绿色化学工艺.

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1、绿色化学工艺,第一章 绪论,化工与人类社会 化工与资源 化工与环境 环境污染治理,一.化工与人类社会 1. 化工概述 化学工业、化学工程和化学工艺。 2. 化工在人类社会发展中的作用 (1)工业革命的助手 (2)发展农业的支柱 (3)战胜疾病的武器 (4)改善生活的手段,二. 化工与资源 化学工业的资源： 矿物资源（煤、石油、天然气、及其它相关矿源、硫铁矿、磷矿、盐矿） 生物资源（粮食、农业废物、木材及其加工产品、生物质及相关物质） 水（淡水、海水、盐湖水） 资源分类： 不可再生资源：煤、石油、天然气及其它矿物资源 可再生资源：粮食、农业废物、木材及其加工产品、生 物质及相关物质,三. 化工与

2、环境 1. 人类面临的重大环境危机 (1)全球变暖 (2)臭氧层破坏 (3)大气污染 (4)淡水资源的污染与短缺 (5)海洋污染 (6)生物多样性减少 (7)垃圾围城 (8)放射性污染 (9)战争：生态环境的灾难 (10)土地退化和沙漠化 (11)森林锐减 人类面临的这些环境问题中，前9个直接或间接与化工生产或化工产 品有关。化工与环境密不可分,2. 化工生产与环境污染 从化学工业的发展过程来看，化工污染大体可分为三个阶 段： 化学工业污染发生期 化学工业污染发展期 化学工业污染泛滥时期 化工污染物种类： 按性质 无机化工污染 有机化工污染 按形态 废气 废水 废渣 化工污染物产生原因、进入环

3、境途径,四. 环境污染治理 1. 人类环境意识的觉醒 标志事件：寂静的春天（Silent Spring）一书发表 2. 污染治理三个时期 稀释废物来防治环境污染 管制与控制时代 具体措施末端控制 防止污染 从源头上防止和消除污染,第二章 基本原理,绿色化学工艺的定义和内容 实现绿色化学工艺的途径 绿色化学工艺应遵循的原则 绿色化学工艺的评估,一. 绿色化学工艺定义和内容 涵 义：在绿色化学基础上发展的化学生产技术，又称环境友好 工艺或清洁工艺。绿色化学工艺是一种新的创造性的思 想(或理念)。 理论基础：物质和能量平衡理论；最优化理论 特 点：持续性 预防性 研究内容： 绿色化学工艺起始原料性质

4、的研究 新型溶剂和各类助剂的研究开发 新反应过程（新合成方法、新催化剂、新型反应器、新反应条件， 高选择性）的研究与开发 产物（终端产品或目标产品）性质的研究,二、实现绿色化学工艺途径 (1) 改变原料路线用可再生资源代替不可再生资源； 用清洁原料代替有毒有害原料 (2) 改变反应条件更新反应试剂；更新溶剂；更新催化 剂 (3) 目标产品的安全设计 (4) 全过程分析与控制,三. 绿色化学工艺应遵循的原则 (1) 树立预防为主的理念 (2) 目标产品生产过程中应最大限度地利用合成所用的所有原料 (3) 生产过程使用和产生的物质对人类健康和环境基本无害 (4) 化工产品设计在降低毒性的同时必须保

5、证功效 (5) 尽量不用辅助物质，必须用时采用无毒的 (6) 尽量减少能源需求，并考虑其环境与经济影响 (7) 在技术经济可行时应使用可再生原料 (8) 尽量避免不必要的衍生作用 (9) 催化助剂优于仅起化学计量配比的助剂 (10)化学产品在其使用后应能分解为无害物 (11)开发实时在线分析方法，在有害物形成前进行控制 (12)选择化工过程使用的物质形态时应降低其产生意外事故,原子经济性 转化率()(反应物实际转化为产物的质量/理论上反应物转化为产 物的质量)100 产率或收率()(目的产品的质量/理论上原料变为目的产物所应得 的产品的质量)100 概念：使用E和F作为起始原料，整个反应结束后

6、只生成C，E和F中的原 子得到了100%利用，也即没有任何副产物生成。 原子经济性或原子利用率(%)=(被利用原子的质量/反应中所使用全部反 应物分子的质量)100 有机合成中常见反应的原子经济性 分子间结构互变或异构化的重排反应 加成反应 取代反应 消去或降解反应,四. 绿色化学工艺的评估 分阶段评估的方法： 从原料、反应条件、反应类型、目标产品出发 - 可否再生 - 是否安全 - 原子经济性 - 无害 毒性 能耗 安全性 试剂类型 具体实施应考虑： 对人类是否安全 是否损害野生生物 对局部环境的影响 对全球环境的影响,第三章 绿色化学工艺研究与开发,催化剂与绿色化学工艺 计算机与绿色化学工

