第四章清洁生产.

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1、化工环境保护技术,第四章 化工清洁生产概要,清洁生产概念的提出,自然稀释扩散,污染控制,清洁生产,工业生态学,可持续发展,通向可持续发展的不同阶段,原料采集,资源,加工制作,原料,产品,运销,商品,消费使用,废品,处置,排入环境,能量,产品的生命周期：从摇篮到坟墓,清洁生产与末端处理 末端处理：被动地在污染物产生之后方寻求解决 清洁生产：积极主动地以防范于未然的态度，及各种技术、方法，减少或消弭污染物的产生；强调产品生命周期分析、现场物质回流再利用、持续性改进及逻辑思维、态度的改变,清洁生产与末端治理思路上的差异,清洁生产与末端治理思路上的差异,环境保护：清洁生产 末端治理,两者构成了环境保护

2、的整体 相辅相成，相互弥补 优先选择清洁生产，然后选择末端治理,为什么推行清洁生产,我国存在着十大环境问题 环境问题仍然很严重,1、大气污染日益严重； 2、垃圾围城现象普遍； 3、水土流失难以遏制； 4、濒危物种生存环境缩小； 5、耕地资源逐年减少； 6、水域污染问题突出； 7、噪声污染普遍超标； 8、沙漠化不断扩大； 9、水资源呈现短缺； 10、森林资源供不应求,年水环境COD容量与实际排放量的比较 资料来源：国家环保总局，2004,年SO2环境容量和实际排放量的比较 资料来源：国家环保总局，2004,我国,我国生产单位产值所排放的污染物比发达国家要多,我国生产单位GDP与发达国家的比较,我

3、国生产单位产值所消耗的能源比发达国家要高,中国与发达国家能源消耗比较,注：以日本为基数1.00 资料来源：中国科学院可持续发展研究组，2000年中国可持续发展战略研究。,第一节 清洁生产进展,一 清洁生产的定义,1984年联合国欧洲经济委员会在塔什干召开的国际会议上给了无废工艺相当好的有深度的定义： “无废工艺乃是这样一种生产产品的方法（流程、企业、地区-生产综合体），借助这一方法，所有的原料和能量在原料生产消费二次原料的循环中得到最合理和综合的利用，同时对环境的任何作用都不致破坏它的正常功能”。, 1989年联合国环境规划署推出了清洁生产计划，在全球范围年提倡推行清洁生产。联合国环境规划署对

4、清洁生产的定义是：,“清洁生产是将综合性、预防性的环境战略持续地应用于生产过程、产品和服务中，以提高效率和降低对人类和环境的危害。,对生产过程来讲，清洁生产指节约能源和原材料，淘汰有害原材料，减少污染物和废物的排放和它们的有害性。 对产品来说，清洁生产指降低产品整个产品生命周期（包括从原材料的生产到生命终结的处置）对环境的有害影响。 对服务来说，清洁生产指将预防性的战略结合到设计和提供的服务中。”, 我国的中华人民共和国清洁生产促进法中定义清洁生产：不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料，采用先进的工艺技术与设备，改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用率，减少或避免生产、服务和

5、产品使用过程中的污染的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害,实施清洁生产的核心问题有两个： 一是资源、能源的利用水平是否提高； 二是污染物的产生量与排放量是否减少。 清洁生产既是一种提高资源效率、减小环境污染的工业生产方法，也是一种环境保护和可持续发展的概念，还是一种工业生产组织和管理的思路。,二、清洁生产的主要内容,生产清洁的产品 采用清洁的生产过程 使用清洁能源,清 洁 的 能 源,常规能源的清洁利用； 可再生能源的利用； 新能源的利用； 节能技术,地热,太阳能的利用,清 洁 的 工 艺,采用无毒、无害的原料 低污染工艺 减少排放 物料循环利用,清 洁 的 产 品,绿色产品：从

6、生产到使用乃至回收的整个过程都符合特定的环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，以及利用资源再生或回收循环再用的产品。,日本东京JVC公司的办公室里，一名雇员展示直径8厘米的环保DVD光盘和玉米棒。JVC公司采用科技手段研制出了一系列环保光盘，它们都是由以玉米淀粉为原料制成的塑料加工而成的。,绿色产品的环境标志, 绿色车辆, 绿色电视机, 绿色冰箱,根据经济可持续发展对资源和环境的要求，清洁生产谋求达到两个目标：,（1）通过资源的综合利用，短缺资源的代用，二次能源的利用，以及节能、降耗、节水，合理利用自然资源，减缓资源的耗竭，达到自然资源和能源利用的最合理化。,（2）减少废物和污染物的排放，促

