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        綠色化學(xué)工程與工藝對(duì)化學(xué)工業(yè)節(jié)能的促進(jìn)分析

        2020-01-06 19:17:52
        中國金屬通報(bào) 2020年5期
        關(guān)鍵詞:化學(xué)工業(yè)原料催化劑

        何 亮

        (天津大港油田圣達(dá)科技有限公司,天津 300280)

        現(xiàn)代社會(huì)的運(yùn)轉(zhuǎn)離不開化學(xué)工業(yè)的支持,化學(xué)工業(yè)作為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)市場中不可缺少的重要組成部分,為我國人民生活質(zhì)量水平的提高以及現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展都有著十分密切的關(guān)系,但是,在過去的發(fā)展歷史中,化學(xué)工業(yè)也時(shí)常帶給社會(huì)環(huán)境污染問題,這不僅影響到了化工行業(yè)的發(fā)展,還對(duì)人們生活環(huán)境造成了極其嚴(yán)重的影響。為了實(shí)現(xiàn)人民群眾生活質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)繁榮的雙重發(fā)展,現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)開始衍生出綠色化學(xué)工程理念及其相關(guān)工藝,至此,現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)工藝技術(shù)發(fā)展方向與理念基本完善,現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)越來越重視綠色化學(xué)工程與工藝的改進(jìn),許多催化副產(chǎn)品或二次污染物被用于在工業(yè)節(jié)能生產(chǎn)中,這一舉措對(duì)我國現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展具有著重要的意義。

        1 綠色化學(xué)工程與現(xiàn)代工藝的發(fā)展現(xiàn)狀分析

        1.1 原料的綠色化選擇

        在初、高中的化學(xué)課本中,提到過化學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)方法與過程,同一種化學(xué)產(chǎn)品也許有著不同的生產(chǎn)工藝與原料,因此,化學(xué)原料(即反應(yīng)物)的選擇將直接決定化學(xué)生產(chǎn)的過程以及其生產(chǎn)工藝。在傳統(tǒng)化工作業(yè)下,高反應(yīng)速率、高轉(zhuǎn)化率是評(píng)價(jià)化工行業(yè)生產(chǎn)的重要標(biāo)準(zhǔn),而在現(xiàn)代環(huán)境下,無公害、無污染成為了現(xiàn)代化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)的重要指標(biāo)。

        因此,現(xiàn)代綠色化學(xué)工程會(huì)盡量選擇無毒無公害的綠色化原料用于化學(xué)工業(yè)生產(chǎn),也有部分學(xué)者提倡,選擇如植物、林業(yè)產(chǎn)物、農(nóng)作物、廢棄物等可再生資源作為化學(xué)生產(chǎn)的原料,其主要原理是以生物轉(zhuǎn)化的方式,將植物、林業(yè)產(chǎn)物、農(nóng)作物、廢棄物等可再生資源轉(zhuǎn)化為醇、酸、酮等常見化工的原料,在這些資源的轉(zhuǎn)化中,主要是憑借微生物菌落的方式進(jìn)行發(fā)酵或轉(zhuǎn)化,這一過程是完全綠色、不會(huì)產(chǎn)生污染物的[1]。除此之外,綠色化學(xué)工程之所以提倡綠色無公害的化學(xué)原料,是因?yàn)槠鋵?duì)自然環(huán)境的影響相對(duì)較小,甚至?xí)?duì)生態(tài)環(huán)保產(chǎn)生一定的助益作用。

        1.2 化學(xué)反應(yīng)工藝的綠色化選擇

        化學(xué)工程中化學(xué)反應(yīng)工藝的選擇決定了轉(zhuǎn)化速率、轉(zhuǎn)化效率與二級(jí)生成物,同時(shí)也決定了原材料的應(yīng)用性能,在大部分化學(xué)工程中,化學(xué)反應(yīng)類型主要包括化合反應(yīng)、分解反應(yīng)、置換反應(yīng)等等,新型綠色化學(xué)工程并不是創(chuàng)造出一種新的化學(xué)反應(yīng)工藝,而是在原本的化學(xué)反應(yīng)工藝上取得了突破,增強(qiáng)了化學(xué)反應(yīng)的控制性與可選擇性。

