简析绿色化学工程与工艺在化学工业节能中的应用

赵冬花

摘要：化学工程与工艺是研究有关化学过程与物理过程的一般原理和规律，如石油炼制工业、冶金工业、食品工业、印染工业等，并应用这些规律来解决装置开发、设计、操作等问题，主要研究大规模改变物料中的化学组成及其机械和物理性质。后来因现代工业发展的需要，以化工知识背景为基础，又发展出一些新的分支，例如半导体工业。化学工程领域的分支庞大，可应用在各类化学相关领域的研究及实务上的操作。为了充分发挥其作用，本文简述了化学工程与工艺节能的必要性以及绿色化学工程与工艺应用的基本要求，对绿色化学工程与工艺在化学工业节能中的应用进行了简要分析。

关键词：绿色化学工程与工艺;应用;要求;化学工业节能

绿色化学工程是应用相应的科学方法对化工原料、溶剂、废物等进行绿色处理，可有效降低化工材料对生态环境造成的污染，同时还可有效提高能源的利用率。

一、化学工程与工艺节能的必要性

化学工程与工艺节能的必要性主要表现为：（1）节约能源消耗的要求。化工产品主要消耗的是天然气和石油等化石燃料，现在这些化石燃料在地球上日益减少，因此需要充分考虑生产工艺，提升整个化工工业的生产效率，降低能源浪费。（2）化工产品生产过程控制的需要。有些化工工厂对不同数量的化工原料进行生产的时候进行统一的燃料消耗，或能源消耗过多，或能源消耗不够，这些都会给生产化工产品造成燃料浪费，有相关报道称，最多时由于能源过剩而产生的燃料浪费高达70%以上。在这种资源浪费的情况下，要充分考虑化学工程与工艺，尽可能地降低化学工业的成本，严格把关生产质量，保证生产效益。

二、绿色化学工程与工艺应用的基本要求

绿色化学工程与工艺应用的基本要求主要表现为：（1）应用无毒害化学原料。生产化学产品的源头是原料的选择，它决定着化学生产流程和工艺的选择。绿色化学工程与工艺以不使用有毒有害的原料为首要开发目标，从源头上防止化学污染，同时绿色化学工程与工艺本着采用可再生的自然物质作原料的开发原则，来保证化学生产的无污染。（2）采用无毒无害的化学催化剂。近年来，化学反应越来越多的应用到了工业化的生产中，而催化剂对提高反应速率有着明泉的效果，所以开发新型高效、无毒无害的催化剂以成为绿色化学工艺的发展方向之一。如今，相关部门都在研发新的烷基化固相催化剂，此外，分子筛催化剂也得到了很好的开发和应用。（3）提高化学反应的选择性。烃类选择性氧化是一类具有强放热性的反应，石油化工工业中时常发生这种反应，但是，它的生成物不稳定，很容易被进一步氧化，生成H2O和CO2。在各类的催化反应中，此反应一般不会被选择，因为有时生成物中还会存在同分异构提，不利于得到最终产物，所以，为了简化生产，一般都会使用选择性高的试剂。这样不仅可以降低分离产品和纯化产品的难度，还提高了反应的选择性，还能够起到降低成本，节约资源，减少环境污染的作用。所以加强这一方面的研究会有很强的实用性，比如开发载氧能力强、选择性好的新型催化剂，就可以应对不同的烃类氧化反应。（4）应用绿色能源。化学工业从获取化学原料到发生化学反应以及反应产物的分离和纯化等各个环节均伴随能量的产生和消耗，而且耗能巨大。然而在化工生产的化学反应中，若反应是吸热的，则需要在反应开始时加入热量来使反应进行完全;若反应是放热的，则需要冷却以移出热量来控制反应进行。同样在化工分离与纯化中，可通过精馏、萃取、再结晶、超滤等操作来实现，也需要消耗大量能量。所以找到合适的能源也是绿色化学工业重点研发目标。例如清洁能源有电能、光能、微波以及超声波等能量，其中电能是运用较多的一种，在利用天然、无毒、手性的维生素B12为催化剂的电催化反应中可以实现在温和中性条件下的自由基环氧化。

三、 绿色化学工程与工艺在化学工业节能中的应用分析

1、绿色化学工程与工艺在环境友好型产品中的应用分析。绿色化学工程与工艺应用的主要目的是为社会生产环境友好型产品，如清洁汽油、磷洗衣粉等无毒无害产品。通过绿色化学工程可以生产出与社会、自然环境发展相符合的友好型产品。绿色化学工程工艺的出现在很大程度上起到了保护环境的作用。在社会生产、生活中，人们购买的产品均为绿色产品，不仅有效保证了人们身体健康，同时也可促进社会健康、和谐发展。因此，在化工生产过程中，如能够促进绿色化学工程与工艺的优势得到充分发挥，可有效降低生态环境的污染，促进国家自然环境和社会经济得到可持续发展，对国家的长远发展及社会的进步具有重要意义。

2、绿色化学工程与工艺在清洁生产中的应用分析。绿色化学工程与工艺在清洁生产中的应用主要是通过对化工原料进行无害、无毒、无废处理，实现原料利用率得到提高，进而促进化学工程的生产质量得到提高。在清洁技术中，应用最为普遍的技术分别为脱硝和脱硫两种技术。应用该两种技术对存在较为严重的污染的化学废物、生活垃圾等进行绿色处理，经过相关技术的处理后，生活垃圾可有效转化为沼气。应用自然发电技术来代替传统发电技术。太阳能、风能的开发和应用是清洁生产技术飞速发展的重要标志。在生物工程中合理应用清洁生产技术，可有效促进细胞及基因工程的發展，使其效果得到显著提高。在辐射加工中应用清洁生产技术，可使催化剂的作用得到显著提高。

3、绿色化学工程与工艺与生物技术相互结合的应用。生物技术在化工生产中的应用主要包含生物化工合成化学及仿生学的内容。在生物体内，生物酶作为催化剂存在，其具有显著的专一性和高效性，在生物合成过程中均无法脱离酶的作用。绿色化学工程与工艺中对生物技术进行合理应用，主要是通过相关技术处理，可使再生资源转化为相应的化学品。早期所应用的有机化合物原料大部分是直接源自动物和植物，后来才逐渐发展为以煤炭、石油作为原材料使用。在绿色化学工程与工艺中，通常情况下均是应用工业酶或存在于自然界中的酶作为催化剂。将酶与通常应用的化学催化剂进行比较，酶在应用过程中的优点主要表现为无污染、产物性质好、反应条件温和等。例如通常情况下均是应用丙烯腈进行丙烯酰胺制备，当使用酶作为催化剂后，能耗消耗量大大降低，反应具有彻底性，并且在反应过程中无任何副产物产生。

四、结束语

综上所述，绿色化学工程与工艺在化学工业节能中的应用，主要是以无毒、无害的物质作为原材料，使用节能减排的生产工艺，应用清洁生产的技术，从而降低化学工业生产过程中能源消耗。

参考文献：

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[2]孙洪涛.浅析绿色化学工程与工艺对化学工业节能减排的促进作用[J].中国化工贸易，2017.

[3]吴限知.关于化学工业节能中的绿色化学工程与工艺应用分析[J].进出口经理人，2017.

（作者单位：青海宝盈电力设计咨询有限公司）