流程制造业 流程制造业与循环经济



经济快速发展,导致了资源、能源的紧缺,引起了环境、生态的危机。经济发展和环境保护是传统社会发展模式中的一对矛盾,导致了对发展的可持续性的战略性反问。为了解决这个矛盾,各国政府和环保组织提出了一系列的发展模式和战略,其中循环经济是国际社会推进可持续发展战略的一种优选模式。20世纪90年代以来,发展循环经济已成为国际社会的一大趋势。

发展循环经济是中国实现新型工业化的必由之路

十六大提出了中国全面建设小康社会的发展目标,在2000年的基础上到2020年实现GDP翻两番。中国目前还处在工业化的中期阶段,大量的资源、能源消费还要持续相当长的时间。我国在未来的战略机遇期中,经济发展所遇到的最大障碍之一就是资源、能源约束和生态环境压力。

我国人口众多,人均资源拥有量相对贫乏,生态环境脆弱。随着工业化、城市化的快速发展以及人口的增长,在资源存量和环境承载力两个方面都已经不起传统发展模式下的高强度资源消耗和环境污染。如果继续走传统发展之路,沿用“三高(高消耗、高能耗、高污染)”粗放型模式,并以末端处理为环境保护的主要手段,这将阻碍我国进入真正现代化的速度。从长期角度来看,良性循环的社会应从发展阶段开始塑造,少走弯路,不走弯路,才会得到更快的发展。我国的消费体系(特别是农村的消费体系)仍在形成阶段,建立一个资源环境低负荷的社会消费体系,走循环经济之路,已成为我国社会经济发展模式的重要选择。

循环经济的基本思路是:借鉴自然生态系统进化原理,按照生态和自然规律,利用自然资源和环境容量、依据物质循环和能量守恒规律而重构的经济系统。

循环经济是一种建立在物质不断循环利用基础上,把清洁生产、资源综合利用、可再生能源开发、产品的生态设计和生态消费等融为一体,以“资源-产品-资源再生”闭环反馈为特点的循环过程,循环经济倡导的是“最佳化的生产、最适度的消费,最少量的废弃”的与环境、社会和谐的经济发展模式,体现了科学发展观。

循环经济首先是经济,是建立在物质、能量以及排放物、废弃物合理循环利用基础上有时-空概念的经济,是有资金成本和流动成本的经济。不是为循环而循环,循环不是唯一目的,经济上不可行的“循环”流动其价值不大。解决发展与资源、环境之间矛盾最好的处理方式,是将矛盾作为一个经济问题来研究和对待。

实施循环经济应该以3R(减量化、再利用和再循环)为原则,但“3R”只是原则,不是实现循环经济过程中的全部要素。实施循环经济须在一定条件下将物质、能量、时间、空间、资金等“五要素”有效地整合在一起,以实现经济增值、环境保护和社会和谐的发展模式(图1)。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实施循环经济是有循环成本的,有资金流动增值内涵的。实施循环经济需要技术、需要投资、还有运行成本;实施循环经济也是建立在资金流动并实现增值基础上的。实施循环经济还必须注意物质、能量循环利用在时间和空间配置上的可能性和合理性。在各类循环过程中,物质、能量的有效利用不能脱离时间、空间要素,没有时间、空间概念的循环过程是难以想象的。一个著名的案例就是丹麦的卡伦堡生态工业园区,我们应该注意的不仅是卡伦堡生态工业园区的产业链,而且一定要注意它的时-空尺度和在其时-空尺度内的资金增值链(图2)。

实施循环经济过程中技术-经济因素的协调和权重

在推动循环经济发展模式时,一定要注意研究当时、当地条件下的技术-经济可行性。在不同条件下,循环经济的实施有赖于以下技术-经济因素的协调,包括:

(1)物质/能源(包括排放物、废弃物等)循环链的延伸、扩展及其转换/利用效率的合理性;

(2)物质/能源循环通量的大小,必须具有一定的循环通量,才能具有可行性;

