化工园区循环经济发展的规划构建

纪红兵，康德礼，刘利民，曹智启（中山大学化学与化学工程学院，广东广州5075；中山大学惠州研究院，广东 惠州5608）



化工园区

化工园区循环经济发展的规划构建

纪红兵1，2，康德礼2，刘利民2，曹智启1
（1中山大学化学与化学工程学院，广东广州510275；2中山大学惠州研究院，广东 惠州516081）

摘要：随着国家对化工行业环境保护和生态建设方面的要求越来越高，化工园区作为化工行业的聚集地和发展趋势，响应国家政策构建循环经济是当务之急。循环经济利用再循环技术和废弃物资源化技术，贯彻“减量化、再使用、再循环”的“3R原则”，降低有毒有害物质向环境的排放；同时构建循环经济能够促使化工园区挖掘资源潜力，提高资源利用率，使得资源的价值能够进一步体现。本文通过分析化工园区的产业链特征，并针对性地提出了化工园区构建循环经济的两方面工作：在原有产业链的基础上构建循环经济产业链以及完善服务系统。在构建循环经济产业链的过程中不仅要考虑工业代谢分析获得的产业接口，还结合产业链风险评估提出要引入增柔企业以控制产业链风险。在循环经济服务系统中特别提出建立循环经济信息平台，以打破地理限制扩展循环产业链。

关键词：可持续性；污染；再生；化工园区；循环经济

随着国家对环境问题的重视以及环保标准的进一步严格，化工园区作为化工产业的承载体所面临的压力越来越大。化工园区在为区域和国家创造大量经济增长做着重要贡献的同时也消耗着大量的资源，排放大量的废气、废水、废渣[1]。由于化工园区中发生的最重要的过程——化学反应过程的可逆性决定了化工园区中产出大量的中间产品以及废弃物，再加上化工园区中企业分布密集，这使得化工园区成为最具备条件、最有潜力、最迫切需要发展循环经济的经济体[2-3]。

近年来，随着国家政策的要求以及化工企业自身的需求，化工园区在数量和规模上都得到了长足的发展。从规模上来看化工企业和化工园区均呈现出大型化、规模化、一体化的特点[4-6]。这是因为化工行业属于资本和技术密集型行业，生产规模越大就越能充分地综合利用原料和动力资源，就越能体现出规模效应。从原料和能源来看化工行业消耗大量的自然资源以及大量的化石燃料，园区企业在地域上的积聚有利于资源和能源的梯级综合利用。基地化、园区化的化工企业聚集有利于企业之间上下游原料互供，公用工程集中建设、供应，“三废”集中处理，形成协同和优化效应。化工产业的园区化和一体化在一定层面上属于循环经济的范畴，原料的互供、公用工程的集中供应等都符合循环经济减量化、再利用、再循环的“3R”原则[7-9]。循环经济为化工园区带来大量的利益，例如空间资源的节约、水资源的节约、能源的节约、污染排放的降低等。因此对化工园区的循环经济做一个科学、合理的发展规划有利于园区的健壮发展，同时也是符合“十三五规划”中“绿色发展”的目标。

循环经济作为当今世界各国经济可持续发展的主流模式，在化工园区层面的应用实践也很多，其中不乏非常成功的案例[10-11]。化工园区层面上开展循环经济的实践最主要的形式为绿色园区和生态园区。绿色化工园区和生态化工园区都是在园区内通过废物交换资源化、清洁生产等手段实现进入园区的资源的“吃干榨尽”和能源以及水的梯级利用，实现闭路循环和多级利用。绿色化工园区和生态化工园区的不同之处在于绿色化工园区是基于工业代谢分析力求整个园区的代谢废物量尽量少；生态工业园区是模拟自然生态系统的工业生态系统，以达到物质和能源利用的最大化和废弃物排放最小化的目标。纪红兵等[12]基于循环经济的“3R原则”，结合化工园区的特点从绿色规划、绿色评价、提高环保水平、提高安全水平、提高园区智能化水平这五个方面提出了规范化构建绿色化工园区的建议。汪明峰等[13]以宁波化工园区为例，以产业生态学原理和循环经济理论为指导，从产业组织、空间规划、环境管理、公用辅助设施集成、文化认同这5个方面出发，构建生态化工园区发展的框架以及相应策略。

