产品生命周期管理.pptx

产品生命周期管理生命周期：产品系统中前后衔接的一系列阶段，从原材料的获取或自然资源的生成，直至最终处置。一种产品从原料采集、原料制备、产品制造和加工、包装、运输、分销，消费者使用、回用和维修，最终再循环或作为废物处理等环节组成的整个过程的生命链。1应用于工业企业部门应用于工业企业部门产品系统的生态辨识与诊断。通过从摇篮到坟墓的分析，识别对研究影响最大的工艺过程和产品寿命阶段。另外，也可以评估产品的资源效益，即对能耗，物耗进行全面平衡，一方面降低能耗、物耗从而降低产品成本；另一方面，帮助设计人员尽可能采用利于环境的原材料和能源。产品环境影响评价与比较。以环境影响最小化为目标，分析比较某一产品系统内的不同方案或者对替代产品（或工艺）进行比较。例如通过分析燃油汽车和电力汽车，发现电力汽车的环境影响并不象通常认为的很小，而是要大于燃油汽车。2生态产品设计与新产品开发。直接将LCA应用于新产品的开发与设计中。再循环工艺设计。大量的LCA工作结果表明，产品用后处理阶段的问题十分严重，解决这一问题需要从产品的设计阶段就考虑产品用后的拆解和资源的回收利用。3LCA应用于政府环境管理部门和国际组织可借助于LCA进行环境立法和制定环境标准和产品环境标志。制定环境政策和建立环境产品标准。在环境政策与立法上，很多发达国家已经借助于LCA，制定“面向产品的环境政策”。实施生态标志计划。客观上促进了生态产品的设计、制造、技术的发展，为评估和区别普通产品与生态标志产品提供了具体的指标，客观上也刺激了生态产品的消费。优化政府的能源、运输和废物管理方案，LCA能够很好的支持政府的环境规划。4向公众提供有关产品和原材料的资源信息。与产品有关的环境数据和信息，全球尚无统一的来源，各国都在积极开展有关的数据收集、整理工作。例如美国国家环保局开展了大量的LCA研究，已经积累了一些主要的化学品的大量数据，成为产品设计和使用的第一手科学背景资料。荷兰资源环境部开展了“生态指标”计划，目前已经提出了100种原材料和工艺的生态指标，直接为设计人员选择原材料和生态工艺提供定量化的支持。5国际环境管理体系的建立。LAC直接促进了国际环境管理体系的制定。以1992年联合国环境与发展大会所通过的国际环境管理纲要为契机，国际标准化组织（ISO）于1993年6月成立了ISO/TC207“环境管理委员会”，开始起草ISO14000环境管理体系标准，与已被80多个国家和地区所广泛采用的ISO9000标准不同，ISO14000体系不仅关注产品的质量，而且对组织的活动、产品和服务，从原材料的选择、设计、加工、销售、运输、使用到最终废弃物的处理进行全过程的管理。该标准旨在促进全球经济发展的同时，通过环境管理国际标准来协调全球环境问题，试图从全方位着手，通过标准化手段来有效地改善和保护环境，满足经济持续增长的需求。6LCA用于消费者组织消费者组织主要利用LCA指导消费者进行环境友好产品的消费以及对公众行动进行全过程的环境评价。7生命周期评价方法目标定义和范围界定清单分析生命周期影响评价改善评价8目标与范围确定确定目标和范围是LCA研究的第一步。一般需要先确定LCA的评价目标，然后根据评价目标来界定研究对象的功能、功能单位、系统边界、环境影响类型等等，这些工作随研究目标的不同变化很大，没有一个固定的模式可以套用，但必须要反映出资料收集和影响分析的根本方向。另外，此研究是一个反复的过程，根据收集到的数据和信息，可能修正最初设定的范围来满足研究的目标。在某些情况下，由于某种没有预见到的限制条件、障碍或其它信息，研究目标本身也可能需要修正。9清单分析清单分析的任务是收集数据，并通过一些计算给出该产品系统各种输入输出，作为下一步影响评价的依据。输入的资源包括物料和能源，输出的除了产品外，还有向大气、水和土壤的排放。在计算能源时要考虑使用的各种形式的燃料和电力、能源的转化和分配效率以及与该能源相关的输入输出。10影响评价在LCA从中，影响评价是对清单分析中所辨识出来的环境负荷的影响作定量或定性的描述和评价。影响评价方法目前正在发展之中，一般都倾向于把影响评价作为一个“三步走”的模型，即影响分类、特征化和量化评价。