7、进工业产品的生产、消耗过程与环境相融，降低工业活动对人类和环境的风险，达到对人类和环境的危害最小化以及经济效益的最大化。,第二节 化工清洁生产原理与技术,一 化工清洁生产原理 设计、生产安全化学品 采用无毒、无害的原料 尽量使用可再生原料 设计选择安全高效的化学反应,采用环境友好的溶剂、助剂、催化剂 催化剂使用由于化学试剂 合理使用和节省能源 预防污染的检测和控制 预防事故发生的安全化学,下页,日本旭化成公司和美国杜邦公司开发了用一氧化碳和胺直接氧化羰化合成氨基甲酸酯，然后分解生成异氰酸酯的方法。,非光气合成异氰酸酯,“原子经济性”,氯醇法(28.4%) CH3CH=CH2 + Cl2 +H2

8、O- CH3CH(OH)CH2Cl + HCl CH3CH(OH)CH2Cl + HCl + Ca(OH)2 + CaCl2 液相氧化法(76%) CH3CH=CH2 + H2O2 + 2H2O 气相氧化法(100%) CH3CH=CH2 + O2,原子节约反应路径：以合成环氧丙烷为例,环己酮肟的合成（拉西法）：,每生产1t己内酰胺就要产生2.8t硫酸铵。这样大量的硫酸铵盐生成是工厂难以处理的问题，同时生产过程长、能耗也高 。,环己酮肟生产新方法,意大利埃尼集团采用30%过氧化氢水溶液,在叔丁醇等溶液中，以钛硅分子筛（TS-1）为催化剂，进行环己酮氨氧化反应 。 环己酮转化率99.9%，环己酮

9、肟选择性98.2%，过氧化氢利用率为93.2%，新的生产过程不生成硫酸铵。,按照化学,苄氯羰化合成苯乙酸,传统方法：,此反应在水和有机物组成的两相体系中进行，加入相转移催化剂四丁基溴化铵等，促进反应加快。 用一氧化碳代替氢氰酸不仅避免使用剧毒原料，而且原料成本也大大降低。 这一反应不产生对环境有害的物质，反应后除生成氯化钠外，基本上无其他副产物生成。,紫杉醇(Paclitaxel)的制取,生物直接提取法 从太平洋紫杉树皮中提取，含量为0.0004%。树200年才成熟，剥皮后致死。 化学合成，由于分子结构复杂，多达40步反应，总收率为2%。 半合成路线（美癌症研究中心与BMS公司，1991）从树

10、叶嫩枝中提取10-DAB（10-脱乙酰基卡丁），通过化学合成接上一个侧链制成，需11个反应过程，7个分离过程，污染严重。 植物细胞发酵和萃取技术，用糖、氨基酸、微量元素、维生素做营养物，使紫杉系植物细胞被大量繁殖，经色谱法纯化、结晶分离，得紫杉醇。,超临界二氧化碳中的自由基溴代反应,甲苯的自由基溴代反应曾用溴和N-溴代琥珀酰亚胺（ CH2CO2）NBr (NBS)进行过研究,水/有机两相体系中的烯烃氢甲酰化反应,20世纪80年代以前，这一生产过程是采用溶于有机溶剂的钴或铑络合物作催化剂，在均相催化反应体系中进行的。 1984年德国Ruhrchemie AG公司开发成功了在以水溶性铑-膦络合物H

11、Rh(CO)(TPPTS) TPPTS：间-三苯基膦三磺酸钠，P(m-C6H4SO3Na)3为催化剂的两相体系中，丙烯氢甲酰化合成丁醛的过程,返回,环境友好工艺与产品的技术,总统绿色化学挑战奖,进化替代原则 全生命周期清洁产品开发,十二烷基苯合成催化剂： （1）HF （2）分子筛,例：十二烷基苯生产的绿色工艺,再生器,反应器,全生命周期清洁产品,化学品从：原料-生产-使用-废弃-回归自然 从摇篮到坟墓全过程没有污染 十二烷基苯合成新工艺,减量化原则 灵巧化学品合成,我国 氮肥产量世界第一，消费量世界第一，利用率3035 磷肥产量世界第二，消费量世界第一，利用率1020 钾肥产量世界第一，消费量