7、艺,一. 催化剂与绿色化学工艺 1. 催化剂 (1)催化剂神奇的反应导向工具 催化剂：催化剂（Catalyst）又称触媒，一种能改变化学反应速度，而 在反应中自身并不消耗的物质。 作 用：降低反应活化能；有选择地加快化学反应速率；改变化学反应 方向。 特 点：整个化学反应过程，催化剂加入量少；本身不参加反应，反应 前后不发生任何变化；处理后可多次反复使用。 分 类： 按组成分 按形态分 (2) 催化剂的两面性 用于解决环境污染问题；造成环境污染,2. 绿色化学工艺对催化剂提出的要求 考察角度环境友好和经济性 环境友好要求 催化剂自身应该是无毒的。催化剂构成材料应该是环境友好的，特 别杜绝催化剂

8、在高温下分解，产生有毒气体； 催化剂所涉及的反应原料和反应产物应该是无毒的。原料无毒容易 实现，但反应副产物产生不可避免，要求副产物无毒； 催化反应的后序分离过程也无毒。如萃取操作萃取剂加入。 经济性要求 催化剂自身的制造成本低，应由非金属构成，催化剂制造工序简单； 催化剂具有良好的操作特性。有好的稳定性和使用寿命。防止使用 过程分解变性，增强其抗毒性； 催化剂应有较好的活性及选择性。,3. 新型绿色催化剂 (1) 新型酸碱催化剂超强酸固体催化剂；超强碱固体 催化剂；杂多酸催化剂 (2) 夹层催化剂 (3) 相转移催化剂 (4) 仿酶催化剂 (5) 沸石分子筛催化剂,二. 计算机与绿色化学工艺

9、 1.计算机在绿色化学工艺中的作用 2.计算机在绿色化学工艺中的主要应用 (1) 在分子尺度上，应用计算机辅助有机合成； (2) 预测体系物理性质及反应动力学参数； (3) 在设备尺度上，应用计算机辅助反应、分离设备的开发、 设计和优化； (4) 优化配置工艺的局部环节； (5) 在全系统尺度上，计算机优化各模块间的功能和模块间 的组合方式。,第四章 绿色化学技术,经济发展对电力工业的要求 我国发电能源结构的现状与预测 常规燃煤发电的主要问题 绿色煤电 未来绿色煤电的基本特征为：各种污染物近零排放；副产品可利用； 发电效率大幅度提高；发电成本可接受。 未来火电站要达到能源(Energy)、环境

10、(Environment)、经济性 (Economy)三者相结合，既要有较高的能源利用率，较好的经济性， 又要具有良好的环保性能。,联合循环发电的热力学原理 联合循环相对于单一循环 蒸汽轮机兰金循环 燃气轮机布雷顿循环 联合循环是将蒸汽轮机和燃气轮机相结合 理想热机的循环热效率,基本流程 IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle)是一个涉及能 源、化工和环境等诸多学科的复杂系统，是空气分离技术、煤的 气化技术、煤气的净化技术、高性能的燃气蒸汽联合循环技术 以及系统的整体化技术等多种高技术的集成体。 IGCC发电技术主要由两大部分组成，即煤的气化与净

11、化部分和燃 气蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空 分装置、煤气净化设备(包括硫的回收装置)，第二部分的主要设 备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。,技术优势 高效率 环保性能好 耗水量少 易大型化 能利用多种先进技术使之不断完善 能充分综合利用煤炭资源 发展概况 IGCC技术的发展已经过原理概念性开拓验证阶段，进入商业示范验证 阶段。,多联产总能系统概念 IGCC多联产系统是指以煤(也包括石油焦、沥青、重质渣油等化石 燃料)气化为源头，把发电、供热、化工产品生产联合起来的能源转换 利用系统。 系统的最核心部分是其产品电、热、冷和化工产品，它们的生 产过程在多联产系统中不是简单的叠加，而是有机的耦合和集成，从 而比各自单独生产可以简化工艺流程，减少基本投资和运行费用，降 低各个产品的价格，调节多个产品之间的“峰谷”差，使得各流程优 化运行。,