        例如,烴類物質(zhì)氧化是極為常見的放熱化學(xué)反應(yīng),也是石油石化生產(chǎn)中的常見化學(xué)反應(yīng)類型,但放熱化學(xué)反應(yīng)的過程并非是由人為完全控制、完全穩(wěn)定的,在反應(yīng)生產(chǎn)的氧氣或二氧化碳等物質(zhì)影響下,烴類物質(zhì)氧化過程中會(huì)有一定幾率產(chǎn)生異種結(jié)構(gòu),這不僅會(huì)影響到生成物的純度與質(zhì)量,還會(huì)造成一定的污染。因此,在化學(xué)反應(yīng)工藝的綠色化選擇上,可以人為主動(dòng)控制烴類物質(zhì)的氧化過程,從而有效突破傳統(tǒng)工藝限制,確保化學(xué)反應(yīng)的難度降低,控制反應(yīng)過程中的異種結(jié)構(gòu)生產(chǎn),確保反應(yīng)過程的節(jié)能效果,才能有效降低生成物污染可能性,達(dá)到綠色化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的零污染環(huán)保節(jié)能目標(biāo)[2]。

        1.3 催化劑的綠色化選擇

        催化劑并不參與化學(xué)反應(yīng)中,但合理科學(xué)的催化劑能夠有效促進(jìn)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化與化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn),隨著化學(xué)工業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,人們對(duì)于產(chǎn)品的需求量急劇上升,催化劑的使用與選擇已經(jīng)成為現(xiàn)代化學(xué)工程研究的重要內(nèi)容。

        與課本標(biāo)出的化學(xué)反應(yīng)式不同,在實(shí)際操作中,化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)會(huì)涉及到大量的化學(xué)反應(yīng)與各種催化劑。在傳統(tǒng)化學(xué)工程中,濫用催化劑不僅無法加快化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程,還會(huì)影響到生成物的產(chǎn)品質(zhì)量,因此,合理、科學(xué)、正確的選擇并使用催化劑是加快反應(yīng)進(jìn)程、提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率以及產(chǎn)品的質(zhì)量的有效方法??茖W(xué)綠色的催化劑不僅能協(xié)調(diào)各項(xiàng)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化效率,還有有效減少乃至消除相應(yīng)的副產(chǎn)物出現(xiàn)。例如,固體催化劑的分子篩和雜多酸等能夠在化工生產(chǎn)過程中有效代替有害液體的催化劑,簡化化學(xué)工藝過程,減少“三廢”排放[3]。

        2 綠色化學(xué)工程與工藝對(duì)化學(xué)工業(yè)節(jié)能的促進(jìn)作用

        2.1 原料綠色化的開發(fā)

        從人民群眾日常應(yīng)用需求來看,大力購買綠色環(huán)保產(chǎn)品能夠有效激勵(lì)綠色化學(xué)工程與化學(xué)工業(yè)節(jié)能的發(fā)展,例如,選擇無磷洗衣粉、清潔型汽油、無害肥料等綠色產(chǎn)品,能夠引導(dǎo)綠色化工產(chǎn)業(yè)向親和環(huán)境的思路開發(fā)終端產(chǎn)品,同時(shí),從生態(tài)角度來看,綠色環(huán)保產(chǎn)品能夠降低人類健康受到威脅的弊端,具體而言,使用更加環(huán)保的冰箱冷卻劑來代替氟利昂,能夠有效避免對(duì)地球大氣臭氧層的破壞,延緩地球向高溫室內(nèi)條件發(fā)展;使用可降解塑料產(chǎn)品、清潔型汽油以及無磷的洗衣粉能夠避免人們生活環(huán)境遭到污染。

