是面向产规水煤浆的延伸,在水煤浆家族中占较高的地品系统的环境管理的重要支持工具,目前已被政位,是水煤浆中的精品,具有像普通水煤浆一样府、企业广泛应用{2的流动性、稳定性和可雾化性。这种水煤浆要求目前,在国内应用生命周期评价来分析化石制浆煤粒度特细(<10μm),灰分特别低(1%~燃料的研究较少,尤其是在煤炭行业用来分析煤2%,有些煤种<1%),其稳定性高(≥1个月无炭加工制品的环境效应并与石油加工制品环境效应进行比较的研究更为缺乏。精细水煤浆作为一种产旦敕个生田邯过积包括原煤开采、普收稿日期:2008402-1通中国煤化工作者简介:刘赔姗(1983-),女,河北保定人,中国矿业及其在柴油机中大学(北京)化学与环境工程学院2005在读硕士研究生,研究CNMHG方向:洁净煤技术,电话:010-5173343SETAC(环境毒物学与化学学会)将生命周期煤炭加工与综合利用2008年第3期介的基本结构归纳为四个有机联系的部分3:开釆数据来源于山东省枣庄矿业集团公司田陈煤定义目的与确定范围( Goal and Scope Definition)、矿,石油开采数据来源于中石化胜利油田分公司清单分析( Inventory Analysis)、影响评价( Impact孤东采油厂;另外部分数据和资料来自于中国环Assessment)、结果解释( Interpretation)。笔者按境年鉴20046和中国能源年鉴20047,精细水照这四个基本结构对精细水煤浆生命周期过程的煤浆的制备与燃烧数据主要来自于中国矿业大学环境效应进行了分析,并且为了从环境角度讨论(北京)国家重点实验室燃烧室的反复测量和研究精细水煤浆以煤代油的可行性,进一步与传统的结果柴油进行对比分析。对精细水煤浆和柴油进行生命周期评价采用 SimaPro50软件,这是目前应3生命周期影响评价用最广泛的生命周期评价软件之一,该软件由荷生命周期影响评价是根据清单分析过程所列兰 Leiden大学环境科学中心(CML)开发与发展,出的要素对环境影响进行定性和定量的分析。本提供了多个清单数据库和多种重要的影响评价方次分析采用了 SimaPro软件中提供的Eeo法。其目的主要在于简化流程及图标,并量化数 Indicator9g影响评价模型。该模型是一种全新的据,可以辅助生命周期评价人员收集、分析和评评价方法,取得了一系列理论和方法上的突破估产品的环境信息可获得材料的单一评价数值;分为特征化、损害1精细水煤浆生命周期评价目的与范围评价、标准化、加权评估四步骤,如图2所示。精细水煤浆生命周期评价的目的是通过分析生命烤济类环境影的类损巴响潜下 Ecolndicato精细水煤浆不同生命周期阶段的资源消耗及其环特征化损害评价标准化加权评佔境排放影响,辨识精细水煤浆生产过程中不同生图2Eco- indicator99影响评价模型命周期阶段对环境影响的相对大小,找出影响环1特征化境状况的主要阶段,从而提供改进生产工艺、进行绿色清洁生产的机会与途径;另外,将这种新特征化即属于同一影响类的物质乘以其相应型燃料与传统的柴油进行比较。评价范围包括以的特征因子,特征因子表示不同物质的相对贡献下几个过程:原煤的开采;石油的开采;普通洁大小,Eco- Indicator99模型中将环境因子分为净煤的制备;精细水煤浆的制备;柴油的制备;l1类(见图3),分别为放射性污染物、大气有机精细水煤浆的燃烧;柴油的燃烧;尾煤的产生及污染/大气无机污染、致癌物、气候变化、臭氧燃烧。两种燃料生命周期流程对比如图1所示。层破坏、酸化、土地利用影响、水体富营养化、生态毒性、矿产资源耗竭及化石燃料耗竭。楮细水煤浆从图3中可以看出,在11类环境影响因素原煤开采原油开采中,柴油制备及燃烧各阶段所产生的致癌物和大普通精煤分选柴油生产气无机污染物比精细水煤浆制备及燃烧各阶段的精细水煤浆生影响潜力大,其它9类环境影响因素中均是精细水煤浆制备及燃烧各阶段的环境影响潜力较大。精细水媒浆的使用」柴油使用另外,图中柴油制备及燃烧过程对放射性污染、IMJ能量臭氧层破坏以及土地利用影响为零,这是清单分图1两种燃料生命周期各阶段对比析数据缺失所导致的。由于柴油制备及燃烧过程2生命周期清单分析也比较复杂,除燃烧阶段数据为试验结果,数据质量较高外,其它数据主要来源于政府报告。目生命期清单分析是定性惜述系内外物质前了中国爆化工等价也产生了很品生产过流和能量流的方法。由于 Simapro软件简化了清单分析的具体过程,这一部分的关键工作是收大CNMHG阶段的数据也来集生命周期各阶段相关数据。本次分析所需煤炭源于政府报告,存在数据缺失问题,所以对于放2008年第3期刘姗姗,等:运用生命周期评价分析精细水煤浆的环境效应射性污染、臭氧层破坏以及土地利用影响,其更后用,有些行业已经有了自己的数据库;国内相多的数据是来自实验室,即精细水煤浆的制备阶对来说,数据收集困难,还没有哪个行业具备自段与燃烧阶介段的数据。