《发展绿色化工》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发展绿色化工（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、随肴全球范围内人口的膨胀、能源和资源的短缺、环境污染问题的廿益突出，世界律国政府 以及人们在亨受现代科学与技术给人们带来的巨大便利和快乐的同时，也逐渐意识到人们未 来面临的巨大生存危机和困难。为了唤起人们对环境保护的重视和绿色产品和工程的关注, 许多诸如可持续发对绿色化学化工的定义、原则、绿色度的定量化以及绿色化学研究中出现的“绿色非绿”等基 本问题的发展及研究进展进行了综述。在此基础上，对绿色化学的基本原则是否需要做必要 的补充、绿色化学是否应该单独成为一门学科，以及如何更加有效地定量描述和评价产品的 绿色度（绿色化学）和制造过程的绿色度（绿色化工）等基本问题进行了探索和研究。研究结果 认为
2、:绿色化学的卜二原则仍然是今后绿色化学化【:研究的指导原则,但应增加设计并制备 可|口1收并反复使用的物质，如催化剂、手性试剂等，以及使用过程强化及集成方法，改进原有化 工工艺，以提高生产效率和减少能耗等两条原则;绿色化学应该成为一门独立的学科而加以 深入的研究和发展;绿色化学中的绿色度是可以量化的，但要根据不同的日标选择合适的评 价参数和方法;同肘要特别注意研究和克服离了液体等绿色化学研究中出现的“绿色非绿”问 题。绿色化工就是用先进的化T.技术和方法来减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境 有害的各种物质的一种技术手段。它是人类和化工行业可持续发展的客观要求，是控制化工 污染的最有效
3、手段，是化工行业可持续发展的必然选择。为此开展绿色化工的技术途径与思 路应该是：采用分了设计技术和产品生命周期全过程绿色化控制的策略来设计化工新产品； 改革传统化工产品体系，利用可再生资源和生物化工方法寻求无污染的新产品或替代品， 从源头上控制化匚污染的发生。同时还应该开展绿色化工的教育、宣传、信息交流和人才培 养工作，对新建项目进行全过程环境影响评价，鼓励化工企业推进绿色化工生产。化学工业的发展极大地推动了人类物质生产和生活的巨大进步。从钢铁冶金、水泥陶瓷、酸 碱肥料、翊料橡胶、合成纤维，直到医药、农药、LI用化学品等行业无不与化学工业息息相 关，并且为人类创造了大量的物质财富，可以说现代社
4、会生活已完全离不开化学工业和化 工产品由于环境污染和资源匮乏等问题廿趋严重，“可持续发展”成为21世纪经济和社会发展的重 要战略。可持续发展是把生态、经济、社会统一为不可分割的整体，能动地调控自然-经济- 社会复合系统，使人类在不超越资源与环境承载能力的条件下，促进经济发展，同时保持资 源持续和提高生活质量。就化学工业而言，可持续发展的涵义应该是尽可能降低工业木身对 自然和社会环境的影响。化工生产是一类排污量非常大的行业，特别是由于其投资规模一般 都比较大，改造和重建相对滞后，目前许多生产过程仍沿用儿十年前发展起来的技术，原料 和能源利用率较低，环境污染极为严重，企业不得不为此承担巨额费用。因
5、此，近年来就如 何实现化工生产绿色化方面的研究正方兴未艾。化工过程设计可用“洋葱模型”表示，反应器是化工过程的心脏， 通常设计是先从反应器开始的，反应器的设计提出了分离问题，即分离系统的设计紧随反应 器设计之后，该两者规定了过程的加热和冷却负荷，所以第三个要考虑的是热网收网络设计， 过程中回收的热负荷尚不满足要求，就需要外部的公用工程，即第四个要考虑的是公用工程 系统的选择和设计。在化工过程中，以上各阶段都有机会产生废料，其中反应和分离在很大 程度上决定了能否有效地减少或完全消除那些对环境有害的排放物或需作进一步处理的物 流。换热器网络和公用工程了系统除确保能量消耗最少外，本身还要产生废气、废
