化学工业节能减排研究

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前言

化学工业推动着人类社会和物质文明的快速发展，也为人类社会作出了重大的贡献，同时伴随而来环境污染问题越来越严重，因此化学工业表现出的“贡献”和“环境污染问题”的两重性对化学工业领域的科研工作者和生产人员提出了挑战。用绿色的化工工艺取代传统的化工工艺是绿色化学工程与工艺所提出的思想，通过在化学工业生产过程中，在无毒、无害的反应条件下去采用无毒、无害的原料来进行反应，同时使整个反应具有高选择性，进而能够最大限度地减少副产物的生成。要达到此目的，必须在化工行业推行清洁生产，实现零排放，把污染消灭在生产过程中。文章针对传统化学工业的发展问题，通过对绿色化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用进行探讨，从而在我们国家今后的化学工业生产中环保性和节能性提供参考依据。1绿色化学工业概念绿色化学又称“环境无害化学”“、环境友好化学”“、清洁化学”，绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。其研究目的在于寻找充分利用原材料和能源且在各个环节都洁净和无污染的反应途径和工艺。绿色化学工业是把绿色化学的思想引入传统化学工业生产中，并此基础上产生对人类健康、社区安全、生态环境无害的化学工业过程。

2绿色化学工程与工艺的开发

早期人们对化学工业所引起的环境污染常常采用的办法是“末端治理”，开发了多种环境保护手段，如：水处理技术、大气污染防治技术、固体废弃物处理技术和噪声治理技术等，对生态环境的保护作出了重要贡献。但随着人类社会和物质文明的不断发展和进步，环境污染的速度远远快于治理环境污染速度，并且治理环境污染的费用不断增加，而且治标不治本。而绿色化学工程与工艺是用绿色的化工工艺取代传统的化工工艺，采用无毒、无害的原料，在无毒、无害的反应条件下进行，使反应具有高选择性，最大限度地减少副产物的生成。从而在化工行业推行清洁生产，实现零排放，实施绿色化工生产，从污染的源头防止污染的发生。绿色化学工程与工艺在化学工业中具体实施方法主要有以下几种。

2.1原料的绿色化

在化学产品生产中，原料的选择是决定化学生产过程和生产工艺的主要因素之一，绿色化学工程与工艺以无毒无害的原料作为绿色化学工业重点研发目标，选用可再生资源作为绿色化学原料，如生物质资源包括植物、农作物、林产物、海产物（各种海草）和城市废弃物（报纸、天然纤维）采用生物转化法通过一系列的反应转化得到醇、酮、酸类等常见的化工原料，在转化过程中依赖各种微生物在细胞内产生出我们所需要的各种化学品，整个过程清洁无污染，这都是绿色原料应用的典型。

2.2催化剂的绿色化

近几年来，随着化学工业的快速发展，采用合理的化学反应应用在化工生产过程中成为了现代化学工业可持续发展的重要因素之一。在常规的化学反应中都离不开催化剂的使用，正确合理的使用催化剂不仅可以加速反应进程，改善化学反应的选择性和提高转化率，提高产品质量、降低加工成本，而且从根本上减少或消除副产物的产生，减少环境污染，最大限度地利用各种资源，保护生态环境。目前，针对化学反应催化研究已经研发出各种催化剂，例如，在精细化工生产中，已使用安全的固体催化剂分子筛、杂多酸等来替代有害的液体催化剂浓硫酸，从而简化了工艺过程，减少“三废”的排气量。

2.3溶剂和助剂的绿色化

在化学工业生产过程中，无论是化学反应过程，还是化学产品的分离过程，都会使用大量的溶剂或者助剂来克服反应或分离过程中的特殊障碍，但是这些溶剂和助剂都是有毒的，往往会对人类健康和社会环境造成负面影响，所以开发出无毒无害的溶剂和助剂也是绿色化学工业重点研发目标之一。合适的绿色的溶剂和助剂不仅仅能使反应加速进行，也能使反应能耗低、效果更好、选择性更高以及产品更容易分离，更有利于环境保护。例如，现已开发出各种离子液体来应用于化学工业生产过程中的化学反应提供新的反应环境，也应用在化学工业生产过程中的分离过程进行产品与副产物的分离。