国外一些大型企业早已经己的数据库,这也给生命周期评价带来了很大困开始对数据进行收集,整理自己的数据库,以备难,影响其发展三宝三致癌物大气有大气无气候放射性臭氧层生态酸化土地利矿产资化石儿污染机污染变化污染物破坏毒性用影响源耗竭燃料怒柴油燃烧日精细水煤浆燃烧图3柴油与精细水煤浆各阶段特征化对比图3.2损害评价经过对“环境”的可能定义进行了大量研究之后,产品生态学咨询组织把它定义为:一组受人类活动影响的生物学、物理学和化学方面的参数,反映了人类和自然界功能的健康状况。这些状况包括人类健康、生态系统健康和资源的存储和供应情况根据这样的定义,自然环境需要在三个方面进行保护:人类健康、生态系统健康和资源储藏。因此,Eco- Indicator99方法中,把1l种环境影响类别特征化为三类损害:人类健康损害人类健康拟害生态系统损書资源损害生态系统损害和资源损害,即对特征化计算所得囚柴油燃烧日精细水煤浆燃烧的影响分类指标结果按照损害分类进行叠加,柴图4柴油与精细水煤浆各阶段损害评价对比图油与精细水煤浆各阶段对环境的损害评价如图4所示。由图4可知,柴油生命周期阶段对人类健按照生态指数法的方法体系,将资源消耗和康的影响比精细水媒浆大,而在生态系统质量损能源消耗归类为资源损害;温室效应归类为人类害和资源损害方面精细水煤浆的影响比柴油大。健康损害;环境酸化、富营养化和土地占用与破3.3标准化与加权评估坏归类为生态系统损害。然后,对3类环境影响将特征化计算所得的影响分类指标结果按照进行标准化和加权求和归一化处理,确定研究对损害分类进行叠加后,精细水煤浆和柴油各有优象的整体环境协调性,即生态指数。该指数越劣。根据各环境影响的不同权重对各影响指标进大响越严雷.生太指数方法中人类行标准化和加权评估。标准化后,人体健康、生中国煤化工的标准化因子分态系统和资源三方面的损害水平都通过软件换算CNMHGX10-,对应的为无量纲的影响潜在值。权重因子为400、400、200。标准化基准和损害煤炭加工与综合利用2008年第3期权值均采用 SimaPro软件中的缺省值。标准化后,生命周期过程对环境的影响较大,其它方面精细柴油与精细水煤浆各阶段的潜在值见图5。水煤浆生命周期阶段均比柴油生命周期过程对环境的影响潜值大。部分原因是由于柴油制备阶段为统计数据,部分数据缺失,影响评价结果,如导致其对放射性污染、臭氧层破坏以及土地利用影响为零。另外也说明精细水煤浆的工艺复杂,其深度加工不利于环境保护。但最终权重结果表明精细水煤浆相对于柴油整个生命周期具有较小的环境负荷。其原因是在各种环境效应中,致癌物和大气污染物具有较大的权重因子,尤其是致癌物对人体健康影响较大。0004900028058400702两种燃料整个生命周期过程对人类健康影响人类健康扳吉生态系统损害资源损害閃柴油燃烧日精细水煤浆燃烧相对较大,而对生态系统质量损害和资源损害影图5柴油与精细水煤浆各阶段标准化对比图响相对较小。这反映出随着人们对化石燃料的加工制造,其对人类健康影响随之增强,因此,人从图5可以看出,两种燃料整个生命周期对类应从源头减少污染物排放,对于外排污染物要人类健康影响较大,而对其它两方面影响较小做好回收利用处理,以降低对人类健康的影响。总体来看,加权分析后柴油生产过程对环境的影生命周期评价是一种有效评价产品环境性能响大于精细水煤浆。的工具,但该方法也有其局限性,如从局部看图6所示为两种不同燃料对三类环境影响的燃用精细水煤浆的优点在于,NO,的排放量远低权重值大小,如对人类健康影响,柴油生产及燃于柴油,其SO2的排放量远低于燃煤(因为超净烧过程为507,精细水煤浆制备及燃烧过程为煤分选时对黄铁矿有很高的脱除效率)。我国是237。总的来说,柴油制备及燃烧阶段比精细水个富煤贫油的国家,开发洁净的煤代油技术煤浆制备及燃烧阶段对环境的权重值大,即具有把煤炭制备成浆体燃料,减轻燃烧散煤对环境的更大的环境影响。污染,并达到替代柴油的目的,这一重要性在生命周期评价中是无法反映出来的。参考文献:[]付晓恒,王祖讷, Giovanni Novelli, Bruno de benedetti.精细油水煤浆制备及其在柴油机上应用的生命周期评价[打].煤炭学报,2005,30(4):493-496[2]王寿兵,胡聃,吴千红,生命周期评价及其在环境管好长友理中的应用[J].中国环境科学,199,19(1):77-[3]邓南圣,王小兵,生命周期评价[M].北京:化学工业出版社,2003:43-511.241.64[4] Mark Coedkoop, Michiel Oele, Suzanne Effting. SimaPro 5人类健康损害生态系统害资源损害database manual: methods library [J].Amersfoort:PRe囚柴油燃烧日精细水煤浆燃烧图6柴油与精细水煤浆各阶段权重分析对比图[5]GB/T24041-200,环境管理-生命周期评价-目的与范围的确定和清单分析.2000,24结果解释中国煤化工,北京:中国统计精细水煤浆与柴油相比:在特征化对比中表CNMHGI.北京:中国统计明,从致癌物和大气无机污染物方面考虑,柴油出版社,2004