化学工程工艺中绿色化工技术的开发与应用

张顺

（石家庄常丰环境工程有限公司，石家庄050000）

1 引言

众所周知，化学生产是世界环境污染中最主要也是最严重的污染原因之一，随着工业革命的进行，化学生产已经进入人类生活的方方面面，由此所产生的有害物质和废弃物也成了自然环境的沉重负担。因此，如何减少化学生产中的污染，实现可持续发展也成了各国学者不懈努力的方向。发展绿色化工技术是目前最值得投入研究的方向。通过发展绿色化工技术有望改良化学生产工艺与流程，从化学生产的各个环节减少有害物质的产生，从而减少环境污染。

2 绿色化工技术概述

绿色化工技术是以绿色化学为基础研发的能够减少甚至消除对环境的污染的化工技术。绿色化工技术力求通过一系列手段在原材料、加工过程以及部分产出品上实现绿色化学，进行环境友好型生产，包括使用高科技设备、新型化工技术、改进生产工艺等，常用的化工技术包括超临界流体技术、高能辐射技术、新型催化技术等。减少污染，实现可持续发展是绿色化工技术的目的和本质。

发展绿色化工技术应当从以下几方面考虑：第一，充分利用资源和能源，提高产出，减少能耗；第二，尽量采用无毒无害原料进行生产，从源头上减少污染物产生；第三，改良化学生产工艺，减少生产过程中污染与废弃物的产生，提高产出。

3 化学工程工艺中绿色化工技术的开发与改良

3.1 化学原料的合理选用

原料选择是绿色化工技术研发的第一步，原料是决定化工生产过程与产出的重要因素，因此，在原料选择时应尽量选取无毒害、杂质少、反应条件简单且污染废弃物产出较少的物质，从根本上减少污染，这也是最简单、最易操作的方法。绿色化学原料一般是农作物、植物等天然物质，它们价格低、可再生，生产过程中所造成的污染也较低，因此是较为理想的化学原料。目前，我国对绿色原料的开发利用还比较落后，生产工艺也存在许多不足之处，因此应当加强对绿色原料的研究和对绿色生产工艺的改进。

3.2 合理选择化学催化剂

催化剂能够千万倍地加速化学反应的进行，通常情况下，催化剂也是化学生产中必不可少的材料。但是在许多化学反应中催化剂往往会产生有毒有害的副产品，会对环境造成伤害，所以长期以来产出的化学废料都困扰着企业和社会。绿色化学技术主张合理选择催化剂，减少废弃物和污染物的产生。在这一方面，科研工作者已经研发出多种无毒害的催化剂供企业选择，相应的学界也应当继续努力钻研，寻找更加高效、成本低、无污染的催化剂。例如，烷基化固相催化剂不仅满足了无毒害、效率高的条件，还能在反应过程中充分利用废弃物，实现物质循环利用，是绿色化工生产过程中使用较为普遍的催化剂。

3.3 废弃物回收再利用

化学生产过程中难免会产生废弃物，有的废弃物有毒有害，会对环境和周围生态造成严重破坏，即便是无毒害的物质也会造成资源、空间的浪费，长期堆积也会造成环境污染。因此，如何减少化学生产中的废弃物产生，实现废弃物再利用也是绿色化工技术的主要难题。合理利用废弃物不仅能够减少浪费和环境污染，也是提高生产效率、实现可持续发展的重要途径。废弃物回收再利用也为工业垃圾找到了变废为宝的途径，减轻了企业排污的负担，为企业创造了更多收益，为行业发展提供了方向与可能。

3.4 优化电动机的使用

在如今的化学工程生产过程中采用的电动机大多数都是驱动式的，但是电动机作业时的频率相对来说比较固定，许多化工反应过程中不需要电动机高频率作业时就造成了能量的浪费，增加了化工企业的成本。另外，这种电动机在打开过程中比较浪费时间，因此许多化工企业在化学反应终止时都不进行关闭，使得电动机一直处于运行状态，造成了许多能量的浪费，违背了化工企业绿色经济经营的目标。因此，在化学工程与工艺过程中应当优化电动机的使用，采用变频式的电动机，根据化学反应的要求自主选择电动机使用频率，从而减少能量的浪费，使得整个化学工程与工艺实现绿色经济、绿色环保。

