化學(xué)工業(yè)節(jié)能減排研究

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前言

化學(xué)工業(yè)推動著人類社會和物質(zhì)文明的快速發(fā)展，也為人類社會作出了重大的貢獻(xiàn)，同時伴隨而來環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重，因此化學(xué)工業(yè)表現(xiàn)出的“貢獻(xiàn)”和“環(huán)境污染問題”的兩重性對化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域的科研工作者和生產(chǎn)人員提出了挑戰(zhàn)。用綠色的化工工藝取代傳統(tǒng)的化工工藝是綠色化學(xué)工程與工藝所提出的思想，通過在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中，在無毒、無害的反應(yīng)條件下去采用無毒、無害的原料來進(jìn)行反應(yīng)，同時使整個反應(yīng)具有高選擇性，進(jìn)而能夠最大限度地減少副產(chǎn)物的生成。要達(dá)到此目的，必須在化工行業(yè)推行清潔生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)零排放，把污染消滅在生產(chǎn)過程中。文章針對傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展問題，通過對綠色化學(xué)工程與工藝對化學(xué)工業(yè)節(jié)能的促進(jìn)作用進(jìn)行探討，從而在我們國家今后的化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中環(huán)保性和節(jié)能性提供參考依據(jù)。1綠色化學(xué)工業(yè)概念綠色化學(xué)又稱“環(huán)境無害化學(xué)”“、環(huán)境友好化學(xué)”“、清潔化學(xué)”，綠色化學(xué)的最大特點(diǎn)是在始端就采用預(yù)防污染的科學(xué)手段，因而過程和終端均為零排放或零污染。其研究目的在于尋找充分利用原材料和能源且在各個環(huán)節(jié)都潔凈和無污染的反應(yīng)途徑和工藝。綠色化學(xué)工業(yè)是把綠色化學(xué)的思想引入傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，并此基礎(chǔ)上產(chǎn)生對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境無害的化學(xué)工業(yè)過程。

2綠色化學(xué)工程與工藝的開發(fā)

早期人們對化學(xué)工業(yè)所引起的環(huán)境污染常常采用的辦法是“末端治理”，開發(fā)了多種環(huán)境保護(hù)手段，如：水處理技術(shù)、大氣污染防治技術(shù)、固體廢棄物處理技術(shù)和噪聲治理技術(shù)等，對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)作出了重要貢獻(xiàn)。但隨著人類社會和物質(zhì)文明的不斷發(fā)展和進(jìn)步，環(huán)境污染的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于治理環(huán)境污染速度，并且治理環(huán)境污染的費(fèi)用不斷增加，而且治標(biāo)不治本。而綠色化學(xué)工程與工藝是用綠色的化工工藝取代傳統(tǒng)的化工工藝，采用無毒、無害的原料，在無毒、無害的反應(yīng)條件下進(jìn)行，使反應(yīng)具有高選擇性，最大限度地減少副產(chǎn)物的生成。從而在化工行業(yè)推行清潔生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)零排放，實(shí)施綠色化工生產(chǎn)，從污染的源頭防止污染的發(fā)生。綠色化學(xué)工程與工藝在化學(xué)工業(yè)中具體實(shí)施方法主要有以下幾種。

2.1原料的綠色化

在化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)中，原料的選擇是決定化學(xué)生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝的主要因素之一，綠色化學(xué)工程與工藝以無毒無害的原料作為綠色化學(xué)工業(yè)重點(diǎn)研發(fā)目標(biāo)，選用可再生資源作為綠色化學(xué)原料，如生物質(zhì)資源包括植物、農(nóng)作物、林產(chǎn)物、海產(chǎn)物（各種海草）和城市廢棄物（報紙、天然纖維）采用生物轉(zhuǎn)化法通過一系列的反應(yīng)轉(zhuǎn)化得到醇、酮、酸類等常見的化工原料，在轉(zhuǎn)化過程中依賴各種微生物在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生出我們所需要的各種化學(xué)品，整個過程清潔無污染，這都是綠色原料應(yīng)用的典型。

2.2催化劑的綠色化

近幾年來，隨著化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，采用合理的化學(xué)反應(yīng)應(yīng)用在化工生產(chǎn)過程中成為了現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。在常規(guī)的化學(xué)反應(yīng)中都離不開催化劑的使用，正確合理的使用催化劑不僅可以加速反應(yīng)進(jìn)程，改善化學(xué)反應(yīng)的選擇性和提高轉(zhuǎn)化率，提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低加工成本，而且從根本上減少或消除副產(chǎn)物的產(chǎn)生，減少環(huán)境污染，最大限度地利用各種資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。目前，針對化學(xué)反應(yīng)催化研究已經(jīng)研發(fā)出各種催化劑，例如，在精細(xì)化工生產(chǎn)中，已使用安全的固體催化劑分子篩、雜多酸等來替代有害的液體催化劑濃硫酸，從而簡化了工藝過程，減少“三廢”的排氣量。

2.3溶劑和助劑的綠色化

在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中，無論是化學(xué)反應(yīng)過程，還是化學(xué)產(chǎn)品的分離過程，都會使用大量的溶劑或者助劑來克服反應(yīng)或分離過程中的特殊障礙，但是這些溶劑和助劑都是有毒的，往往會對人類健康和社會環(huán)境造成負(fù)面影響，所以開發(fā)出無毒無害的溶劑和助劑也是綠色化學(xué)工業(yè)重點(diǎn)研發(fā)目標(biāo)之一。合適的綠色的溶劑和助劑不僅僅能使反應(yīng)加速進(jìn)行，也能使反應(yīng)能耗低、效果更好、選擇性更高以及產(chǎn)品更容易分離，更有利于環(huán)境保護(hù)。例如，現(xiàn)已開發(fā)出各種離子液體來應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中的化學(xué)反應(yīng)提供新的反應(yīng)環(huán)境，也應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中的分離過程進(jìn)行產(chǎn)品與副產(chǎn)物的分離。

