化學工程工藝中綠色化工技術的開發與應用

張順

（石家莊常豐環境工程有限公司，石家莊050000）

1 引言

眾所周知，化學生產是世界環境污染中最主要也是最嚴重的污染原因之一，隨著工業革命的進行，化學生產已經進入人類生活的方方面面，由此所產生的有害物質和廢棄物也成了自然環境的沉重負擔。因此，如何減少化學生產中的污染，實現可持續發展也成了各國學者不懈努力的方向。發展綠色化工技術是目前最值得投入研究的方向。通過發展綠色化工技術有望改良化學生產工藝與流程，從化學生產的各個環節減少有害物質的產生，從而減少環境污染。

2 綠色化工技術概述

綠色化工技術是以綠色化學為基礎研發的能夠減少甚至消除對環境的污染的化工技術。綠色化工技術力求通過一系列手段在原材料、加工過程以及部分產出品上實現綠色化學，進行環境友好型生產，包括使用高科技設備、新型化工技術、改進生產工藝等，常用的化工技術包括超臨界流體技術、高能輻射技術、新型催化技術等。減少污染，實現可持續發展是綠色化工技術的目的和本質。

發展綠色化工技術應當從以下幾方面考慮：第一，充分利用資源和能源，提高產出，減少能耗；第二，盡量采用無毒無害原料進行生產，從源頭上減少污染物產生；第三，改良化學生產工藝，減少生產過程中污染與廢棄物的產生，提高產出。

3 化學工程工藝中綠色化工技術的開發與改良

3.1 化學原料的合理選用

原料選擇是綠色化工技術研發的第一步，原料是決定化工生產過程與產出的重要因素，因此，在原料選擇時應盡量選取無毒害、雜質少、反應條件簡單且污染廢棄物產出較少的物質，從根本上減少污染，這也是最簡單、最易操作的方法。綠色化學原料一般是農作物、植物等天然物質，它們價格低、可再生，生產過程中所造成的污染也較低，因此是較為理想的化學原料。目前，我國對綠色原料的開發利用還比較落后，生產工藝也存在許多不足之處，因此應當加強對綠色原料的研究和對綠色生產工藝的改進。

3.2 合理選擇化學催化劑

催化劑能夠千萬倍地加速化學反應的進行，通常情況下，催化劑也是化學生產中必不可少的材料。但是在許多化學反應中催化劑往往會產生有毒有害的副產品，會對環境造成傷害，所以長期以來產出的化學廢料都困擾著企業和社會。綠色化學技術主張合理選擇催化劑，減少廢棄物和污染物的產生。在這一方面，科研工作者已經研發出多種無毒害的催化劑供企業選擇，相應的學界也應當繼續努力鉆研，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，還能在反應過程中充分利用廢棄物，實現物質循環利用，是綠色化工生產過程中使用較為普遍的催化劑。

3.3 廢棄物回收再利用

化學生產過程中難免會產生廢棄物，有的廢棄物有毒有害，會對環境和周圍生態造成嚴重破壞，即便是無毒害的物質也會造成資源、空間的浪費，長期堆積也會造成環境污染。因此，如何減少化學生產中的廢棄物產生，實現廢棄物再利用也是綠色化工技術的主要難題。合理利用廢棄物不僅能夠減少浪費和環境污染，也是提高生產效率、實現可持續發展的重要途徑。廢棄物回收再利用也為工業垃圾找到了變廢為寶的途徑，減輕了企業排污的負擔，為企業創造了更多收益，為行業發展提供了方向與可能。

3.4 優化電動機的使用

在如今的化學工程生產過程中采用的電動機大多數都是驅動式的，但是電動機作業時的頻率相對來說比較固定，許多化工反應過程中不需要電動機高頻率作業時就造成了能量的浪費，增加了化工企業的成本。另外，這種電動機在打開過程中比較浪費時間，因此許多化工企業在化學反應終止時都不進行關閉，使得電動機一直處于運行狀態，造成了許多能量的浪費，違背了化工企業綠色經濟經營的目標。因此，在化學工程與工藝過程中應當優化電動機的使用，采用變頻式的電動機，根據化學反應的要求自主選擇電動機使用頻率，從而減少能量的浪費，使得整個化學工程與工藝實現綠色經濟、綠色環保。