3.5 优化供热体系

在许多化工企业，在进行化学工程与工艺过程中采用的供热体系还只是传统的供热方法，即仅仅运用单线供热，一套供热装置要给所有设备进行供热，首先，在其他设备不需要热能量的时候进行所有设备同时供热严重浪费了许多热能量，使得整个化工过程不经济，增加了化工企业成本。其次，单线供热能经常会导致热能供给不足，造成效率低下。因此，化工企业应当优化供热体系，根据化学工程反应所需热能，采用多种供热设备联合进行供热，不仅可以有效地解决热能浪费的问题，使得整个化学工程成本降低，同时还可以提高化学反应效率，使得绿色化工技术得以完善，同时促进化工企业的绿色安全发展[1]。

4 化学工程与工艺中绿色化工技术的应用

4.1 清洁生产技术

在化学工程工艺生产中，绿色化工技术的应用主要指的是清洁生产技术、生物技术以及环境友好型产品的使用。其中清洁生产技术，简单来说，指的就是无污染、无毒、无害以及无污染废弃物排放的一种绿色生产技术，像是绿色催化技术、临界流体技术以及辐射热加工技术，都属于清洁生产技术，并且被广泛地应用于现代化冶金工程、现代印染工程以及煤气加工生产、甲醇合成、生活垃圾处理，还有海水淡化等化学工程项目中。比较常见的如垃圾沼气技术、高效煤气化技术、风能、太阳能发电技术，都得到了很好的推广。例如，超临界流体萃取技术的应用，就是使用一种温度和压强处在临界状态的流体当作萃取剂，然后将所要萃取的物质从混合物中萃取出来。而在海水淡化处理工程中，通过应用绿色清洁生产技术，可以针对海水展开盐水分离，在海水分离的过程中，既可以获取相当程度的水资源，还可以生成一些Mg(OH)2，将处理后的Mg(OH)2物质应用在更多化学工程的清洁生产中。

4.2 生物技术

绿色化工技术中的生物技术主要是指生物化学工程，生物技术在化工中的应用为绿色化工提供了更多可能，转基因技术、细胞技术，特别是生物酶技术大大提高了化学生产的效率与多样性[2]。举例来讲，酶是生物体中化学反应的催化剂，相对于化学催化剂而言，它的使用条件更为宽松，催化效果也更强。例如，过氧化氢酶在催化过氧化氢分解时催化效果是无机铁离子的一千多倍。最重要的是，生物酶在反应过程中不会产生污染物质。此外，生物技术的应用也能使农作物的废弃物拥有利用价值，例如，通过生物技术能够用小麦秸秆生产乳酸，进而用于制造生物降解塑料。利用农作物秸秆也可以生产化学乙醇、工业酒精等材料和能源，减少了非可再生能源的消耗，也解决了农作物秸秆污染的问题。生物技术在制药工程中的应用也大有突破。基因重组技术在多肽类药物和疫苗的生产中作用甚高。由此可见，生物技术在化工工程中的应用十分广泛且仍有值得深入研究的地方。

4.3 环境友好型产品

环境友好型产品主要是指在生产全过程中对环境没有造成任何污染和危害的产品。在化学生产过程中，环境友好型产品也指无毒害的生产材料和先进节能设备。目前生活中常见的环境友好型产品包括有机食品、新能源汽车、绿色环保建筑和装饰材料、节能型家电等。我国人均能源稀少、环境污染严重，且由于之前的粗放式发展仍有许多企业的日常生产还停留在十几年前的水平——效率低下、污染严重。因此，对于我国而言，寻找新型绿色能源非常重要，只有利用清洁能源替代石油、汽油等能源，减少生产与生活中非可再生能源的消耗、降低污染排放才是实现我国可持续发展的正确路径。目前，太阳能、风能、生物技术生产的乙醇等都是世界比较瞩目的清洁能源，我国也需要对此进行深入研究。此外，可降解塑料也有望代替传统塑料制作塑料袋等产品，减少对环境的伤害。人们对环境友好型产品的重视代表着人类环保意识的普遍提高。利用环境友好型产品代替传统高污染、高能耗产品也是绿色化工技术的目的之一，从产出方面降低对环境的污染、减少能源消耗。