        尤其是汽油柴油的使用,人們出行雖然變得方便,但卻對(duì)大氣造成了嚴(yán)重的污染,這也是綠色化學(xué)工業(yè)不斷進(jìn)行新型汽油以及低硫柴油和無污染型燃料研究和應(yīng)用的必要性。為了有效降低汽車尾氣造成的污染,有些地區(qū)開始推廣二甲醚作為汽車的燃料,而有些地區(qū)則從反應(yīng)物的綠色選擇出發(fā),借助甘蔗產(chǎn)生酒精,推廣乙醇汽油,酒精燃料開啟了原料綠色化選擇的浪潮,國外開始將氫氣、二氧化碳與太陽能、電解質(zhì)共同存在的條件下合成乙醇,這種工藝下誕生的酒精燃料逐漸取代近一半汽油的消費(fèi),并在生產(chǎn)、使用等過程匯總對(duì)環(huán)境沒有任何危害[4]。

        2.2 優(yōu)化節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)訴求的化學(xué)工藝

        CPT清潔生產(chǎn)技術(shù)的英文全稱為:cleaner production technology,它可以有效降低污染物排放量與污染物毒性,是當(dāng)前優(yōu)化節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)訴求的化學(xué)工藝。

        同時(shí),CPT針對(duì)的是現(xiàn)有化工生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善與改造,因此在當(dāng)前化學(xué)工業(yè)發(fā)展過程匯總,運(yùn)用CPT技術(shù)后,可以有效降低化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的污染產(chǎn)量和毒性,避免二次污染的情況出現(xiàn),甚至可以達(dá)到理想化的根除境地。諸如:反滲透藥劑、循環(huán)水藥劑、化學(xué)清洗除垢劑、緩蝕劑等等,不僅能夠保護(hù)化學(xué)反應(yīng)過程中反應(yīng)物,避免反應(yīng)物與雜質(zhì)生成異種結(jié)構(gòu),還能夠降低反應(yīng)過程中排放的污染物總量[5]。

        2.3 生物酶的綠色催化劑選擇

        在早期生物技術(shù)研究中,現(xiàn)代綠色化學(xué)工程原料大部分來自于生物技術(shù)轉(zhuǎn)化合成,如微生物、基因、細(xì)胞、酶技術(shù)等,尤其是化學(xué)的仿生學(xué)以及生物化工兩個(gè)領(lǐng)域所運(yùn)用到的技術(shù),其中,生物酶具有很強(qiáng)的專一性,在生物體內(nèi)被用于生物合成各個(gè)過程的催化。

        在綠色化學(xué)工程與工藝中,提倡通過生物技術(shù)將可再生資源轉(zhuǎn)化或合成有機(jī)化合物原料的運(yùn)用方式,降低石油、煤炭原料等消耗,隨著綠色化學(xué)工程與工藝技術(shù)的不斷發(fā)展與完善,化學(xué)工業(yè)開始將自然界中具有的酶或人工合成的工業(yè)酶作為催化劑使用,與傳統(tǒng)催化劑相比,酶不會(huì)產(chǎn)生任何的污染,反應(yīng)條件也比較溫和,具有很強(qiáng)的高效性、專一性等特點(diǎn),例如,在丙烯酰胺的制備條件中,將丙烯腈換成酶催化之后,丙烯酰胺的制備能耗就能夠大幅度的降低,并且反應(yīng)十分徹底。

        3 結(jié)語

        綜上所述,在現(xiàn)代綠色化學(xué)工程與工藝中,原料決定了化學(xué)工藝的選擇與產(chǎn)品質(zhì)量,而化學(xué)工藝與催化劑的選擇則影響到污染物的排放量,因此,化學(xué)工業(yè)方面有必要從原料、工藝、催化劑三個(gè)方面入手,全方位地選擇綠色無公害生產(chǎn)方式,降低污染物的排放量乃至實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的零污染。

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