6、液和废清。 因此，要真正实现化工生产的绿色化，一方面要从源头上尽量减少甚至杜绝污染，实现废物 的零排放，这是绿色化学的研究范畴；另一方面，由于绿色化学还有相当的路要走，必须从 工艺和设备两方面着v手，大力研究与开发从整个工程链中减少或消除污染的绿色工程技 术，并在此基础上进行过程系统综合，降低能耗，实现废物最小化和环境影响最小化。绿 色化学技术绿色化学乂称环境无害化学、环境友好化学和清洁化学，它是一门从源头上阻止 环境污染的新兴V科学。其研究工作主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿 色化展开的。绿色化学的研究与开发绿色化学技术中最理想的是采用“原了经济”反应，实现 反应的绿色化，即
7、原料分了中的每一原了都转化成产品，不产生任何废物和副产物，实现废 物的“零排放”。这方面的研究已取得了一定的成果，如enichem公司采用钛硅分子筛催化 剂，将环己酮、筑和过氧化氢反应直接合成环己酮月亏，转化率高达99.9%,基本上实现了 原子经济反应，并已工业化；四川联合大学研究成功的尿素氮磷复合肥料生产新工艺，做到 了无废料排放。围绕反应绿色化展开的其他相关技术是用无毒、无害和.可.再生资源为原料替 代剧毒、造成严重污染的原料；采用环境友好催化剂和无毒、无害的溶剂减少对设备的腐蚀, 同时减少对人体的危害和环境的影响。绿色化学技术从三废控制等级来说，它属于防污的优 先级，标志着防污工作由被动
8、转向主动，因此与传统的“末端治理”相比具有更深远的意义。 但是，要真正实现废物的“零排放”是非常困难的，当前的“原子经济”反应所取得的成果与绿 色目标还有相当的距离。绿色化学工程本文提出的“绿色化学工程”概念和思路，既不同于 以上理想的“原了经济”，也有别于传统的环境保护即“末端治理”，而是更多地侧重于工程观 点的实现和全过程的优化，在整个化学过程工程链中应用工程化的思想、理论和方法来实现 “绿色化工”的目标，也就是主动地将对象过程对整个环境和社会的影响降低到最小。这里包 含两方面的工作，一是实现单元操作的绿色化，另一方面便是在前者基础上进行过程系统综 合。单元操作绿色化把反应产物转化为目标产
9、物需要多个单元操作共同完成，实现其中各 个环节的绿色化是保证整个生产绿色的基础。特别是分离过程，它在化工生产中的投资和能 耗都占有相当的比重，在现代高新科技中其应用涉及到生物技术、能源与资源利用、新材料 合成、环境保护等多个领域。为此，一方面需改进和发展常规分离技术，如蒸饲、吸收、萃 取、吸附、结晶等，例如在炼油和石化工业中，采用新型填料和塔板减小塔的压降，提高塔 的分离能力；对于沸点差小的难分离组分，开发萃取精偏、吸收和吸附与精饲结合的方法等, 这些措施都在一定程度上降低了能耗。另一方面必须开发新型分离过程，如膜分离、泡沫分 离、超临界萃取等。例如用萃取法和离了交换法取代传统钙盐法提取柠檬酸
10、，不仅成木低, 而且基木上不产生污染。过程系统综合过程综合是化工系统工程的核心内容，指的是：按照 规定的系统特性，寻求所需的系统结构及其各子系统的性能，并使系统按规定的目标进行最 优运转。它是化学工程、系统工程和计算机科学的交又学科，兴起于20世纪70年代。传 统的过程系统集成侧重于以总费用最小为目标，特别是投资费用和操作费用间的匹配，其中 控制操作费用是减少能耗和废物排放的重要途径，典型的有夹点分析法和数学规划法。近年 来，由于环境问题廿益得到重视，过程综合还必须考虑到废物排放控制方面的因素，因此, 综合bl标从考虑能耗和总费用间的匹配转到考虑能耗、总费用和环境污染三者的统一上来, 即发展成
11、为环境影响最小化的过程系统综合。夹点分析法夹点分析起源于英国学者 Linnhoff于70年代提出的夹点设计法，它是以热力学为基础，从宏观角度分析过程系统中 能量流沿温度的分布，从中了解系统用能的“瓶颈”所在，并给以“解瓶颈”的一种过程系统节 能技术。从80年代起开始在工业上得到了广泛应用，取得了很大的经济效益和社会效益。 目前报道的有关应用研究主要包括以下几个方面：考虑流体压降的换热网络优化；多种基础 方案的设计；精偕塔的剖面分析；低温过程的能量集成；间歇过程的能景集成；水和废水量 的最小化问题；总工地的能量集成；排放标准的设定。数学规划法将数学规划法应用于化 工装置的全系统调优中，就是将化工