影响分类特征化量化评价。11影响分类将从清单分析得来的数据归到不同的环境影响类型。影响类型通常包括资源耗竭、人类健康影响和生态影响3个大类。每一大类下又包含有许多小类，如在生态影响下又包含有全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、光化学烟雾和富营养化等。另外，一种具体类型，可能会同时具有直接和间接两种影响效应12特征化特征化是以环境过程的有关科学知识为基础，将每一种影响大类中的不同影响类型汇总。目前完成特征化的方法有负荷模型、当量模型等，重点是不同影响类型的当量系数的应用，对某一给定区域的实际影响量进行归一化，这样做是为了增加不同影响类型数据的可比性，然后为下一步的量化评价提供依据。13量化评价量化评价是确定不同影响类型的贡献大小，即权重，以便能得到一个数字化的可供比较的单一指标。14改善评价根据一定的评价标准，对影响评价结果做出分析解释，识别出产品的薄弱环节和潜在改善机会，为达到产品的生态最优化目的提出改进建议。15硅酸盐水泥各种生产工艺LCA方法近20年来，我国水泥产量一直位居全球第一，但另一方面，水泥生产工艺落后的问题仍然十分突出。统计表明，2004年我国立窑工艺、湿法回转窑工艺和新型干法工艺生产的水泥产量所占比重分别为59.%、8.1%和32.5%，新型干法工艺生产水泥产量不到总产量的1/3。巨大的水泥生产规模和落后的生产工艺不仅加剧资源和能源紧张态势，而且排放大量污染物。就能源消耗而言，统计表明，2003年全国水泥工业消耗能源1.0108t标准煤，约占全国能源总耗量的6%，而同年度水泥工业总产值(1.4951011元)，仅占国内生产总值的1.28%。在水泥生产过程中，排放的污染物包括废气、废水和噪声等，以废气尤其是颗粒物为主。16水泥生产有3种典型工艺，即立窑工艺、湿法回转窑工艺和新型干法工艺。对这三种工艺进行生命周期评价，从而得到不同工艺生产水泥的环境负荷，为水泥的环境性能改善、新工艺和新技术的发展提供方向和指导。17目标和范围的确定功能单位：1kg42.5等级硅酸盐水泥；评价目标：确定不同工艺生产功能单位水泥的环境负荷。评价范围：基于生命周期理论，评价范围界定为水泥产品的厂内生产过程及其周边环境。其中：厂内生产过程是指原料依次经过预处理、生料粉磨、煅烧、熟料磨和水泥均化等工序，最终成为水泥产品的生产全过程。周边环境是指外部资源和能源的投入和污染物的排放等。18原料、能源消耗和污染物排放清单原料组分：石灰石、石膏、粘土和铁粉等；在干法生产工艺中，除这些组分外，还包括掺入粉煤灰和矿渣等工业废渣。能源消耗：各生产工序的电耗和煤耗；污染物：颗粒物、SO2、NOX和CO2等。在比较不同水泥生产工艺的环境影响时，未考虑不可再生资源和颗粒物排放造成的环境影响以及污染物对人体健康的影响。根据上述评价范围和数据确定方法，可得到典型水泥生产工艺的资源、能源消耗和污染物排放数据如下表所示。19项目项目立窑工艺立窑工艺湿法工艺湿法工艺干法工艺干法工艺水泥原料石灰石1.12591.22411.0737粘土0.16650.1990石膏0.05680.04440.0511铁粉0.06130.02630.0285粉煤灰0.0980矿渣0.1376能源消耗标准煤0.19530.19400.0938电力/kWh0.08300.11120.0966污染物排放颗粒物3.25E43.43E42.55E4二氧化硫3.993E49.033E43.501E4氮氧化物2.4E32.262E31.419E3二氧化碳1.07031.12700.807320影响评价对于水泥生产来说，主要影响类别包括不可再生资源消耗(ADP)、不可再生能源消耗(EDP)、温室效应(GWP)、人类健康损害(HT)、环境酸化(AP)和营养化作用(NP)等6项。为了比较不同环境影响类别的作用程度，必须将各环境影响类别转化为同一标准下的量化数据，可用各环境影响类别的环境负荷当量数与世界环境负荷的总当量数之比值表示，称之为环境污染相对指数，详见下表。