12、世界第二，利用率3550 主要原因：化肥分解速率与植物吸收速率不匹配 后果：污染水系，污染土壤，浪费资源，能源 解决方法：专用，变速，可控释放,灵巧化肥,多层变组分：根据植物对N、P、K 需求 时间分期释放。 包膜缓释： 大颗粒、包膜，过程无污染。 包膜剂可降解：控、缓释，减少流失， 无残留。 转鼓式流化床装置：造粒、包膜一次完成。 设备简单，大批量制备。有8万吨20万吨 /年工程实践经验。,产品工程 大粒可控缓释化肥制备,包涂技术用于灵巧农药、医药,用于高毒性农药的微量缓释技术，如纳米插层缓释 用于灵巧药品制备 维生素、肝炎疫苗（防分解） 代血浆（A异体血红蛋白 B复合酶，防异体排斥） 定向

13、组织进化（干细胞 复合酶） 致导型药物制备,A,B,包膜,二、化工清洁生产技术,1、生物工程技术 2、微波技术和超声技术 3、膜技术,新型大规模固态发酵反应器,生物质能源,甘油,返回,第三节 化工清洁生产实例,一、湿法磷酸清洁生产,二、氯乙烯清洁生产工艺,氯乙烯是有机合成化工中重要的中间体，工业生产方法主要有两种： 乙炔加成氯化法 乙烯氧氯化法,电石法生产聚氯乙烯工艺流程示意图（传统）,乙烯氯化法生产聚氯乙烯工艺流程示意图（清洁生产）,三、甲酸清洁生产工艺,CO + CH3OH HCOOCH3 羰基化反应 HCOOCH3 + NH3 HCONH2 + CH3OH 甲酸胺化反应 2HCONH2

14、+ H2SO4 + 2H2O 2HCOOH + (NH4)2SO4 (氨解反应),传统工艺：,清洁工艺：,陈云划课题组根据云南省实际, 利用黄磷生产的尾气 净化后作为原料制备甲酸。在分析研究国外先进生 产工艺的同时, 在大量小试基础上提出自己的“黄 磷尾气净化制甲酸”的生产工艺,“清洁生产”概念演化,第一层次 污染治理，达标排放 第二层次 循环利用，微排放、零排放 第三层次 “源头”治理，清洁工艺代替污染工艺 第四层次 “生态化工”，化学品全“生命周期”，即“诞生”到“消亡”的全过程与自然生态循环相协调 第五层次 生态工业园区建立，从非单一化学品生产着眼，地区内多种化学品生产过程之间耦合与自然

15、生态的协调，这个厂的废物另一个厂的原料,循环经济,二、循环经济(circular economy) 就是把清洁生产和废弃物的综合利用融为一体的经济，本质上是一种生态经济，是按照生态规律利用自然资源和环境容量，实现经济活动的生态化转向。是实施可持续发展战略，实现全球共容的一个重要途径。,经济发展趋势,知识经济,循环经济,两大趋势,循环经济的思想萌芽可以追溯到环境保护兴起的时期，以美国经济学家鲍尔丁提出的“宇宙飞船理论”作为循环经济的早期代表。,主要关注的是经济活动造成的生态后果，而经济运行机制本身始终落在他们的研究视野之外。,特别是可持续发展战略成为世界潮流的近几年，源头预防和全过程治理成为国家环境与发展政策的真正主流，人们在不断探索和总结的基础上，提出以资源利用最大化和污染排放最小化为主线，逐渐将清洁生产、资源综合利用、生态设计和可持续消费等融为一套系统的循环经济战略。, 60年代, 70-80年代, 90年代,1. 循环经济起源(origin of circular economy),循环经济是对物质闭环流动型经济的简称。循环经济的原则是“减量化、再利用、再循环”3R原则，其根本目标是要求人们在经济过程中系统地避免或减少废物，实现低排放或“零” 排放，进而实现经济活动的生态化。,2. 循环经济的内涵(connot