綠色化學工程與工藝對化學工業節能的促進分析

何 亮

（天津大港油田圣達科技有限公司，天津 300280）

現代社會的運轉離不開化學工業的支持，化學工業作為現代經濟市場中不可缺少的重要組成部分，為我國人民生活質量水平的提高以及現代社會經濟的快速發展都有著十分密切的關系，但是，在過去的發展歷史中，化學工業也時常帶給社會環境污染問題，這不僅影響到了化工行業的發展，還對人們生活環境造成了極其嚴重的影響。為了實現人民群眾生活質量與經濟繁榮的雙重發展，現代化學工業開始衍生出綠色化學工程理念及其相關工藝，至此，現代化學工業工藝技術發展方向與理念基本完善，現代化學工業越來越重視綠色化學工程與工藝的改進，許多催化副產品或二次污染物被用于在工業節能生產中，這一舉措對我國現代化學工業的可持續性發展具有著重要的意義。

1 綠色化學工程與現代工藝的發展現狀分析

1.1 原料的綠色化選擇

在初、高中的化學課本中，提到過化學產品的生產方法與過程，同一種化學產品也許有著不同的生產工藝與原料，因此，化學原料（即反應物）的選擇將直接決定化學生產的過程以及其生產工藝。在傳統化工作業下，高反應速率、高轉化率是評價化工行業生產的重要標準，而在現代環境下，無公害、無污染成為了現代化學產品生產的重要指標。

因此，現代綠色化學工程會盡量選擇無毒無公害的綠色化原料用于化學工業生產，也有部分學者提倡，選擇如植物、林業產物、農作物、廢棄物等可再生資源作為化學生產的原料，其主要原理是以生物轉化的方式，將植物、林業產物、農作物、廢棄物等可再生資源轉化為醇、酸、酮等常見化工的原料，在這些資源的轉化中，主要是憑借微生物菌落的方式進行發酵或轉化，這一過程是完全綠色、不會產生污染物的[1]。除此之外，綠色化學工程之所以提倡綠色無公害的化學原料，是因為其對自然環境的影響相對較小，甚至會對生態環保產生一定的助益作用。

1.2 化學反應工藝的綠色化選擇

化學工程中化學反應工藝的選擇決定了轉化速率、轉化效率與二級生成物，同時也決定了原材料的應用性能，在大部分化學工程中，化學反應類型主要包括化合反應、分解反應、置換反應等等，新型綠色化學工程并不是創造出一種新的化學反應工藝，而是在原本的化學反應工藝上取得了突破，增強了化學反應的控制性與可選擇性。

例如，烴類物質氧化是極為常見的放熱化學反應，也是石油石化生產中的常見化學反應類型，但放熱化學反應的過程并非是由人為完全控制、完全穩定的，在反應生產的氧氣或二氧化碳等物質影響下，烴類物質氧化過程中會有一定幾率產生異種結構，這不僅會影響到生成物的純度與質量，還會造成一定的污染。因此，在化學反應工藝的綠色化選擇上，可以人為主動控制烴類物質的氧化過程，從而有效突破傳統工藝限制，確保化學反應的難度降低，控制反應過程中的異種結構生產，確保反應過程的節能效果，才能有效降低生成物污染可能性，達到綠色化工產業發展的零污染環保節能目標[2]。

1.3 催化劑的綠色化選擇

催化劑并不參與化學反應中，但合理科學的催化劑能夠有效促進反應物的轉化與化學工業的生產，隨著化學工業產業規模的不斷擴大，人們對于產品的需求量急劇上升，催化劑的使用與選擇已經成為現代化學工程研究的重要內容。

與課本標出的化學反應式不同，在實際操作中，化學工業的生產會涉及到大量的化學反應與各種催化劑。在傳統化學工程中，濫用催化劑不僅無法加快化學反應進程，還會影響到生成物的產品質量，因此，合理、科學、正確的選擇并使用催化劑是加快反應進程、提高反應的轉化率以及產品的質量的有效方法。科學綠色的催化劑不僅能協調各項反應物的轉化效率，還有有效減少乃至消除相應的副產物出現。例如，固體催化劑的分子篩和雜多酸等能夠在化工生產過程中有效代替有害液體的催化劑，簡化化學工藝過程，減少“三廢”排放[3]。

2 綠色化學工程與工藝對化學工業節能的促進作用

2.1 原料綠色化的開發

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

尤其是汽油柴油的使用，人們出行雖然變得方便，但卻對大氣造成了嚴重的污染，這也是綠色化學工業不斷進行新型汽油以及低硫柴油和無污染型燃料研究和應用的必要性。為了有效降低汽車尾氣造成的污染，有些地區開始推廣二甲醚作為汽車的燃料，而有些地區則從反應物的綠色選擇出發，借助甘蔗產生酒精，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，并在生產、使用等過程匯總對環境沒有任何危害[4]。

2.2 優化節能環保生產訴求的化學工藝

CPT清潔生產技術的英文全稱為：cleaner production technology，它可以有效降低污染物排放量與污染物毒性，是當前優化節能環保生產訴求的化學工藝。

同時，CPT針對的是現有化工生產技術的基礎上進行完善與改造，因此在當前化學工業發展過程匯總，運用CPT技術后，可以有效降低化學工業生產的污染產量和毒性，避免二次污染的情況出現，甚至可以達到理想化的根除境地。諸如：反滲透藥劑、循環水藥劑、化學清洗除垢劑、緩蝕劑等等，不僅能夠保護化學反應過程中反應物，避免反應物與雜質生成異種結構，還能夠降低反應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

在早期生物技術研究中，現代綠色化學工程原料大部分來自于生物技術轉化合成，如微生物、基因、細胞、酶技術等，尤其是化學的仿生學以及生物化工兩個領域所運用到的技術，其中，生物酶具有很強的專一性，在生物體內被用于生物合成各個過程的催化。

在綠色化學工程與工藝中，提倡通過生物技術將可再生資源轉化或合成有機化合物原料的運用方式，降低石油、煤炭原料等消耗，隨著綠色化學工程與工藝技術的不斷發展與完善，化學工業開始將自然界中具有的酶或人工合成的工業酶作為催化劑使用，與傳統催化劑相比，酶不會產生任何的污染，反應條件也比較溫和，具有很強的高效性、專一性等特點，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，并且反應十分徹底。

3 結語

綜上所述，在現代綠色化學工程與工藝中，原料決定了化學工藝的選擇與產品質量，而化學工藝與催化劑的選擇則影響到污染物的排放量，因此，化學工業方面有必要從原料、工藝、催化劑三個方面入手，全方位地選擇綠色無公害生產方式，降低污染物的排放量乃至實現產品生產的零污染。