21单位单位/a立窑工艺立窑工艺湿法工艺湿法工艺干法工艺干法工艺不可再生资源消耗(ADP)10-141.491.471.32不可再生能源消耗(EDP)10-142.802.901.59温 室 效 应(GWP)10-143.053.272.38环境酸化(AP)10-148.6310.506.82营养化作用(NP)10-144.914.923.32人类健康损害(HT)10-145.636.794.1522从表中数据，干法工艺水泥生产的环境影响远低于立窑工艺和湿法工艺。考虑到现阶段先进的干法工艺产量在我国水泥总产量中所占比重还较低，因此通过行业结构调整，用干法工艺替代其他工艺，是降低我国水泥生产环境负荷的有效途径。23四种通用工程塑料的生命周期评价采用LCA方法比较PE、PP、GPPS、PVC4大通用工程塑料的环境影响,以便更好地选用材料,为塑料制品工业的生态设计提供参考。在评估4大材料生命周期的环境影响时，研究的起止点放在原油的开采、原油的运输、原油的提炼、聚合体的生产、废物处置方面，而材料的使用阶段不在考虑之列，废物处置则选择了环境影响较大的填埋方式，而这种填埋方式也是在我国城市固体废弃物处置中被普遍采用的。能源生产中所带来的环境排放按照各阶段的能耗比计入其中。评价范围选用的功能单元是1000kg。4种材料的实际工艺流程图和每一生产过程的数据如下。24251000kgPE，PP，GPPS，PVC资源消资源消耗耗化合物化合物消耗的资源消耗的资源/kg化合物化合物消耗的资源消耗的资源/kg原油原盐原油原盐PE1.507-GPPS1.975-PP1.443-PVC0.730.56261000kgPE，PP，GPPS，PVC能耗与能耗与排放排放材料材料工序工序COCO2 2/kg/kgSOSO2 2/kg/kg其它其它/kg废水废水/t废渣废渣/kg能耗能耗/MJ聚乙烯原油开采372.112.519.0523.80388.48原油运输107.590.77117.88原油分馏92.740.40NOx：4.710-50.243.44736.42石脑油等裂解1482.674.61NOx：0.0020.64734.6715231.72裂解气分离3153.0822.35213.437524.65PE生产1191.5311.89乙烯：2.0175.286213.938428.77废弃填埋8.78NOx：0.17 CH4：13.0118.8127材料材料工序工序COCO2 2/kgkgSOSO2 2/kgkg其它其它/kg废水废水/t废渣废渣/kg能耗能耗/MJ聚丙烯原油开采347.32.38.4322.21364.06原油运输102.00.73111.75原油分馏86.590.370.233.23687.68石脑油等裂解1384.614.29NOx：0.0020.632.35 14223.56裂解气分离2944.6120.83199.317017.39PP生产1207.3412.05烃类：2.7745.53217.488591.2废弃填埋8.78NOx：0.17 CH4：13.0118.8128材料材料工序工序COCO2 2/kgkgSOSO2 2/kgkg其它其它/kg废水废水/t废渣废渣/kg能耗能耗/MJ聚苯乙烯原油开采493.513.3111.9431.49515.37原油运输140.981.01157.94原油分馏123.010.514NOx：4.810-50.317977.68石脑油等裂解1966.606.09NOx：0.00280.8645.9820201.69裂解气分离4177.6129.58282.799969.48芳烃提取788.755.500.9153.194518.32乙烯和苯烷基化2303.6716.23155.36 12159.16乙苯脱氢6908.3043.735.79434.01 38224.43GPPS生产343.695.638NOx：0.1464.1451.693500.81废弃填埋8.775NOx：0.17 CH4：13.0118.8129材料材料工序工序COCO2 2/kgkgSOSO2 