綠色化學與化工導論市公開課獲獎課件省名師優(yōu)質課賽課一等獎課件

綠色化學與化工導論歡迎你1/13320世紀化學工業(yè)為衣、食、住、行、保健和娛樂以及國防安全提供了豐富化學物質，也帶來了不一樣程度環(huán)境污染二十一世紀綠色化學進展將證實化學有能力推進經濟和社會可連續(xù)發(fā)展，保障子孫后代美滿幸福生活2/133開設本課程目標環(huán)境污染、能源枯竭等問題是當前人們最為關心熱門話題之一,傳統化學、化工面臨著人類可連續(xù)發(fā)展要求嚴重體挑戰(zhàn)，而綠色化學化工興起和發(fā)展,既能夠從根本上保護環(huán)境,又能夠深入促進化學工業(yè)生產發(fā)展,所以化學工業(yè)出路在于大力開發(fā)和應用基于綠色化學原理產生和發(fā)展起來綠色化學化工技術。3/133經過本課程學習，掌握綠色化學與化工基本概念、基本原理，了解化學、化工生產中資源與能源合理利用及生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展間關系。達到開闊視野，拓寬知識面，便于從整體上認識化學學科，樹立既保護環(huán)境又推進工業(yè)生產發(fā)展新觀念。同時及時了解最新最熱門科學技術成果研究進展以及國內外發(fā)展狀況，為成為知識淵博、研究方向明確高素質人才打下基礎。4/133本課程為考查課，總學時數為34學時。自學課程：主要以自學為主，輔導兩次。目培養(yǎng)自學能力。自學內容：按大綱要求，結合教材及有關參考資料自學，做好自學筆記?？己诵问剑鹤詫W筆記40%，小論文或讀書報告30%，期終考查30%。課程性質及要求5/133教材及參考書1、李德華．綠色化學化工導論．北京：科學技術出版社，2、閔恩漬.吳巍編著.綠色化學與化工.北京：化學工業(yè)出版社,4．3、仲崇立.綠色化學導論.北京：化學工業(yè)出版社,4、貢長生、張克立.綠色化學化工實用技術.北京：化學工業(yè)出版社,5、沈玉龍、魏利濱、曹文華.綠色化學.北京：中國環(huán)境科學出版社,6、顧國維、何澄.綠色技術及其應用.上海：同濟大學出版社,19997、P.T.阿納斯塔斯，J.C.沃納.李朝軍,王東.綠色化學理論與應用.北京：科學出版社,6/133教學內容及要求第一章

緒論：從環(huán)境問題產生與發(fā)展，了解綠色化學產生、發(fā)展、主要性；掌握綠色化學定義和特點。

第二章

綠色化學原理：掌握綠色化學12條基本標準；掌握原子經濟性反應及綠色化學伎倆；

第三章

化學工業(yè)可連續(xù)發(fā)展：了解可連續(xù)發(fā)展與化工清潔生產關系；掌握化工可連續(xù)發(fā)展有效路徑是必須采取綠色技術。

第四章

工業(yè)生態(tài)學原理：了解工業(yè)生態(tài)學發(fā)展史及幾個基本概念；熟悉工業(yè)生態(tài)學三大研究方法（工業(yè)代謝、生命周期評價、區(qū)域產業(yè)生態(tài)系統建設）；掌握循環(huán)經濟和生態(tài)工業(yè)主要性。

7/133第五章

綠色化學化工技術：了解能源、分類及各種能源技術；了解材料分類并掌握各類新型材料特點；掌握催化技術；熟悉生物技術及分離技術（微波技術、膜技術、超聲技術）。

第六章

綠色無機化學工藝：熟悉幾個無機化學工業(yè)生產（磷銨生產、鉻鹽生產、氯堿生產等）綠色化。

第七章

綠色有機化學工藝：以乙苯脫氫制苯乙烯、、環(huán)氧丙烷綠色生產工藝、醋酸生產綠色化為例熟悉幾個有機化學工業(yè)生產綠色化。

第八章

制藥工業(yè)綠色化：熟悉各種制藥工業(yè)（化學制藥、中草藥制藥、生物制藥）綠色化。

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綠色化學又稱環(huán)境無害化學，由此發(fā)展技術稱環(huán)境友好技術或潔凈技術：即利用化學原理在化學品設計、生產和應用中即消除或降低那些對人類健康、小區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有毒有害物質使用和產生，設計研究沒有或只有盡可能少環(huán)境負作用、在技術上和經濟上可行產品和化學過程。第一章緒論一、什么是綠色化學9/133迄今為止?；瘜W工業(yè)絕大多數工藝都是20多年前開發(fā)。近年來，因為化學工業(yè)向大氣、水和土壤等排放了大量有毒、有害物質。1992年，美國化學工業(yè)用于環(huán)境保護費用為1150億美元，清理已污染地域花去7000億美元。1996年美國Dupont企業(yè)化學品銷售總額為180億美元。環(huán)境保護費用為10億美元。所以從環(huán)境保護、經濟和社會要求看化學工業(yè)不能再負擔使用和產生有毒。有害物質費用.需要大力研究與開發(fā)從源頭上降低和消除污染綠色化學。