2.4能源的綠色化

在化學(xué)工業(yè)中，從獲取的化學(xué)原料到發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)以及反應(yīng)產(chǎn)物的分離和純化等各個環(huán)節(jié)均伴隨能量的產(chǎn)生和消耗，而且耗能巨大。然而，在化工生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)中，若反應(yīng)是吸熱的，則需要在反應(yīng)開始時加入熱量來使反應(yīng)進(jìn)行完全；若反應(yīng)是放熱的，則需要冷卻以移出熱量來控制反應(yīng)進(jìn)行。同樣在化工過程的分離與純化中，可通過精餾、萃取、再結(jié)晶、超濾等操作來實(shí)現(xiàn)，也需要消耗大量能量。所以找到合適的能源也是綠色化學(xué)工業(yè)重點(diǎn)研發(fā)目標(biāo)。例如，比較清潔的能源有電能、光能、微波以及超聲波等能量，其中電能是運(yùn)用較多的一種，在利用天然、無毒、手性的維生素B12為催化劑的電催化反應(yīng)中可以實(shí)現(xiàn)在溫和中性條件下的自由基環(huán)氧化。

3綠色化學(xué)工程與工藝對化學(xué)工業(yè)節(jié)能減排中的促進(jìn)作用

近些年來，在國內(nèi)的化學(xué)工業(yè)中，綠色化學(xué)工程與工藝主要應(yīng)用在以下幾個方面。

3.1清潔生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用

在化工行業(yè)清潔生產(chǎn)包括清潔生產(chǎn)過程、清潔的產(chǎn)品以及清潔的能源等三個方面。而在化學(xué)工業(yè)節(jié)能減排中，主要以清潔生產(chǎn)過程為主。清潔生產(chǎn)過程是指在生產(chǎn)中盡量少用和不用有毒有害的原料，采用少廢、無廢的新工藝和高效設(shè)備，改進(jìn)常規(guī)的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝；盡量減少生產(chǎn)過程中的各種危險因素，如高溫、高壓、易燃、易爆、強(qiáng)噪聲、強(qiáng)震動等；采用可靠、簡單的生產(chǎn)操作和控制。已有的化學(xué)工業(yè)中清潔生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用案例為：磷肥工業(yè)清潔生產(chǎn)工藝、鉻酸酐生產(chǎn)工藝的綠色化改造、環(huán)氧丙烷的清潔生產(chǎn)、對苯二甲酸二甲酯氧化尾氣的回收利用、二氯苯胺的清潔生產(chǎn)以及苯甲醛的清潔生產(chǎn)工藝等，這些清潔生產(chǎn)技術(shù)對化學(xué)工業(yè)節(jié)能減排有促進(jìn)作用，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)工業(yè)的綠色化，對人類健康和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)作出了重要的貢獻(xiàn)。

3.2與生物技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用

在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，綠色化學(xué)工程與工藝常常與生物技術(shù)相結(jié)合，采用生物煉制技術(shù)將可再生資源轉(zhuǎn)化化學(xué)原料，進(jìn)而合成出所需要的化學(xué)品。通過這種技術(shù)得到的化學(xué)原料相對于一般的工業(yè)原料來講，反應(yīng)效果和催化效率較好，反應(yīng)產(chǎn)生的污染物和廢棄物較少，還具有良好的無污染性、高效性、節(jié)能性。生物煉制是開拓創(chuàng)新型技術(shù)，是生產(chǎn)能源、材料與化工產(chǎn)品的新型工業(yè)模式。例如，全作物生物煉制方法以油菜、大豆、甘蔗、玉米等為原料，采用發(fā)酵技術(shù)，用基因組合方法在有氧條件下生成1，3-丙二醇重要的化工中間體。

3.3環(huán)境友好型的化學(xué)品的應(yīng)用

大力發(fā)展綠色化學(xué)工程與工藝可以使化學(xué)工業(yè)為我們生產(chǎn)出更符合社會、自然環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境友好型產(chǎn)品，在生活中有許多具體應(yīng)用實(shí)例。例如，已被聯(lián)合國列為新一代環(huán)保制冷劑含雜原子N、Si的三氟碘甲烷（FIC-1311）來替代傳統(tǒng)制冷劑氟利昂，F(xiàn)IC-1311不損耗臭氧層，溫室效應(yīng)可以忽略，對環(huán)境破壞作用較??；2005年美國環(huán)境保護(hù)署已批準(zhǔn)的新型熏蒸氣體殺蟲劑硫酰氟來替代溴甲烷，殺蟲效果比溴甲烷好，對堅(jiān)果和干果氣味無影響，同時對臭氧耗損潛能值為零，對大氣臭氧層無影響。

4結(jié)束語

在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的過程中運(yùn)用綠色化學(xué)工程與工藝的思想，從化工生產(chǎn)的源頭上采用無毒無害的原料、催化劑、溶劑等，使用節(jié)能減排的生產(chǎn)工藝，采用清潔生產(chǎn)的技術(shù)，能夠降低化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中能源消耗，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。因此，開發(fā)和應(yīng)用綠色化學(xué)工程與工藝對現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，也是促進(jìn)現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要前提條件。

作者：劉冠辰 單位：吉林化工學(xué)院