2.4能源的绿色化

在化学工业中，从获取的化学原料到发生的化学反应以及反应产物的分离和纯化等各个环节均伴随能量的产生和消耗，而且耗能巨大。然而，在化工生产的化学反应中，若反应是吸热的，则需要在反应开始时加入热量来使反应进行完全；若反应是放热的，则需要冷却以移出热量来控制反应进行。同样在化工过程的分离与纯化中，可通过精馏、萃取、再结晶、超滤等操作来实现，也需要消耗大量能量。所以找到合适的能源也是绿色化学工业重点研发目标。例如，比较清洁的能源有电能、光能、微波以及超声波等能量，其中电能是运用较多的一种，在利用天然、无毒、手性的维生素B12为催化剂的电催化反应中可以实现在温和中性条件下的自由基环氧化。

3绿色化学工程与工艺对化学工业节能减排中的促进作用

近些年来，在国内的化学工业中，绿色化学工程与工艺主要应用在以下几个方面。

3.1清洁生产技术的应用

在化工行业清洁生产包括清洁生产过程、清洁的产品以及清洁的能源等三个方面。而在化学工业节能减排中，主要以清洁生产过程为主。清洁生产过程是指在生产中尽量少用和不用有毒有害的原料，采用少废、无废的新工艺和高效设备，改进常规的产品生产工艺；尽量减少生产过程中的各种危险因素，如高温、高压、易燃、易爆、强噪声、强震动等；采用可靠、简单的生产操作和控制。已有的化学工业中清洁生产技术应用案例为：磷肥工业清洁生产工艺、铬酸酐生产工艺的绿色化改造、环氧丙烷的清洁生产、对苯二甲酸二甲酯氧化尾气的回收利用、二氯苯胺的清洁生产以及苯甲醛的清洁生产工艺等，这些清洁生产技术对化学工业节能减排有促进作用，实现了化学工业的绿色化，对人类健康和生态环境的保护作出了重要的贡献。

3.2与生物技术相结合的应用

在化学工业生产中，绿色化学工程与工艺常常与生物技术相结合，采用生物炼制技术将可再生资源转化化学原料，进而合成出所需要的化学品。通过这种技术得到的化学原料相对于一般的工业原料来讲，反应效果和催化效率较好，反应产生的污染物和废弃物较少，还具有良好的无污染性、高效性、节能性。生物炼制是开拓创新型技术，是生产能源、材料与化工产品的新型工业模式。例如，全作物生物炼制方法以油菜、大豆、甘蔗、玉米等为原料，采用发酵技术，用基因组合方法在有氧条件下生成1，3-丙二醇重要的化工中间体。

3.3环境友好型的化学品的应用

大力发展绿色化学工程与工艺可以使化学工业为我们生产出更符合社会、自然环境可持续发展的环境友好型产品，在生活中有许多具体应用实例。例如，已被联合国列为新一代环保制冷剂含杂原子N、Si的三氟碘甲烷（FIC-1311）来替代传统制冷剂氟利昂，FIC-1311不损耗臭氧层，温室效应可以忽略，对环境破坏作用较小；2005年美国环境保护署已批准的新型熏蒸气体杀虫剂硫酰氟来替代溴甲烷，杀虫效果比溴甲烷好，对坚果和干果气味无影响，同时对臭氧耗损潜能值为零，对大气臭氧层无影响。

4结束语

在化学工业生产的过程中运用绿色化学工程与工艺的思想，从化工生产的源头上采用无毒无害的原料、催化剂、溶剂等，使用节能减排的生产工艺，采用清洁生产的技术，能够降低化学工业生产过程中能源消耗，实现人与自然的和谐，保护生态环境。因此，开发和应用绿色化学工程与工艺对现代化学工业的发展至关重要，也是促进现代化学工业可持续发展的重要前提条件。

作者：刘冠辰 单位：吉林化工学院