1 化工园区循环经济的要素分析

1.1 化工园区发展循环经济的迫切性

化工行业是国民经济发展的重要基础行业，为众多行业提供原材料，同时化工行业也是高耗能行业、资源密集型行业，三废排放量大，由于国内大量企业设备老旧、技术水平低下造成行业资源利用率不高。近年来国家为推进高能耗以及资源密集型行业的循环经济建设，出台了《循环经济促进法》和《循环经济发展战略及近期行动计划》等法律以及部门规章条例，特别针对园区在全国范围内开展园区循环化改造示范，出台循环改造指南。化工园区作为国家发展必不可少的基础行业以及园区高耗能、高排放、利用率低等现状亟需发展推进循环经济，贯彻落实国家低碳经济理念。

1.2 化工园区发展循环经济的合理性

化工园区作为化工企业的有机关联体，园区一般具有多条产业链，每一条产业链都与其他行业有着交叉相关。由于化学反应的可逆性以及复杂性，在主要产品生产的过程中有副产品以及废弃物产生。发展循环经济即是要将副产品以及废弃物利用起来，与其他产业关联，变废为宝。

化工园区规划构建循环经济体系通过对园区内产业链的合理规划布局，区内资源综合利用，能源梯级利用。利用过程系统工程的原理和方法，集成和优化园区的物料流、能量流、公用工程、信息流，提高园区的集成程度，构建出资源共享、相互关联的产业链网，达到资源、能源的最优利用，环境友好的目的。化工园区发展循环经济使得产业链上下游产品之间关联度提高，产业链支链之间耦合成网，园区内企业之间的关系更加紧密，相互的依存度更高，一体化程度提高。

1.3 化工园区产业链的特点

化工园区产业链的特点有：①产业链有上游、中游、下游之分，产业链上游一般为炼油或是乙烯裂解等大宗产品项目，中游多为化工中间产品，下游为精细化工产品以及聚合物、橡胶等大宗化工产品；②产业链多以上游项目为中心，各产业链支链纵向延伸发展，产业链横向联系相对较薄弱，产业链网络化程度较低；③产业链纵向发展，附加值增大，例如将天然气价值设置为 1，加工为甲醇后价值为2.11，加工为尿素价值为3.12，加工为聚氯乙烯价值为3.44；④由于化工行业危险性较大，园区产业链上很少有其他行业产业，具有较大的排他性。

工业园区循环经济产业链有废物利用型产业链、综合型产业链以及行业型产业链。由于化工园区明显的排他性以及纵向发展价值增长明显的特点，最合适化工园区发展循环经济的产业链模式为行业型循环产业链。发展行业型循环产业链不代表与其他行业不发生联系，是通过市场等间接方式发生联系而不是直接通过产品价值的方式。

要构建化工园区循环经济分为两步，第一步要构建园区循环经济产业链；第二步是构建循环经济服务系统。循环经济产业链的构建作为价值的直接体现在学术研究及实践应用中备受关注，循环经济服务系统例如利好的政策、先进的管理、技术创新、市场导向服务等都是循环经济产业链上价值增长能够得以体现和实现的基础和保证，因此必须要对构建服务系统引起足够的重视。

2 化工园区循环经济系统产业链构建

循环经济系统是秉承了绿色可持续发展理念的一种经济增长系统，依据“3R原则”构建基于资源全生命周期控制的优化系统。循环经济产业链是循环经济在园区的直观体现。

产业链是一个复杂的研究领域，涉及产业经济学、技术经济学、发展经济学、区域经济学以及管理学等多门学科的相关理论，构建产业链的过程中需要考虑物料供应、产业关联、附加值、产品全生命周期、循环足迹等多方面因素的影响。在化工园区，产业链和有形的价值链是重合的，原料沿着产业链从上游向下游流动，产品的价值越来越高，产业链上的企业通过供应产品实现资金的流转。

要构建化工园区的循环经济产业链需要遵守以下的原则：①价值增长原则，无论是产业链的纵向延伸还是横向耦合，产品的价值都不能降低，这是产业链能够存在的基础；②清洁原则，在产业链上的企业在生产过程中尽量节约原材料和能源，降低废弃物的量或者环境毒性；③柔性原则，不能因为构建循环经济产业链而导致原有产业链的柔性降低至不能接受的限制级，具体以评估风险的方式来决定；④可操作原则，立足于现有的产业链系统，结合产业发展导向，充分利用能够利用的废弃物和副产物，挖掘现有产业链之间的链接潜力，引进补链和增柔企业。