(3)物质/能量在循环过程中的经济合理性,要研究流动-循环过程中的资金投入和成本等;

(4)物质/能量在循环过程中时间-空间因素的集成性,以保证流动-循环过程技术-经济的可行性和循环运行的稳定性等。

推行循环经济要根据上述诸因素,充分论证其技术-经济可行性,并择易先行,择优先行。

在不同国家、不同地区及其不同的经济发展阶段,在实施循环经济的过程中,“3R”的权重是不同的。在中国当前的情况下,首先应该着重的是各行各业(特别是流程制造业)在生产制造过程中的“减量化”(Reduce)问题,量大面广的节能、降耗、资源节约是有效地推动循环经济的必要基础。这是中国当前的国情和重要切入点,不同于日本、德国等工业化国家。

流程制造业是推行循环经济的重要切入点

我们应该以忧患意识和可持续发展的观点来促进实施循环经济,一定要有紧迫感,但又不能操之过急、急于求成,要防止不顾具体条件,一哄而起,这样往往容易导致搞形式主义,事倍功半或半途而废;重要的是要找准推动循环经济的切入点,从能够办到的地区、产业、企业先做,务求实效,扎扎实实地推进。

流程工业包括化工、石化、钢铁、有色、建材、食品、生物制品及医药工业等工业,是国民经济的基础产业、支柱产业。

 流程制造业 流程制造业与循环经济

流程制造业往往是指原料经过一系列以改变其物理、化学性质为目的的加工—变性处理,获得具有特定物理、化学性质或特定用途产品的工业。钢铁冶金、有色冶金、化学工业和建材工业都属于典型的流程工业,其主要特点有:

1) 所使用的原料主要来自大自然,即大宗的自然资源(矿物质、生物质、水、空气等);

2) 原料(物料)在生产过程中发生物质分子水平上的重组反应,即以大量的物质流、能量流形式通过诸多化学—物理变化(变换)制成产品;

3) 这类工业的生产过程中消耗大量能源并伴随着各种形式的排放过程和废弃过程;

4) 这类工业的生产过程主要是通过功能不同的工序串联-并联作业、协同(集成)运行,实现连续、准连续化生产,或追求连续化生产,也有一些是间歇生产(图3)。

中国的工业固体废弃物大部分来自于矿业、电力、化工、钢铁、有色、建材及其它非金属矿物制造业等,其中多数是流程工业过程。总而言之,流程工业消耗了大量的资源和能源,同时产生大量排放物、废弃物,对资源、环境带来巨大影响,因此在流程工业推动循环经济发展模式尤为必要(图4)。

 

 

 

 

 

 

 

 

与此同时,随着理念的转变,技术的进步,流程制造业存在着“3R”的巨大潜力和可能,不同流程制造业之间也存在着互为依存的产业生态链,例如钢铁工业产生的废渣可作为水泥行业的廉价资源,水泥工业可以消纳电力、化工、有色冶金等行业产生的粉煤灰、煤矸石、磷渣、赤泥等;也存在着消纳和处理社会大宗废弃物的机会或潜力,如废钢、废旧有色金属循环利用等。可见,在我国新型工业化的进程中,流程制造业既是支柱产业、基础产业,同时也应是推进循环经济的优先切入点。

企业“生态化”转型

在未来经济社会中,“生态化”工厂将是工业生态、循环经济的重要标志。它与传统意义上的工厂相比,在价值取向、评价标准等方面是有所不同的,表1列出了“生态化”工厂与传统意义上工厂的区别(表1)。

表1 “生态化”工厂与传统工厂的综合比较

 

从技术进步、技术创新角度来看,企业的生态化转型可能要经历工艺改进、产品创新(特别是对于装备、产品制造业)、流程集成创新(特别是对于流程制造业)、功能拓展、宏观系统革新等阶段,这是一个较长的时间进程(历史时间过程),也是从低层次生产过程向高层次生产体系发展的渐进过程。工艺改进、产品创新或/和流程集成创新、功能拓展和宏观系统革新将有可能分别改善企业的经济-生态效益2倍、5倍、10倍、20倍(图5)。

