基于层次分析法的煤制甲醇过程环境风险评估研究

王旭

青岛科技大学环境与安全工程学院 （山东青岛 266042）

0 引言

近年来，我国经济的快速增长给生态环境带来了巨大的压力，不断爆发的环境风险问题已引起社会各界的重视。我国已经进入经济高速发展、环境污染事件高频率发生、环境污染损失居高不下的发展阶段。“十一五”以来，我国环境保护形势明显好转，污染物减排取得明显成效，但环境污染事件依然频频发生。据相关统计，2008～2013年，我国共发生突发环境事件3108起[1]。《中国环境统计年报》数据显示，2006～2013年，我国环境污染治理投资额逐年缓步增加，2013年投资额是2006年的3倍以上[2]，见图1。高额的环境污染治理投资金额不仅反映出国家对环境保护、治理方面的关注度日益提升，也说明环境污染已经制约了国家经济、社会的发展。

图1 我国2006～2013年环境污染治理投资金额

我国自然资源具有富煤、少油、缺气的特点[3]。据统计，2013年煤炭资源探明储量1145亿t，占世界探明储量的13.3%，居世界第三位[4]。因此，在此后很长一段时间内，我国的能源结构仍将以煤为主。严峻的环境风险形势已经成为经济发展的重要约束条件之一，对煤化工过程中的环境风险进行合理有效的评估成为目前亟待解决的问题。甲醇是一种无色、透明、有毒且易燃的液体，是重要的基础化工原料，其消费量在世界范围内仅次于苯、乙烯等。我国属于煤炭能源大国，以煤为原料制备甲醇是重要的甲醇生产途径。然而煤制甲醇过程中存在着一定的环境风险，需要格外引起人们的重视。煤制甲醇主要生产工序包括煤气化、变换、酸脱以及合成[5]。大量有毒有害、易燃、易爆物质存在于甲醇的生产过程中，这些物质的潜在危险性较高，一旦发生事故，将造成严重的环境污染和巨大的经济损失。因此，对煤制甲醇过程进行合理的环境风险评估，并以此提出合理的建议及管理措施可以适当地减少环境污染事故的发生。本课题以山东某企业为例，对煤制甲醇过程进行环境风险评估分析，并运用层次分析法对其风险指标进行排序。

1 煤制甲醇过程环境风险等级评价指标体系

1.1 指标选取原则

煤制甲醇过程环境风险等级评价指标体系的构建比较复杂，涉及到生态、技术、经济、管理等多方面因素。其环境风险等级评价指标的划分必须根据实际，客观地反映环境风险的本质特征，风险等级划分指标的筛选与构建应遵循科学性、系统性、层次性、可操作性及相对独立性等原则[6]。

1.2 构建指标体系

根据评价指标选取原则，结合我国煤制甲醇过程的实际情况和具体需求，构建煤制甲醇过程环境风险评价指标体系。将煤制甲醇过程环境风险评价设为一级指标A；生产运行、设备装置、环境敏感性、环境风险管理、环保设施等5个指标设为二级指标B；三级指标C的划分具体为：生产运行划分为生产规模、生产工艺及生产过程中涉及到的危险物质，设备装置划分为设备故障率、设备维修保养合格率、设备更新改造率，环境敏感性划分为人口密度、敏感目标的个数及附近高风险企业的数量，环境风险管理划分为安全管理、综合管理和应急预案、应急演练，环保设施划分为有效除尘装置、废气与废水的回用和处理。

指标划分具体情况见图2，应用层次分析法对各层次指标进行排序分析。

图2 煤制甲醇过程风险等级划分指标体系

2 层次分析法计算

2.1 建立层次分析结构

建立层次分析结构模型，如图2所示。

2.2 构造判断矩阵

设评价系统中有n个环境因子，通过两两相互比较和判断，就每一层次各环境因子的相对重要性bij列出n×n阶矩阵C，称为判断矩阵。以矩阵形式表述每一层次中各指标的相对重要度，为使判断定量化，层次分析采用1～9标度方法，对不同情况的评比结果给予数量标度，见表1。

以生产运行B1、设备装置B2、环境敏感性B3、环境风险管理B4、环保设施B5为准则，对煤制甲醇过程的风险等级A进行划分，参考企业运行现状并运用专家打分法来构造一级判断矩阵，如表2所示。