在具体规划构建的过程中依据循环经济的“3R原则”结合化工园区的实际情况，将产业链构建分为：①主产业链的构建，即主要考虑物料互供，引进补链和增柔企业；②辅助循环链构建，主要考虑水链、能量链、信息链等公用工程以及部分增柔企业。如图1所示。

值得说明的是，循环经济的构建在不同层面上可以分为企业层面、园区层面、区域层面，在本文中的构建论述主要集中在园区层面。

2.1 主产业链构建

在主产业链构建过程中将会用到的主要方法和工具有：工业代谢分析、产业风险评估、废弃物资源化利用技术和循环利用技术等。由于化工园区的产业链结构多为有一个上游企业，为下游企业提供原料，典型的化工园区物料供应链如图2所示。

图1 循环经济产业链构建示意图

首先需要利用工业代谢分析的方法对化工园区进行物料代谢分析。通过对园区上游企业的物料的投入产出进行量化分析，对各个投入产出环节的分析寻找可发展下游产业的途径和位置，为延伸产业链提供接口；寻找废弃物的资源化途径，延长有效基团在园区中的足迹。在工业代谢分析时常用的指标为再循环率、原料生产率及污染物产生率，计算方式如式(1)、式(2)、式(3)所示，从式中可以看出：再循环率和原料生产率越高越好，污染物产生率越低越好。

图2 典型化工园区物料供应链示意图

在工业代谢物料分析所获得的下游发展接口以及资源化接口，结合园区的产业特点以及区域产业发展导向，确定下游发展的产业；在随后的招商中引入具备竞争力的下游企业以及关联企业。发生存在多个能够承接发展或资源化接口的企业的情况时，对这些潜在的企业进行工业代谢分析，评估潜在企业对于产业链延伸能够贡献的下游发展接口能力以及能够与其他优势产业结合的能力，进而做出选择。在产业链延伸过程中应当注重产业链的招商，而不是着眼于单个企业，注重产业培育而不是政策的扶持。

在下游产业链延伸补链的过程中需要考虑产业链带来的经济效益，一般来说下游产业链与园区周边的优势产业进行结合会带来相对可观的经济效益，并且对于降低区域产业经济风险具有相对积极的影响。因此采用“tail to head”的产业链构建方式是最合理的，即通过对当地优势产业以及临近区域的优势产业未来市场做了科学的预测之后，寻找与化工行业相关的化工产品，进而确定与其他优势产业交联的化工产品链，从产业链末端向产业链龙头企业设计产业链。这样理论上找到的补链企业能够在区域产业风险不增大的前提下带来最大的经济效益。

在每个下游发展接口和资源化接口都需要评估引入补链企业会给产业链带来的风险，产业链层面风险主要有：①产业链柔性降低的风险，即由于有新的企业进入产业链，导致园区产业链网络化程度提高，在有个别企业发生异常时造成大范围异常的风险；②管理风险，由于化工园区下游企业一般规模较小，因此补链企业可能并未建立起完善的管理制度，规划随意性较大，若不服从园区产业链的要求可能会造成大范围的损失。

在对产业链进行风险分析时可能会发现某些关键企业的风险较大，由于产业链上的企业风险是会向链上其他企业扩散传递的，个别大风险的企业对产业链整体风险的贡献值较大，此时可以考虑引入增柔企业来降低产业链的风险。例如上游企业有大量的丙烯供给下游企业A，但是由于企业A生产的产品单一或是生产设备经常需要停产检修等造成企业 A风险较高，此时可以引入以丙烯为主要原料的企业B来降低产业链的风险，此时企业B即为增柔企业，如图3所示。对比产业链增柔前后，上游企业的在丙烯这一块的产业风险由于引入增柔企业B而得到大幅降低。上游企业作为园区产业链的核心企业其风险会随着物料供应链而向产业链的下端传递，降低上游企业的产业风险也就降低了整个产业链的风险。

图3 产业链增柔前后示意图

2.2 辅助循环链构建

辅助循环产业链构建在化工园区循环经济系统构建中所处的地位并不比构建主产业链的地位低，之所以将辅助循环产业链单独描述是因为在构建过程中的构建思路以及构建方法与主产业链构建有所不同。主产业链最主要实现进入化工园区的原料能够尽量多的循环，减少废弃物的排出量。辅助循环链主要实现公用工程在园区中能够发挥最大的作用，降低园区单位产出的资源消耗。辅助循环产业链主要包括水链、能量链、信息链。由于辅助循环链通过水链、能量链、信息链将产业链进一步网络化，可能会因此而导致产业链的柔性降低，因此有必要引入部分增柔企业。

