環保化工技術在化學工程工藝中的應用

靳慧軒(海灣工程有限公司，河北 石家莊 050000)

0 引言

化學工業作為涉及多個領域的工程。傳統化工工藝在實際應用中存在高能耗、高污染等問題，與當前所提倡的環保化工生產理念不相符。而環保化工技術是繼傳統化工技術優點所形成的具有節能降耗、環保等特點的新型技術，能夠彌補傳統化工技術的不足，減少化工生產環節污染物，為化工行業的整體發展提供新的發展路徑和方向，所以，在化工工程中應用該技術具有一定現實意義。

1 環保化工技術及其應用的必要性

1.1 定義

環保化工技術指的是對現有化工技術、化學原理進行優化和改良，降低化學工程中原料、溶劑以及廢物等有害物質對環境污染，整個過程中可以體現環保、節能等理念的技術[1]。隨著該技術的不斷開發，可以從化學反應、化工污染源頭處減少污染物的產生，在化工生產、加工中使用一些無毒害的原料、催化劑等實現無污染，比如在化工生產中多使用催化劑來促使反應速率提高。在環保化工技術開發中，可以使用一些無毒害的催化劑來提高反應速率，從源頭處控制化學污染。

1.2 環保化工技術在化學工程工藝中應用的必要性

第一，近年來，環保、環境以及資源等問題成為人們關注的熱點，對各行業產生一定的影響。化學工業涉及冶金、合成纖維、醫藥等多個領域，在滿足生活、生產等需求的同時，給自然、人類帶來一些負面影響，不利于化工行業可持續發展。而在化學工程工藝中應用環保化工技術，不僅可以緩解資源、環境等問題，而且為化學工程行業的發展提供新的思路和方向。從預防入手，對化工生產環境污染問題進行有效控制，比如利用廢棄物資源回收技術減少有害廢物的排放，使污染物的量得以控制，突顯出環保化工技術的優勢。第二，在以往化學工程生產中，受工藝的約束，所排放的部分廢水、廢物未進行有效處理而排放，不僅會污染周圍河流、土壤以及空氣，而且霧霾等惡劣天氣出現的頻率增多，對人類身體健康、出行等帶來不良影響。此外，傳統化學工程生產中所消耗的原材料比較多，且資源利用率相對較低，加之目前化工資源比較短缺，不利于該行業的持續發展。因此，在化學工程工藝中應用環保化工技術具有一定的必要性[2]。

2 化學工程工藝中環保化工技術的開發和應用

2.1 開發

2.1.1 使用環保原料

化學原料多通過化學方法生產所得，是化工生產環節不可或缺的原料，所使用的原料是否滿足環保要求，會直接影響化工行業污染的治理。這就要求選用環保性的化工原料，即在化工生產中使用純天然原料代替以為有毒害性的原料，達到無污染、零排放的目的，比如在生產酸、醇等化工原料過程中，可以使用一些天然植物纖維(樹木、蘆葦)、農副產品廢棄物(麥秸、稻草) 替代以往的化學原料。

2.1.2 催化劑選用

大多數化學反應都需要催化劑的參與。催化劑性能會直接影響目標產物的產量、速率，在化學反應中起到加快反應速率，確保各類原料充分反應的作用，在促使資源利用率提高的同時，能夠降低化工生產成本。在環保化工技術開發過程中，應根據目標產物、催化劑的性能等條件選擇無害且具有回收價值的催化劑，在滿足目標產物產量的同時，提高催化劑的利用率。

2.1.3 高反應速率

在化學工程工藝中，部分化學反應需在高溫環境下進行，即需要設置相應的供熱裝置，如果使用傳統單線供熱方式，一方面在局部設備需要供熱的情況下，容易導致部分熱量浪費；另一方面如果需對多種設備進行供熱，存在熱能供應不足的情況，會降低生產效率。因此，在化工工程工藝中，應從節能、環保的視角出發，對反應供熱系統進行優化，促使生產效率提高。

2.2 應用

2.2.1 物技術

隨著科技的快速發展，為生物技術的發展提供了廣闊的環境，在醫藥、工業以及農業等多個領域中會應用到該技術，不僅促使化學工程產業結構的不斷優化，而且會創造更多的經濟、社會效益。生物技術的應用范圍還涉及到基因、細胞以及酶工程等方面，在生物制造業中能夠突顯出環保化工技術的優點。比如細胞與酶的反應作為生物研究中常見的內容，為了提高該反應的速率，一般會添加合適的催化劑，使反應更加充分。在該反應中可以應用環保化工技術所研發的丙烯酸胺作為催化劑，一方面可以實現能源的節約，反應中所產生的廢棄物相對較少；另一方面該反應可以體現生物與化學技術二者融合的優勢，促使生產效率提高。同時，膜化學技術多應用于大氣污染、水處理中，能夠實現介質的分離，達到較好的生態環境治理效果。

