费用的增加,风险显著降低;Ⅱ区是费用效果转折区,在该区有一定的费用效果;Ⅲ区为费用效果低效区,该区每降低一点风险值,要花费很高的费用。三个区相比,Ⅰ区在降低风险方面可能做的不够;Ⅲ区在投入费用与降低的风险相比较而言,虽然随着费用的增加,风险也在降低,但是在经济上不合算;Ⅱ区的用于降低风险的投入费用与实际取得的降低风险效果达到了较好的平衡,环境管理者尽力使曲线向上和左移动(达到同样的安全程度,花费较少)。因此,正确的风险管理是把可接受风险水平控制在某一特定的范围内,此范围取决于多项社会和经济因素,如消费者的期望,宣传教育以便消费者做出选择,企业所需付出的代价及最终转嫁到消费者身上的费用,控制和减轻人体与生态暴露的能力,对商贸的影响,采用危害较小替代物品的可能性,加强管理的能力,以及对未来法规政策的影响[87]。
风险管理是基于效用理论(Utility Theory)进行的。风险管理的最终目的是采用最低的投入,达到最大的风险控制水平。效用是经济学概念,在经济学中,效用被定义为精神满足感和财富之间的关系,是衡量精神收益(Pscyic Gain)的尺度,是一种给投资者带来投资满足的程度。效用的大小取决于个人的效用函数,反映一定生活水平上的个人投资效用的公式或曲线。用来描述风险投入和风险收益之间的关系,揭示企业决策者或政府机关的风险应对态度。但是,效用理论有一定的局限性,特别在对极端概率或极端利益表现出的有限理性现象,另外,对于同一问题,在不同的时间可能得到不同的效用曲线。
目前,国内研究者已经充分意识到风险管理的重要性,对风险管理的任务和方法均有所研究。如李霞等提出风险管理的任务是提高成本效益的风险损失预防,有预见的进行风险分析及筹措长期稳定的资金[88]。李峰采用管理树和危险树法(Management Oversight & Risk Tree,MORT)作为企业的风险管理方法,通过分析变化及能量转移,追寻进行企业风险管理的方法[89];马志祥运用事故树法通过油气管道运行的风险分析,指出影响油气管道运行安全的因素包括第三方破坏、腐蚀、误操作、设计和自然灾害五种可能的风险源,并提出了风险的控制措施和建议[90];汪立忠等对突发性污染事故的风险管理研究进展进行了论述,提出风险管理的管理计划、应急措施和减缓措施,他认为突发性环境污染事故风险管理还存在许多难题没有完善地解决,如风险评价的定量化及风险评价外推过程不
26
确定性,有关组织机构网络和法律法规体系尚未配套,污染的连续监测预警系统十分缺乏,应急监测和应急措施的方法、技术体系有待建立和完善等[91];在风险管理水平衡量中,李其亮等采用模糊数学法对于工业园区环境风险管理水平的进行了评价,建立了园区风险管理水平的评价指标体系,并进行工业园区环境风险区划[92~93]。目前,我国风险管理方法的研究处于起步阶段,风险评价的结论多是提出事故预防与应急预案,没有具体的风险管理体系。 2.3.5 存在问题
项目事故风险评价在我国经过十几年的发展,无论在模型还是在方法上均有所进步,但目前评价中尚存在缺乏成套的标准体系、风险评价的定量化不足、风险评价与风险管理脱节等问题。
本文正是基于这些问题,试图通过对煤气化工业企业风险评价和风险管理的研究,提出风险评价的标准体系,建立煤气化工业企业风险管理体系。
27
3 煤气化工业企业环境风险评价与风险管理
3.1 煤气化工业技术特征及其风险
3.1.1 煤气化工业的发展、技术特征及其产品 3.1.1.1 煤气化工业的发展
煤气化技术已有100多年的研究开发和商业化应用历史。19世纪50年代,西门子公司开发出用于生产燃气的第一台阶梯式炉蓖的煤气发生炉。20世纪20年代,合成氨和甲醇工业的出现催生了合成气化学工业,煤气化技术开始用于合成气生产。
20世纪80年代初期美国和加拿大为解决两国边境酸雨问题时提出了“洁净煤”(Clean Coal)的概念。其中洁净煤技术(Clean Coal Technology ,CCT)的含义是:旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。在洁净煤技术中,煤的气化是一种应用广泛的技术。洁净煤气化主要体现在环境保护、煤种适应性和煤利用效率方面。由于煤炭气化后,制成的合成气可以脱除硫化物等污染物,大幅度降低煤炭直接燃烧带来的环境污染。可以说煤炭气化技术是现代洁净煤技术的核心[94]。