12、装置的整个系统根据实际情况用数学语言描述成优化目 标和约束条件两部分，然后用数学的解题方法来得到化工系统的最优或接近最优的流程结构 及操作条件，简言之，就是将问题转化为一个总费用函数的最小值。年代的数学规划法主要 采用混合整数线性模型即用转运模型确定最小公用工程用量，用混合整数线性规划法确定最 少换热单元数。90年代后，超结构模型成为一种新的研究热点，即先建立一包含所有可能 流程的结构模型，再用混合整数非线性规划法求解。在目标函数的确立方面，如何对环境影 响因素进行量化成为新的难点。数学规划法的优点是能将反应、分离、公用工程及换热网络 各部分同时优化，并综合环境影响因素，得到数学上的最优解。但
13、是，对于规模较大，设备 单元较多的装置，由于会出现组合爆炸现象，使得该方法在实际应用中也有一定的限制。随 着人工智能技术的发展，这方面的研究正|何专家系统方|何发展。近年来出现了许多功能强大 的过程模拟软件，在对整个系统分析基础上进行模拟、判别是实现过程综合的另一有效途径。 实现化工生产的绿色化，适应可持续发展的要求，必须在完整的化学工程链中都体现“绿色” 的思想。因此，一方面应大力开发从源头上消除污染的绿色化学技术，另一方面应加强对绿 色化工过程技术的研究，包括单元操作的绿色化问题及环境影响最小化的过程系统综合，以 提高能源利用率，减少三废排放。在过程系统综合方面，必须把化工过程放到自然经济
14、社会 的大平台上进行评价，由于目前的环境评价体系尚不成熟，今后在如何选择评价指标、建立 合理的过程系统评价方法,使过程系统朝着更有利于可持续发展方向进行将是一个非常重要 的课题。“绿色化工”是当今国际化学工业科学研究的前沿，它从源头上消除污染，合理利 用资源和能源，降低生产成本，实现可持续发展。我国是一个能源紧缺、资源短 缺、人口众多的国家，因此，节能、环保和节约资源是今后石油和化工持续、快 速、健康发展的重要内容和前提条件。石油和化学工业是国民经济的支柱产业，在国家经济发展中起着举足轻重的 作用。中国工程院院士、著名化学专家金涌教授曾经说过，传统化学工业如石油 化工中的橡胶、化纤等产业，早已
15、成为国民经济的重要支柱产业；化工产品还是 发展高科技产业所必须的，因为高新科技的源头都在化工产业。如新兴的信息产 业所依托的硅、锌片等新材料产业的基础，无一不是化工产业的延伸。石油和化 工产品将更广泛地用于工业、农业、人民生活等各个领域。它为农业生产提供化 肥、农药和塑料薄膜等农用化学品，为能源、交通和居民生活提供石油、天然气、 液化气等原料燃料，为汽车、船舶、航空航天、机械工业等提供合成材料、轮胎、 涂料和胶粘剂等配套产品，为纺织工业提供合纤单体、合纤聚合物、染料及纺织 助剂，为轻工家电业提供各种塑料材料、功能材料，为电子工业提供印刷电路板 基材、塑封料、光刻胶、高纯试剂和特种气体等电子化学
16、品，为建筑业提供塑料 建材、保温材料、建筑涂料、防火材料等建筑原材料，为医药工业提供基本化工 原材料，为军事工业提供军用化工产品，为人民生活提供各种相关的日用化学 品国民经济的方方面面都离不开石油和化工产品，石油和化工在国民经济产 业链中占有举足轻重的地位。但是，近年来社会上有一种偏见，认为化工是夕阳产业、污染产业，更有 甚者，谈“化”色变。一些环境污染事件和安全事故更造成了极其不好的社会影响。 造成这种现状的原因在于：一些地方政府或个别企业只为片面追求经济利益，实 行粗放式生产，随意排放“三废”，既浪费了宝贵能源和资源，乂污染了环境，造 成对生态的破坏。但这并不是化学工业本身的过错，化工行业实际在为-些人的愚蠢行动“背黑锅”。另外，从另一个角度看，化工生产过程中产生的问题，也只能依靠化工自 身来解决。出路就在于摒弃粗放的化工生产模式，改变“资源废物”排放的线形物质流动过程为“资源-产品再生资源”的循环物质流动过程，也就是我们倡导的绿色化工。这是符合发展循环经济潮流的。推崇“绿色化工”，要根据环境保护大 趋势的要求，