表1 层次分析标度表

表2 一级判断矩阵

2.3 对判断矩阵进行计算及一致性检验

（1）计算判断矩阵每行元素乘积的n次方根

（2）计算二级指标的权重

将上述结果组成向量并且对其进行规范化，wi=w 为指标权重，经计算，5项二级指标的权重分别为w1=0.5129，w2=0.2022，w3=0.1323，w4=0.0464，w5=0.1062。

（3）计算判断矩阵的最大特征根

λmax=经计算，λmax=5.1689。

（4）矩阵的一致性检验

为检查构成的判断矩阵及导出的权重向量的合理性，需要对判断矩阵进行一致性检验，利用一致性比率指标 CR进行检验，CR=CI/RI，其中 CI=为一致性指标，RI为平均随机一致性指标，RI值见表 3[7]。经计算，CR=0.0377，CR＜0.1，表明该矩阵有较好的一致性。

表3 对应1～9的平均随机一致性指标RI值

参照上述方法构造并计算因素层的情形。以生产规模C1、涉及到的危险物质C2、生产工艺C3为三级指标对生产运行构造二级判断矩阵，计算得到三项指标的权重分别为0.2583，0.6372，0.1055；最大特征根 λmax=3.0385，CR=0.0332＜0.1，表明该矩阵有良好的一致性。以设备故障率C4、设备维修保养合格率C5、设备更新改造率C6为三级指标对设备装置构造二级判断矩阵，计算得到三项指标的权重分别为0.6000，0.2000，0.2000；最大特征根 λmax=3.0000，CR≈0，表明该矩阵具有良好的一致性。以人口密度C7、敏感目标的个数C8及附近高风险企业的数量C9为三级指标对环境敏感性构造二级判断矩阵，计算得到三项指标权重分别为0.2143，0.1807，0.6050；最大特征根 λmax=3.1124，CR=0.0969＜0.1，表明该矩阵具有良好的一致性。以安全管理C10、综合管理C11、应急预案、应急演练C12为三级指标对环境风险管理构造二级判断矩阵，计算得到三项指标的权重分别为0.4405，0.1986，0.3609；最大特征根 λmax=3.1167，CR=0.1006≈0.1，可认为矩阵具有良好的一致性。以有效除尘装置C13、废气的回用和处理C14、废水的回用和处理C15为三级指标对环保设施构造二级判断矩阵，计算得到三项指标的权重分别为0.1428，0.4286，0.4286；最大特征根 λmax=3.0000，CR≈0，表明该矩阵具有良好的一致性。

2.4 计算结果与结论

就案例企业的煤制甲醇过程而言，根据表2中一级判断矩阵的计算结果，通过权重值可以判断出B1＞B2＞B3＞B5＞B4，即这 5个因素对环境风险的影响从大到小分别为生产运行、设备装置、环境敏感性、环保设施、环境风险管理。根据二级判断矩阵的计算结果，可以判断出每一个二级指标下划分的三级指标对环境风险影响的重要程度，在生产运行下划分的三个指标中C2＞C1＞C3，即涉及到的危险物质项对环境风险影响最大，同理可以推断出设备故障率、附近高风险企业数量、安全管理以及废气和废水的回用与处理等对煤制甲醇过程的环境风险影响较大。

3 结语

国内煤制甲醇企业数量不断增多，生产规模不断扩大，由此带来的环境风险和事故危害也随之增大。运用层次分析法对煤制甲醇过程的环境风险评估能够对煤制甲醇企业的安全管理及污染物的合理排放提供较为可靠的帮助，使企业更容易发现生产过程中存在的问题，并基于这些问题提出合理的解决措施，对企业的绿色、安全生产具有重要意义。

[1]中华人民共和国环境保护部.环境统计年报 [Z].www.mep.gov.cn/zwgk/hjtj/,2015-3-2.

[2]黄格省,李振宇,王建明.我国现代煤化工产业发展现状及对石油化工产业的影响[J].化工进展,2015,34(2):295-302.

[3]郭成义.中国煤化工的现状及展望[J].煤炭技术,2013,32(11):11-12.

[4]中华人民共和国环境保护部.中国环境统计年报:2009[M].北京:中国环境科学出版社,2010.

[5]任晓东.煤制甲醇主要危害源分析及安全生产应对策略[J].同煤科技,2011(1):17-19.

[6]张瑜,高琳.企业环境风险等级划分指标体系的构建及评价研究[J].中国商贸,2012(21):48-49.

[7]卢仲达,张江山.层次分析法在环境风险评价中的应用[J].环境科学导刊,2007,26(3):79-81.