在我国,由于常规能源储量中石油、天然气储量明显不足,而煤炭储量丰富。我国化工生产现状中,大部分化工产品是从石油加工而的,更加剧了石油供给紧张的局面。近年来,国际原油价格飞涨的形势迫切需要用煤化工产品替代部分石油,以减少我国对进口石油的依赖。而用煤化工代替石油化工的起点就是煤气化工业。
3.1.1.2 煤气化技术
煤气化是借气化剂使煤转化为燃料气或合成气的过程,为达到一定的化学组成和足够快的反映速度,通常在高温(>900℃)和一定的压力下进行,所涉及的反应包括[95]:
煤热解 CH4+CO+CO2+H2+H2S +C(半焦)
C+O2=CO2+ 409kJ/mol C+1/2O2=CO+123kJ/mol
28
C+H2O=CO+H2-119kJ/mol C+H2O=CO+H2-162kJ/mol CO+ H2O= CO2+H2O+ 42kJ/mol CO+H2=CH4+H2O+206kJ/mol
目前世界上应用比较广泛的煤气化技术有德士古水煤浆气化(Texaco)、谢尔干煤粉气化(Shell)、鲁奇公司循环流化床技术(CFB)、固定层常压气化(UGI)和鲁奇块煤加压气化工艺((Lurg)[96]。
(1)德士古水煤浆气化技术
德士古水煤浆气化技术属于气流床气化技术,是将粗煤磨碎,加入水、添加剂、助溶剂制成水煤浆,煤浆浓度一般为65%~70%,经煤浆加压泵喷入气化炉,与纯氧进行燃烧和部分氧化反应,气化温度1300~1400℃,压力6.5Mpa。该煤气化技术是我国目前大型煤气化工业企业主要选用的技术。
(2)谢尔煤气化技术
粗煤经磨成粉、干燥后用氮气输送至粉煤储存器,粉煤通过上煤锁斗系统加压,并与氧气和水蒸气混合后通过成对喷枪送入气化炉。粉煤、氧气和水蒸气在气化炉内反应,使气化炉温度保持在1400~1600℃,煤灰熔化并以液态形式排出高温粗煤气与冷循环煤气混合后温度降至900℃,进入废热锅炉,产生10.0 MPa、420℃的高压过热蒸汽,粗煤气进陶瓷过滤器将煤气中的飞灰与气体分离,送煤气为163℃,含尘1mg/m3。
(3)鲁奇循环流化床技术
粗煤经破碎至5mm以下,进煤计量槽,经水冷螺旋进料器送至气化炉下部,与蒸汽、氧气反应而被气化。气化压力为0.15MPa,温度1050℃,气体停留时间4~6s,流速4m/s。气体中夹带的固体在循环旋风分离器内脱除,煤气再通过洗涤饱和塔脱除NH3、Cl-和其它水溶性化合物、灰尘,使气体含尘量小于5mg/m3,同时冷却到40℃。
(4)固定层常压气化技术
煤从气化炉炉顶加入,并向下移动,从炉底进入的气化剂氧气(空气)、水蒸气与煤逆流相遇。煤下移的速度由炉底排渣速度控制,煤沿气化炉下移而被从炉底燃料层上来的气体加热,使原料沿整个床层高度有一个温度分布,由上而下
29
形成干燥区、干馏区、还原区、氧化区和灰渣区。氧化区和还原区的温度一般为850~1000℃,煤气出口温度为300~450℃。该技术为我国中、小氮肥企业所普遍采用,但国外已基本被淘汰。
(5)鲁奇块煤加压气化工艺
鲁奇块煤加压气化工艺是一个自热式、逆流移动床生产工艺,用氧气、水蒸气为气化剂,在3.0MPa、900~1000℃条件下进行气化。煤由煤斗间断地加入煤锁中,然后进入气化炉,在炉中气化生成的煤气从气化炉上部煤裙外围环形空间出来,温度为617℃,再进入洗涤冷却器。在洗涤冷却器中与来自洗水循环泵(温度为204℃)的水一起经文氏管进行洗涤和冷却,温度降为20℃,且为水汽所饱和,出洗涤冷却器的气体进入废热锅炉,温度降为181℃后,经气水分离罐送变换工段。
3.1.1.3 煤气化工业产品
煤气化工业产品,按工艺步骤分为煤制合成气、合成气加工和下游产品深加工等三个层次(见图3-1) 煤气化 合成气 醇醚类:甲醇、DME 碳氧化合物:醋酸 烃类:烯烃、汽、柴、煤油 其它:H2、H2/N2 下游产品 图3-1 煤气化工产品分层示意图[97]
(1)煤制合成气
水煤浆或干煤粉经过部分氧化法气化后,生成合成气(CO+H2),是煤化工的第一个层次。水煤浆气化在国内已经工业化,在年产30×104 t合成氨和20×104 t甲醇工艺中已成功应用。
(2)合成气加工
合成气加工工艺主要有三条路线:醇类、烃类和其它碳氧化合物的合成。醇类合成包括合成气制甲醇、二甲醚(DME)、乙醇、低碳混合醇和进一步制乙二醇等;烃类合成有合成气制烷烃、低碳烯烃、芳烃和各类油品等;其它含氧化合物的合成有合成气羰基化制醋酸、酸酐、草酸等。它们可单独成为工业产品,也是可进一步加工的中间品。
30