化學(xué)工程工藝中綠色化工技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

張順

（石家莊常豐環(huán)境工程有限公司，石家莊050000）

1 引言

眾所周知，化學(xué)生產(chǎn)是世界環(huán)境污染中最主要也是最嚴(yán)重的污染原因之一，隨著工業(yè)革命的進(jìn)行，化學(xué)生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入人類生活的方方面面，由此所產(chǎn)生的有害物質(zhì)和廢棄物也成了自然環(huán)境的沉重負(fù)擔(dān)。因此，如何減少化學(xué)生產(chǎn)中的污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展也成了各國學(xué)者不懈努力的方向。發(fā)展綠色化工技術(shù)是目前最值得投入研究的方向。通過發(fā)展綠色化工技術(shù)有望改良化學(xué)生產(chǎn)工藝與流程，從化學(xué)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)減少有害物質(zhì)的產(chǎn)生，從而減少環(huán)境污染。

2 綠色化工技術(shù)概述

綠色化工技術(shù)是以綠色化學(xué)為基礎(chǔ)研發(fā)的能夠減少甚至消除對(duì)環(huán)境的污染的化工技術(shù)。綠色化工技術(shù)力求通過一系列手段在原材料、加工過程以及部分產(chǎn)出品上實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)，進(jìn)行環(huán)境友好型生產(chǎn)，包括使用高科技設(shè)備、新型化工技術(shù)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝等，常用的化工技術(shù)包括超臨界流體技術(shù)、高能輻射技術(shù)、新型催化技術(shù)等。減少污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是綠色化工技術(shù)的目的和本質(zhì)。

發(fā)展綠色化工技術(shù)應(yīng)當(dāng)從以下幾方面考慮：第一，充分利用資源和能源，提高產(chǎn)出，減少能耗；第二，盡量采用無毒無害原料進(jìn)行生產(chǎn)，從源頭上減少污染物產(chǎn)生；第三，改良化學(xué)生產(chǎn)工藝，減少生產(chǎn)過程中污染與廢棄物的產(chǎn)生，提高產(chǎn)出。

3 化學(xué)工程工藝中綠色化工技術(shù)的開發(fā)與改良

3.1 化學(xué)原料的合理選用

原料選擇是綠色化工技術(shù)研發(fā)的第一步，原料是決定化工生產(chǎn)過程與產(chǎn)出的重要因素，因此，在原料選擇時(shí)應(yīng)盡量選取無毒害、雜質(zhì)少、反應(yīng)條件簡單且污染廢棄物產(chǎn)出較少的物質(zhì)，從根本上減少污染，這也是最簡單、最易操作的方法。綠色化學(xué)原料一般是農(nóng)作物、植物等天然物質(zhì)，它們價(jià)格低、可再生，生產(chǎn)過程中所造成的污染也較低，因此是較為理想的化學(xué)原料。目前，我國對(duì)綠色原料的開發(fā)利用還比較落后，生產(chǎn)工藝也存在許多不足之處，因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)綠色原料的研究和對(duì)綠色生產(chǎn)工藝的改進(jìn)。

3.2 合理選擇化學(xué)催化劑

催化劑能夠千萬倍地加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，通常情況下，催化劑也是化學(xué)生產(chǎn)中必不可少的材料。但是在許多化學(xué)反應(yīng)中催化劑往往會(huì)產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)品，會(huì)對(duì)環(huán)境造成傷害，所以長期以來產(chǎn)出的化學(xué)廢料都困擾著企業(yè)和社會(huì)。綠色化學(xué)技術(shù)主張合理選擇催化劑，減少廢棄物和污染物的產(chǎn)生。在這一方面，科研工作者已經(jīng)研發(fā)出多種無毒害的催化劑供企業(yè)選擇，相應(yīng)的學(xué)界也應(yīng)當(dāng)繼續(xù)努力鉆研，尋找更加高效、成本低、無污染的催化劑。例如，烷基化固相催化劑不僅滿足了無毒害、效率高的條件，還能在反應(yīng)過程中充分利用廢棄物，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)利用，是綠色化工生產(chǎn)過程中使用較為普遍的催化劑。

