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【摘要】化學(xué)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量有害物質(zhì),這是世界污染的主要來源。隨著人們對環(huán)境的重視,如何減少化學(xué)生產(chǎn)過程中的污染,提高能源利用效率也成了世界各國需要突破的難題,這也是綠色化工技術(shù)的本質(zhì)。
【關(guān)鍵詞】化學(xué)工程工藝;綠色化工技術(shù);開發(fā);應(yīng)用
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)對綠色原料的研究和對綠色生產(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)中催化劑往往會產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)品,會對環(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。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)過程中難免會產(chǎn)生廢棄物,有的廢棄物有毒有害,會對環(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)也會造成資源、空間的浪費(fèi),長期堆積也會造成環(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)過程中采用的電動機(jī)大多數(shù)都是驅(qū)動式的,但是電動機(jī)作業(yè)時的頻率相對來說比較固定,許多化工反應(yīng)過程中不需要電動機(jī)高頻率作業(yè)時就造成了能量的浪費(fèi),增加了化工企業(yè)的成本。另外,這種電動機(jī)在打開過程中比較浪費(fèi)時間,因此許多化工企業(yè)在化學(xué)反應(yīng)終止時都不進(jìn)行關(guān)閉,使得電動機(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)化電動機(jī)的使用,采用變頻式的電動機(jī),根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的要求自主選擇電動機(jī)使用頻率,從而減少能量的浪費(fèi),使得整個化學(xué)工程與工藝實現(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候進(jìn)行所有設(shè)備同時供熱嚴(yán)重浪費(fèi)了許多熱能量,使得整個化工過程不經(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,使得整個化學(xué)工程成本降低,同時還可以提高化學(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,減少對環(huán)境的傷害。人們對環(huán)境友好型產(chǎn)品的重視代表著人類環(huán)保意識的普遍提高。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)出方面降低對環(huán)境的污染、減少能源消耗。
【參考文獻(xiàn)】
【1】孫明剛,肖鳳祥,許才盛.化學(xué)工程與工藝中綠色化工技術(shù)的應(yīng)用[J].化工管理,2019(06):98-99.
【2】陳可濤,盧善撐.化學(xué)工程工藝中綠色化工技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用[J].化工管理,2018(07):81.
作者:張順 單位:石家莊常豐環(huán)境工程有限公司