工业代谢分析方法对于水链和能量链挖潜都是适用的。通过对规划中园区企业的用水和用能情况作企业级别和园区级别的水代谢和能量代谢，寻找园区中水和能量可以集成利用的点。在石化园区中不同企业和装置对水和能量的洁净度和温位的要求不同，因此可以考虑循环多次利用。通过对整个园区做针对水和能量的夹点分析，确定可以再利用的水和能量，实现水和能量的梯级利用，提高水和能量的最优化利用。石化园区中生产装置对能量的需求量大，集中供热从园区层面上看，能够减少企业锅炉的数量，对于减少园区单位用能煤耗，减少污染有着重要的意义。在水和能量的综合梯级利用过程中可能会造成产业链支链之间横向耦合更密切，造成产业链风险增大，因此需要对其进行风险评估，对于风险过高的企业可以相应的引入增柔企业或是采用多个来源的水或能量，如图4所示。

图4 降低产业链支链耦合带来风险示意图

信息链与循环经济产业系统中其他链条不同的是，信息链中并没有物质作为载体，但是确实是一条真实存在的链条，附属在园区运行的各个环节中。信息的传播需要依靠网络、电话、人才等实体来传播。石化园区目前正在从资本集约型向着技术集约型转化[14]，在这过程中信息起着至关重要的作用，对于园区内的企业也是如此。园区中拥有先进的物质循环利用技术经验的企业通过信息链将其技术经验传递到其他企业，其他企业通过借鉴学习提高自身的物质能量循环利用，园区的循环经济产业系统进而得到发展。因此构建一个通畅的信息服务平台有利于加快信息的流动，实现能源、废物源头信息化、系统化管理，通过对大数据的分析，可以对循环经济发展情况进行评估和预测，对进一步的决策提供前瞻性的数据支持。

园区内的辅助循环链可以将园区内不同物料供应链上的企业之间通过水、能量、信息流动联系起来，强化企业之间的协作联系，构建一个更加稳定的循环经济产业链网。

3 化工园区循环经济服务系统构建

化工园区构建循环经济产业系统，除了构建循环经济产业链之外，为循环经济产业链提供服务的部分是循环经济能够长期可持续发展的保障。服务系统中极为重要的3个方面是：政府的利好政策和管理、持久的创新研发以及全面的市场导向。

3.1 政策与管理

化工园区属地政府在权限范围内应对发展循环经济制定利好的地方政策。例如明确的奖惩政策，提供节能技改财政资助、节能技术示范推广财政资助、合同能源管理项目财政奖励和税收优惠、节能产品惠民工程财政补贴等激励措施；排污梯级收费，纯水梯级收费促使企业减少排污和鼓励污水资源化利用。对于资源循环利用产业重大项目以及技术示范产业化项目，财政直接投资或资金补助、贷款贴息及所得税优惠等。

由于构建循环经济是一个持续的过程，因此要求在管理方面借鉴戴明循环建立一个动态的评估改进机制。不断的评估建设情况，明确短期内需要进行建设的内容，确保在建设中能够贯彻规划。动态评估改进机制示意图如图5所示。

图5 动态评估改进机制示意图

3.2 创新研发

循环经济的发展与资源化技术的革新以及新的资源循环利用技术、新的节能技术等的出现息息相关，因此化工园区建设一个创新基地，专门开发新式循环经济技术，对于推进循环经济体系、体现循环经济红利具有不可或缺的作用。

考虑到化工园区企业在创新性技术特别是从园区层面出发的创新性技术方面投入的人员及资金较少，甚至没有的现状，可考虑如下推进。

（1）研发机构建设。依托园区企业已有的研发机构整合升级，通过与国内外知名大学联合，以建立联合实验室、信息共享网络建设、科技成果转化、技术联合攻关、产业发展规划等为内容，促进高校先进技术流向化工园区，促进高技术人才流向化工园区，促进产学研合作，降低园区企业的创新成本，促进循环经济新技术的更新换代。

（2）鼓励推进第三方研究“创客”平台建设。建设针对化工园区循环经济新技术开发建立科技孵化平台。类似于国内外火热的“创客模式”，科技孵化平台提供通用实验设备以及实验用耗材，需要进行技术开发的企业、团体以及个人通过会员制缴纳会费利用平台做技术开发和研究。为创新开发新技术降低开发成本，使得每一个创意都能够以最低的成本落地。