3.3 廢棄物回收再利用

化學(xué)生產(chǎn)過程中難免會(huì)產(chǎn)生廢棄物，有的廢棄物有毒有害，會(huì)對(duì)環(huán)境和周圍生態(tài)造成嚴(yán)重破壞，即便是無毒害的物質(zhì)也會(huì)造成資源、空間的浪費(fèi)，長期堆積也會(huì)造成環(huán)境污染。因此，如何減少化學(xué)生產(chǎn)中的廢棄物產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)廢棄物再利用也是綠色化工技術(shù)的主要難題。合理利用廢棄物不僅能夠減少浪費(fèi)和環(huán)境污染，也是提高生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。廢棄物回收再利用也為工業(yè)垃圾找到了變廢為寶的途徑，減輕了企業(yè)排污的負(fù)擔(dān)，為企業(yè)創(chuàng)造了更多收益，為行業(yè)發(fā)展提供了方向與可能。

3.4 優(yōu)化電動(dòng)機(jī)的使用

在如今的化學(xué)工程生產(chǎn)過程中采用的電動(dòng)機(jī)大多數(shù)都是驅(qū)動(dòng)式的，但是電動(dòng)機(jī)作業(yè)時(shí)的頻率相對(duì)來說比較固定，許多化工反應(yīng)過程中不需要電動(dòng)機(jī)高頻率作業(yè)時(shí)就造成了能量的浪費(fèi)，增加了化工企業(yè)的成本。另外，這種電動(dòng)機(jī)在打開過程中比較浪費(fèi)時(shí)間，因此許多化工企業(yè)在化學(xué)反應(yīng)終止時(shí)都不進(jìn)行關(guān)閉，使得電動(dòng)機(jī)一直處于運(yùn)行狀態(tài)，造成了許多能量的浪費(fèi)，違背了化工企業(yè)綠色經(jīng)濟(jì)經(jīng)營的目標(biāo)。因此，在化學(xué)工程與工藝過程中應(yīng)當(dāng)優(yōu)化電動(dòng)機(jī)的使用，采用變頻式的電動(dòng)機(jī)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的要求自主選擇電動(dòng)機(jī)使用頻率，從而減少能量的浪費(fèi)，使得整個(gè)化學(xué)工程與工藝實(shí)現(xiàn)綠色經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保。

3.5 優(yōu)化供熱體系

在許多化工企業(yè)，在進(jìn)行化學(xué)工程與工藝過程中采用的供熱體系還只是傳統(tǒng)的供熱方法，即僅僅運(yùn)用單線供熱，一套供熱裝置要給所有設(shè)備進(jìn)行供熱，首先，在其他設(shè)備不需要熱能量的時(shí)候進(jìn)行所有設(shè)備同時(shí)供熱嚴(yán)重浪費(fèi)了許多熱能量，使得整個(gè)化工過程不經(jīng)濟(jì)，增加了化工企業(yè)成本。其次，單線供熱能經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致熱能供給不足，造成效率低下。因此，化工企業(yè)應(yīng)當(dāng)優(yōu)化供熱體系，根據(jù)化學(xué)工程反應(yīng)所需熱能，采用多種供熱設(shè)備聯(lián)合進(jìn)行供熱，不僅可以有效地解決熱能浪費(fèi)的問題，使得整個(gè)化學(xué)工程成本降低，同時(shí)還可以提高化學(xué)反應(yīng)效率，使得綠色化工技術(shù)得以完善，同時(shí)促進(jìn)化工企業(yè)的綠色安全發(fā)展[1]。

4 化學(xué)工程與工藝中綠色化工技術(shù)的應(yīng)用

4.1 清潔生產(chǎn)技術(shù)