 

 

 

 

 

 

 

发展循环经济是一种发展模式的创新,不是为“循环”而“循环”,所谓“3R”(减量化、再利用、再循环)是原则、是基础,不是构成实施循环经济的全部要素。以“3R”为原则,进而在一定条件下将物质-能量-时间-空间-资金等要素有效地整合在一起,以产业生态链为纽带,实现经济效益、环境效益和社会效益协同优化。因此,发展循环经济不仅要注重提高局部环节直至循环过程中的物质、能量的利用效率,还必须高度重视资金的流动与增值。物质、能量的有效利用和资金的流动增值不能脱离时间-空间要素,脱离时-空概念的循环过程是难以想象的。因此,发展循环经济应以合理的时-空尺度的产业生态园为基本的单元,其中流程制造业往往是其重要构成部分。

发展循环经济是对经济的发展方式(特别是对流程制造业在后重化工时代中发展方式)的重大转折和创新,必然涉及从理论到生产活动、投资活动等一系列实践,必然涉及全局规划、区域规划等重大经济社会发展战略,必然涉及各行各业、各个不同领域的技术进步和创新,必将涉及一系列新政策、新措施、新办法的制定和实施。总之,发展循环经济需要通过构建包括理论-实践的、技术-工程的、经济运行的、制度-法律的和教育-道德在内一系列战略平台来推动。需要政府、产业界、经济界、科技界、社会界人士和广大公众的参与,共同努力,根据具体条件,找准切入点,才能逐步有序、有效的推进。

殷瑞钰:

钢铁冶金专家,中国工程院首批院士。1957年毕业于北京科技大学。历任唐山钢铁公司总工程师,副经理,河北省冶金厅厅长,冶金部总工程师、副部长,钢铁研究总院高级工程师、院长,中国工程院化工、冶金与材料学部主任,工程管理学部主任。现任钢铁研究总院名誉院长,中国金属学会副理事长,中国工程院主席团成员,并任东北大学、北京科技大学兼职教授、博士生导师。

长期在特大型企业、产业部门和科研单位从事科技与管理工作,在企业的发展战略、投资战略、财务管理、技术管理等方面有着长期的实践经验,并进行了理论研究,发表文章于诸多刊物上;对产业发展进行了战略性研究。尤其在钢铁工业科技进步和结构调整方面进行了系统研究,提出了钢铁工业未来的发展方向及经济-技术的评估。提出了钢厂生产流程的解析与集成,钢厂模式及结构优化的技术思路和理论分析。对钢厂设计、建设、技术改造有重要的指导意义。

致力于连续铸钢技术的推广、应用和开发,使我国钢铁工业连铸比从不足15%,全连铸的炼钢厂国内只有一家起步,经过殷瑞钰等的提倡、推动和锲而不舍的努力开发,使中国钢铁工业的连铸技术得到快速、健康的发展,2000年已达82%,全国连铸坯产量达1.04亿吨。这项技术进步对中国钢铁工业的结构调整具有重大意义。

作为首席科学家主持了国家攀登计划项目“熔融还原技术基础研究”。 该项基础研究提出了具有我国特色的工艺流程。并已通过科技部组织的鉴定验收。作为高校兼职教授,培养了一批中、青年科技人员。

主持“高效方坯连铸系统技术的研究”,1998年获国家冶金局(原冶金部)科技进步一等奖,1999年获国家科技进步二等奖;主编《钢的质量现代进展》(上、下篇),1997年获国家新闻出版署第八届全国优秀科技图书一等奖,由于对发展我国连铸技术,提出钢铁生产流程解析-集成,钢铁制造流程多维物流管制系统的理论框架和对中国钢铁工业科技进步、结构优化等方面的突出贡献,荣获1998-1999年度中国工程科技奖。 2002年被选为日本钢铁学会(ISIJ)名誉会员。

  

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