（3）树立先进文化伦理观。化工园区循环经济规划既是经济发展方式演进的一场革命，同时又是一场社会变革的一场革命。化工园区循环经济的发展与社会建设其实就是建设资源节约型与环境友好型社会，真正将“减量化、再利用、资源化”的原则落到实处，这一原则必须贯彻到产品的绿色设计和物质资源的开发与利用中。因此需要树立正确的生产伦理准则，形成新的道德观和自然伦理观。循环经济伦理观揭示了经济、生态环境与社会发展相互关系的内在伦理精神，反映的是经济、自然与社会应是共生共荣而不是此消彼长的关系，体现的是以人为本全面、协调、可持续的科学发展观，从而把人类的经济需求和生态规律内在地统一起来，把人类的暂时需求与后代人的长远利益统一起来[14]。

3.3 市场导向

化工园区发展循环经济一方面是为了减少污染，减少毒害，提高资源的利用率，另一方面也是园区挖潜、综合利用资源的一个重要途径。发展循环经济一方面依赖产业规划，另一方面市场的导向也是必不可少的。对于园区来说市场导向有两方面，即资源市场导向及市场空间导向。前者是通过传统的产品的供需来完成产业的导向发展；而后者是通过新兴的，以电子商务为载体的信息化导向。随着物流业的发展，园区循环经济产业链是可以打破地域的限制延伸到其他园区，市场空间导向即是为这种延伸提供了一个信息平台。因此构建针对小宗废弃物或副产品的循环经济信息平台，实现市场空间导向，对于延伸园区的产业链，提高资源利用率具有重要作用。不同的园区可以通过循环经济信息平台实现废弃物资源化、副产品价值化，不同园区之间通过供需链实现产业链延伸，对于循环经济一体化，园区资源循环利用区域一体化具有重要作用。

4 结 论

化工园区构建发展循环经济，要以园区现有的产业链为基础，构建循环经济产业链以及支持系统。在本文中分析了化工园区发展循环经济的迫切性、合理性，结合化工园区产业链特性，得出化工园区适合发展行业型循环经济产业链的结论。将化工园区发展循环经济分为构建循环经济产业链以及服务系统这两个方面。构建循环经济产业链通过工业代谢分析的方法确定补链企业，通过产业链风险评估来确定是否需要引入增柔企业。产业链构建的顺序为先构建主产业链后构建循环产业链，产业链构建宜采用从产业链尾部向产业链头部设计的方法，这样能够保证产业链能够深入关联产业，更具操作性。构建循环产业链也可能会引起产业链风险增大、柔性降低，也需要采取相应的增柔措施。特别需要注意的是信息链，随着石化园区向技术集中型转变的过程中信息链所起的作用将越来越重要。循环经济服务系统作为保障和基础，值得特别注意。除了常见的利好政策、创新平台搭建和资源市场导向之外，市场空间导向为延伸循环产业链提供了信息平台，对于加强园区间联系，延伸资源价值具有及其重要的作用。

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第一作者及联系人：纪红兵（1970—），教授，博士生导师，研究方向为绿色化工技术和化工园区管理。E-mail jihb@mail.sysu.edu.cn。

中图分类号：TQ-9

文献标志码：A

文章编号：1000-6613（2016）07-2279-06

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.07.048

收稿日期：2016-03-26。

基金项目：2015年广东省省级安全生产专项（2015-39）及广东省协同创新与平台环境建设专项（2014B090902006）。

Construction and planning of circular economy for Chemical Industry Park

JI Hongbing1，2，KANG Deli2，LIU Limin2，CAO Zhiqi1
（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：Along with the improvement of Chinese environment requirements of chemical industry，Chemical Industry Park，concentrative areas of chemical industry，should develop circular economy as soon as possible.Following the “3R principle”，“reduce，reuse，recycle”，circular economy employing recycling technology and waste resource utilization technology must reduce the pollutant and toxic emission.Beside，developing circular economy will urge Chemical Industry Park to develop potential of resources，promote value and increase utilize of fossil resources.The characteristic of industry chain is analyzed and two parts of developing circular economic for Chemical Industry Park are given.One is to fabricate circular economic industry chain based on the original industry chain and the other is to optimize the service system.During the construction of circular economy industry chain，an industrial metabolism analysis should be employed to determine the interface of industry，and risk evaluation technique should be used to control industry chain risk by importing.Establishing circular economic information platform for Chemical Industry Park to extend circular industry chain without geographical limitation should be especially emphasized in the service system.

Key words：sustainability；pollution；regeneration；Chemical Industry Park；cyclic economy