3.5 優化供熱體系

在許多化工企業，在進行化學工程與工藝過程中采用的供熱體系還只是傳統的供熱方法，即僅僅運用單線供熱，一套供熱裝置要給所有設備進行供熱，首先，在其他設備不需要熱能量的時候進行所有設備同時供熱嚴重浪費了許多熱能量，使得整個化工過程不經濟，增加了化工企業成本。其次，單線供熱能經常會導致熱能供給不足，造成效率低下。因此，化工企業應當優化供熱體系，根據化學工程反應所需熱能，采用多種供熱設備聯合進行供熱，不僅可以有效地解決熱能浪費的問題，使得整個化學工程成本降低，同時還可以提高化學反應效率，使得綠色化工技術得以完善，同時促進化工企業的綠色安全發展[1]。

4 化學工程與工藝中綠色化工技術的應用

4.1 清潔生產技術

在化學工程工藝生產中，綠色化工技術的應用主要指的是清潔生產技術、生物技術以及環境友好型產品的使用。其中清潔生產技術，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技術，像是綠色催化技術、臨界流體技術以及輻射熱加工技術，都屬于清潔生產技術，并且被廣泛地應用于現代化冶金工程、現代印染工程以及煤氣加工生產、甲醇合成、生活垃圾處理，還有海水淡化等化學工程項目中。比較常見的如垃圾沼氣技術、高效煤氣化技術、風能、太陽能發電技術，都得到了很好的推廣。例如，超臨界流體萃取技術的應用，就是使用一種溫度和壓強處在臨界狀態的流體當作萃取劑，然后將所要萃取的物質從混合物中萃取出來。而在海水淡化處理工程中，通過應用綠色清潔生產技術，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物質應用在更多化學工程的清潔生產中。

4.2 生物技術

綠色化工技術中的生物技術主要是指生物化學工程，生物技術在化工中的應用為綠色化工提供了更多可能，轉基因技術、細胞技術，特別是生物酶技術大大提高了化學生產的效率與多樣性[2]。舉例來講，酶是生物體中化學反應的催化劑，相對于化學催化劑而言，它的使用條件更為寬松，催化效果也更強。例如，過氧化氫酶在催化過氧化氫分解時催化效果是無機鐵離子的一千多倍。最重要的是，生物酶在反應過程中不會產生污染物質。此外，生物技術的應用也能使農作物的廢棄物擁有利用價值，例如，通過生物技術能夠用小麥秸稈生產乳酸，進而用于制造生物降解塑料。利用農作物秸稈也可以生產化學乙醇、工業酒精等材料和能源，減少了非可再生能源的消耗，也解決了農作物秸稈污染的問題。生物技術在制藥工程中的應用也大有突破。基因重組技術在多肽類藥物和疫苗的生產中作用甚高。由此可見，生物技術在化工工程中的應用十分廣泛且仍有值得深入研究的地方。

4.3 環境友好型產品

環境友好型產品主要是指在生產全過程中對環境沒有造成任何污染和危害的產品。在化學生產過程中，環境友好型產品也指無毒害的生產材料和先進節能設備。目前生活中常見的環境友好型產品包括有機食品、新能源汽車、綠色環保建筑和裝飾材料、節能型家電等。我國人均能源稀少、環境污染嚴重，且由于之前的粗放式發展仍有許多企業的日常生產還停留在十幾年前的水平——效率低下、污染嚴重。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，減少生產與生活中非可再生能源的消耗、降低污染排放才是實現我國可持續發展的正確路徑。目前，太陽能、風能、生物技術生產的乙醇等都是世界比較矚目的清潔能源，我國也需要對此進行深入研究。此外，可降解塑料也有望代替傳統塑料制作塑料袋等產品，減少對環境的傷害。人們對環境友好型產品的重視代表著人類環保意識的普遍提高。利用環境友好型產品代替傳統高污染、高能耗產品也是綠色化工技術的目的之一，從產出方面降低對環境的污染、減少能源消耗。