2.2.2 清潔、回收技術

清潔技術作為環保化工技術中的一種，主要應用于造紙工業、廢水處理等領域，能夠起到環境保護的作用[3]。在化學生產中應用該技術，對廢棄物進行處理，使部分廢物通過轉化進行再次利用，對有毒物質進行溶解處理，降低其對環境的威脅，達到節能、環保的目的。比如在造紙工業中，為了降低對環境的污染，使用木素降解菌對纖維原料進行處理，替代以往的化學法制漿方式，并且在廢紙脫墨、改性中應用纖維素酶，在漂泊工藝中使用木素酶等。同時，高分子材料在使用中降解的難度比較大，容易造成環境問題，可以兩方面入手減少污染，一方面在材料合成制備過程中，將光熱、生物酶敏感基團引入分子鏈中，目的是從源頭上防止高分子材料的污染；另一方面采取聚合物解聚、降解的方式收回廢棄材料中有價值的化學品，對部分塑料進行生物降解；或者采取零污染的物理法對廢氣高分子材料的相容性、流變性進行改變，實現高分子材料的再次利用，在降低環境污染的同時，促使資源的利用率提高。

2.2.3 催化技術

該技術作為化學工藝中不可或缺的一部分。目前，化工企業在化學產品生產中多應用該技術。與傳統化學技術相比較，該技術的應用可以促使催化劑的利用率提高，降低化工污染，比如目前多使用固體催化劑，能夠彌補傳統液體催化劑的缺陷，在保證化學產品質量的同時，實現廢棄物的有效利用，降低對生態環境的污染。

2.2.4 應用環保產品

為了降低和防止環境污染問題發生的幾率，化工企業應站在行業可持續發展的立場，生產出對環境友好的新型產品。如為了降低汽車燃料對環境的污染，減少對人體的傷害，可以應用環保化工技術生產出新的環保產品，以乙醇汽油來代替傳統的汽油作為汽車的燃料。同時，在環保理念的倡導下，應用生物航煤來替代普通的航煤，減少二氧化碳的排放，并且該燃料的應用要求比較低，無需改裝原有的發動機，突顯出該新型燃料在使用便捷性、環保等方面的優勢。此外，所生產的可降解塑料袋不僅可以滿足人們實用性需求，而且這類材質的塑料袋在短期內可以分解，避免對環境的破壞。

3 基于環保化工技術提高化學工程工藝的策略

3.1 化工工藝流程改進

化工生產工藝流程即原料預處理、加工以及生產成為半成品或成品的過程[4]。化工工藝流程設計要符合產品質量、環保、經濟以及易操作等方面的要求。而傳統化工企業在發展過程中，多使用單線、單一設備進行能源的供應，且部分反應過程對壓力、溫度等條件要求比較高，比如在高溫、高壓條件下進行，這種情況下會導致部分熱量浪費，與環保化工理念相背離。因此，可以通過優化化工工藝流程的方式實現節能，如對化工反應過程的熱能需求進行分析，對反應能源分配方式進行重新規劃，以聯合加熱的方式對能耗進行控制，促使能源利用率提高。另外，使用變頻電機代替以往的定頻電機，使反應過程能源需求與供給相匹配，達到節約能源的目的。此外，針對化學反應不充分，所產生的廢棄物量比較大的情況，應對化工技術、設備進行更新，使用專門的收集和回收設備對其處理，實現廢物的再次利用。

3.2 合理布局設備、場地

在當前激烈的市場競爭環境下，化工企業在應用環保化工技術的過程中，需綜合考慮經濟、環保以及安全等因素，通過成本的控制增強自身的競爭力。對于化學工程設計人員、技術人員而言，應根據實際情況對化工設備、場地進行合理布局和規劃，比如設計新的設備系統，對傳統系統進行改進，依據產品需求、設備要求等制定出簡單、實用的設施布局方案。關于車間設備的布置，應考慮地形、主導風向等因素，充分發揮車間地理位置方面的優勢，通常將配電室、控制室布置于生產區域的中心處，確保設備布局與工藝流程相適應。此外，關于各車間、各部門位置的布局，應遵循協調、緊湊以及整齊等布局原則，使各設備之間協調、配合運作，對操作區域設備、管線進行合理分布，對不同管道進行標識，確保有毒、腐蝕性介質被集中放置、處理，防止對周圍環境的污染。

4 結語

傳統化工企業在生產過程中過分強調效益，忽視了資源、環境等問題，給生態環境、人類帶來一些負面影響，一定程度阻礙了化工行業的可持續發展。因此，在化學工程工藝中應用環保化工技術具有一定的可行性，將環保化工理念融入化工生產的各環節，對化工原料和催化劑質量進行把控，優化化工工藝流程、設備以及整個反應過程，在保證化工產品質量的同時，盡可能地降低對環境的污染，為環保化學工程發展打下基礎。