在化學(xué)工程工藝生產(chǎn)中，綠色化工技術(shù)的應(yīng)用主要指的是清潔生產(chǎn)技術(shù)、生物技術(shù)以及環(huán)境友好型產(chǎn)品的使用。其中清潔生產(chǎn)技術(shù)，簡單來說，指的就是無污染、無毒、無害以及無污染廢棄物排放的一種綠色生產(chǎn)技術(shù)，像是綠色催化技術(shù)、臨界流體技術(shù)以及輻射熱加工技術(shù)，都屬于清潔生產(chǎn)技術(shù)，并且被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代化冶金工程、現(xiàn)代印染工程以及煤氣加工生產(chǎn)、甲醇合成、生活垃圾處理，還有海水淡化等化學(xué)工程項(xiàng)目中。比較常見的如垃圾沼氣技術(shù)、高效煤氣化技術(shù)、風(fēng)能、太陽能發(fā)電技術(shù)，都得到了很好的推廣。例如，超臨界流體萃取技術(shù)的應(yīng)用，就是使用一種溫度和壓強(qiáng)處在臨界狀態(tài)的流體當(dāng)作萃取劑，然后將所要萃取的物質(zhì)從混合物中萃取出來。而在海水淡化處理工程中，通過應(yīng)用綠色清潔生產(chǎn)技術(shù)，可以針對(duì)海水展開鹽水分離，在海水分離的過程中，既可以獲取相當(dāng)程度的水資源，還可以生成一些Mg(OH)2，將處理后的Mg(OH)2物質(zhì)應(yīng)用在更多化學(xué)工程的清潔生產(chǎn)中。

4.2 生物技術(shù)

綠色化工技術(shù)中的生物技術(shù)主要是指生物化學(xué)工程，生物技術(shù)在化工中的應(yīng)用為綠色化工提供了更多可能，轉(zhuǎn)基因技術(shù)、細(xì)胞技術(shù)，特別是生物酶技術(shù)大大提高了化學(xué)生產(chǎn)的效率與多樣性[2]。舉例來講，酶是生物體中化學(xué)反應(yīng)的催化劑，相對(duì)于化學(xué)催化劑而言，它的使用條件更為寬松，催化效果也更強(qiáng)。例如，過氧化氫酶在催化過氧化氫分解時(shí)催化效果是無機(jī)鐵離子的一千多倍。最重要的是，生物酶在反應(yīng)過程中不會(huì)產(chǎn)生污染物質(zhì)。此外，生物技術(shù)的應(yīng)用也能使農(nóng)作物的廢棄物擁有利用價(jià)值，例如，通過生物技術(shù)能夠用小麥秸稈生產(chǎn)乳酸，進(jìn)而用于制造生物降解塑料。利用農(nóng)作物秸稈也可以生產(chǎn)化學(xué)乙醇、工業(yè)酒精等材料和能源，減少了非可再生能源的消耗，也解決了農(nóng)作物秸稈污染的問題。生物技術(shù)在制藥工程中的應(yīng)用也大有突破?；蛑亟M技術(shù)在多肽類藥物和疫苗的生產(chǎn)中作用甚高。由此可見，生物技術(shù)在化工工程中的應(yīng)用十分廣泛且仍有值得深入研究的地方。

4.3 環(huán)境友好型產(chǎn)品

環(huán)境友好型產(chǎn)品主要是指在生產(chǎn)全過程中對(duì)環(huán)境沒有造成任何污染和危害的產(chǎn)品。在化學(xué)生產(chǎn)過程中，環(huán)境友好型產(chǎn)品也指無毒害的生產(chǎn)材料和先進(jìn)節(jié)能設(shè)備。目前生活中常見的環(huán)境友好型產(chǎn)品包括有機(jī)食品、新能源汽車、綠色環(huán)保建筑和裝飾材料、節(jié)能型家電等。我國人均能源稀少、環(huán)境污染嚴(yán)重，且由于之前的粗放式發(fā)展仍有許多企業(yè)的日常生產(chǎn)還停留在十幾年前的水平——效率低下、污染嚴(yán)重。因此，對(duì)于我國而言，尋找新型綠色能源非常重要，只有利用清潔能源替代石油、汽油等能源，減少生產(chǎn)與生活中非可再生能源的消耗、降低污染排放才是實(shí)現(xiàn)我國可持續(xù)發(fā)展的正確路徑。目前，太陽能、風(fēng)能、生物技術(shù)生產(chǎn)的乙醇等都是世界比較矚目的清潔能源，我國也需要對(duì)此進(jìn)行深入研究。此外，可降解塑料也有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料制作塑料袋等產(chǎn)品，減少對(duì)環(huán)境的傷害。人們對(duì)環(huán)境友好型產(chǎn)品的重視代表著人類環(huán)保意識(shí)的普遍提高。利用環(huán)境友好型產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)高污染、高能耗產(chǎn)品也是綠色化工技術(shù)的目的之一，從產(chǎn)出方面降低對(duì)環(huán)境的污染、減少能源消耗。