2/kgkg其它其它/kg废水废水/t废渣废渣/kg能耗能耗/MJ聚氯乙烯原油开采164.041.214.3611.46187.71原油运输66.950.3757.40原油分馏44.650.190.1161.66354.67石脑油等裂解713.972.22NOx：0.0010.31216.697334.6裂解气分离1518.3310.76102.783623.41氯气生产2279.8720.18Cl2：7.610-54.665314.517096.34氯乙烯生产2440.2324.61EDC：4.93 CO：1.0313.37471.9917035.06PVC生产1451.7814.64VCM：0.34 PVC：0.0114.3264.2710135.0废弃填埋8.775NOx：0.17 CH4：13.0118.8130将材料的编目数据划分为资源消耗、能源消耗、废气、废水、废渣排放5个方面。分别针对PE、PP、GPPS、PVC这4种材料进行了比较，结果如图所示3132GPPS在资源消耗、能源消耗、废气排放及废渣排放中影响最大，PVC在能源消耗、废气排放及废渣排放中居其次，但其废水排放量最高，资源消耗最小。PE与PP在这5项分类中影响相差不大。这种差别不仅源于资源的消耗不同，而且还与其各自的生产工艺相关。PE与PP、GPPS同为石油化工的加工产品，由于PE与PP的上级原料乙烯、丙烯其化学结构相似，根据质量分配原理分配物耗，可知单位质量的乙烯和丙烯所消耗的原油基本相同，PE和PP化学结构相似，生产过程也相似，因而相同质量的PE和PP生产中消耗的乙烯与丙烯相近，其能耗及环境排放物也相似；33而GPPS生产中所使用的上级原料是苯乙烯，苯乙烯是乙烯联产品C6成分的深加工产品，在质量分配中相同质量的苯乙烯和乙烯消耗原油之比约为1.41，由此可知产品质量相同时，GPPS原油消耗约是PE的1.4倍。能耗方面，生产GPPS时，由于其苯乙烯生产工艺(主要是能耗大的乙苯脱氢工序)的加入，使得GPPS的能耗剧增，在这4种材料中能耗居于首位。由于在实际生产中大量使用的是二次能源(如电、水蒸汽等)，相应地由这些二次能源所带来的废气、废水、废渣排放量也随之增多34。PVC生产的主要原料是乙烯和氯气，其原料各占其生产物耗的43.6%和56.6%，生产中乙烯量的降低引起油耗的降低，这样使得生产相同质量的产品时，PVC的原油消耗量显著低于其它材料。PVC废水排放量的突增除了一部分是由氯气生产及氯乙烯生产环节所需大量电力生产带来的废水排放外，另一部分则是由于其独特的悬浮聚合工艺导致耗水量较大，因而使其整个生命周期阶段的废水排放总量在这4种材料中居于首位。由此可见，资源消耗量越大，工艺环节越多，则材料生产过程中的能耗以及废气、废水、废渣排放量也越高。35为了能使环境影响表现得更加直观，采用不同的LCA方法将4种材料的环境影响表示为单一的环境负荷值，鉴于采用的影响因子需具有可比性，这里选取了瑞士的Ecopoint97方法、荷兰的CML2baseline2000及丹麦的EDIP/UMIP96方法。上述3种方法均采用SETACLCA的思想将环境影响进行分类表征，归一化后取权重，从而得到单一的环境负荷值。3637按照这3种方法计算后，得到如下结果：这4种材料的排列顺序大致为GPPSPVCPEPP。只是当我们采用Ecopoint方法时，由于固体废弃物的归一化因子与权重的影响，使得固体废弃物成为决定环境负荷大小的决定性因素，从而使得废弃物排放量最大的PVC成为4大材料中环境负荷最高的材料，但是由于GPPS材料生产的CO2、SOX的排放及能源消耗造成的环境负荷高于PVC，这样使得GPPS的环境负荷与PVC的环境负荷差别不大；38而当采用EDIP/UMIP96方法和CML2baseline2000方法计算时，我们发现GPPS的环境负荷远高于PVC的环境负荷，这是因为此时采用的归一化因子及权重系数使得温室效应、人体毒害、酸化效应及资源消耗等影响因子共同决定总体环境负荷的大小，由于GPPS的这几项环境影响因子均高于PVC，使得其环境负荷在这4种材料中也居于首位。考虑到工业废渣可以回收利用，这样可以使得废渣对环境造成的负荷值减小，由此我们可以按照EDIP/UMIP96方法和CML2baseline2000方法得到的结论判断这4种材料环境负荷的高低，即GPPSPVCPEPP。39