二、綠色化學主要性從科學觀點看——化學科學基礎創(chuàng)新從環(huán)境觀點看——從源頭上消除污染從經濟觀點看——合理利用資源和能源，降低生產成本——符合經濟和社會可連續(xù)發(fā)展要求10/133三、各國政府推進綠色化學辦法★美國1990年美國頒布了《污染防治條例》，將污染防治定為國策1995年美國副總統Gore宣告了國家環(huán)境技術戰(zhàn)略。其目標為:至20地球日時。將廢棄物降低40-50%,每套裝置消耗原材料降低20一25%；宣告設置“總統綠色化學挑戰(zhàn)獎”；，美國化學會出版了第一本綠色化學教科書。在美國年公布二十一世紀化學化工發(fā)展戰(zhàn)略中，再次強調了綠色化學化工主要性?！锶毡局朴啞岸皇兰o重建綠色地球”新陽光計劃，設置“為地球創(chuàng)新技術研究院”綠色化學化工作為應對二十一世紀挑戰(zhàn)關鍵技術與基礎,已成為二十一世紀世界科技研究前沿熱點：11/133★歐盟各國英國皇家化學會主辦國際性雜志《綠色化學》1999年1月創(chuàng)刊；年設置“JerwoodSalters環(huán)境獎”德國1991年制訂“為環(huán)境而研究計劃”荷蘭制訂“清潔生產手冊”澳大利亞也創(chuàng)建了綠色化學期刊；12/133★中國制訂了“科教興國”和可連續(xù)發(fā)展策略，并于1993年世界環(huán)境和發(fā)展大會之后，編制了《中國二十一世紀議程》鄭重申明走可連續(xù)發(fā)展道路決心。◆1995年中國科學院化學部組織了《綠色化學與技術——推進化工生產可連續(xù)發(fā)展路徑》院士咨詢活動◆1997年國家自然科學基金委“九五”重大項目：環(huán)境友好石油化工催化化學與反應工程◆1997年5月，香山科學會議第72次學術研討會：可連續(xù)發(fā)展問題對科學挑戰(zhàn)——綠色化學◆1998年合肥第一屆國際綠色化學高級研討會◆1999年北京第16次九華山科學論壇“綠色化學基本科學問題”◆年科技部《國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃項目》立項——石油煉制和基本有機化學品合成綠色化學13/133

(1)對我國環(huán)境至關更要一些工業(yè)，如煤炭，石油，化工，造紙，制革，釀造和制藥中綠色化學開展基礎研究；

(2)在"原子經濟性"和可連續(xù)發(fā)展基礎上研究合成化學和催化化學基礎問題，即綠色合成和綠色催化等；

(3)綜合利用當代生物技術和化學化工技術綠色生化工程，如生物煤炭脫硫，微生物造紙，新生物煤炭脫硫和新生物質能源等；

(4)研究怎樣用類似于生物分子自復制和自組裝過程生產普通分子(尤其是無機小分于)和特殊功效納米粒子。

我國把綠色化學列入重點支持更大基礎領域，確定以下詳細目標：14/133綠色化學目標能實現嗎?回答是必定。因為這是人類社會共同愿望。但最終杜絕化學污染源，無疑在技術上、經濟上都極為困難，它需要我們更新觀念、改革化工設備和工藝。過去，化學科學只強調化合物功效、化學反應效率．較少研究不利有毒作用。新任美國化學會會長在1月發(fā)表就職匯報中指出，更安全化學是化學家在二十一世紀化學學習首要領域，科學技術是靠人才來推進．當新代化學家綠色化學意識提升時，綠色化工理論和結果將充分地發(fā)展。

近幾年，綠色化學這一"預防化學污染新觀點"逐步被人們認識、接收。美國科學基金會和許多化工企業(yè)已提供專門基金資助綠色化學研究。美國白宮繼提出"信息高速公路計劃"后，1995年，美國專設了"總統綠色化學挑戰(zhàn)獎"，獎勵有更大突破綠色化學結果。四、綠色化學可行性15/133一、綠色化學主要特點1、化學反應原子經濟性。2、化學反應清潔性3、化學工藝循環(huán)性和閉路性。4、化學反應技術可連續(xù)性5、化工生產可連續(xù)性第二章綠色化學原理16/133二、綠色化學主要內容無毒無害原料可再生資源環(huán)境友好產品回歸自然廢物回收利用無毒無害催化劑

無毒無害溶劑原子經濟反應17/1331.預防（prevention)：預防廢物產生優(yōu)于廢物產生后再處理或清理2.原子經濟性（atomeconomy）：應設計合成方法使其能把反應過程中利用全部材料盡可能多地轉化到最終產物中3.低毒化學合成（iesshazardouschemicalsynthesis）：只要可行，應設計合成方法使其利用和產生物質對人類健康和環(huán)境無毒性或很低毒性。4.設計安全化學品(designingsaferchemicals):應設計化工產品使其保留功效，但降低毒性三、化工生產應遵照“綠色化學12條標準”18/1335.安全溶劑和助劑（atersolventsandauxiliaries）：應盡可能防止使用輔助物質（如溶劑、分離劑），如用時應是無毒6.能量效率設計(designforenergyefficiency):應考慮到能源消耗對環(huán)境和經濟影響，并應盡可能少地使用能源。如有可能合成應在常溫和常壓下進行7.使用可再生原料(userenewablefeedstocks):只要技術和經濟上可行，原料應是可再生，而不是將耗竭8.降低衍生物(reducederivatives):應盡可能防止無須要衍生化（阻斷基團，保護／脫保護，物理和化學過程暫時修飾）因為這些步驟需要添加試劑并可能產生廢物19/1339.催化(catalysis):催化試劑（有盡可能好選擇性）優(yōu)于化學計量試劑10.降解設計(designfordegradation):應設計化工產品使其在完成使命后不在環(huán)境中久留，并降解為無毒物質11.預防污染快速分析(real-timeanalysisforpollutionprevention):分析方法須深入發(fā)展，以能夠進行即時和在線跟蹤及控制有害物質生成12.本身安全、能預防意外事故化學(inherentlysaferchemistryforaccidentprevention):在化學轉換過程中，所用物質和物質形態(tài)應盡可能地降低發(fā)生化學事故可能性，包含：泄漏、爆炸、和火災20/133第三章、化學工業(yè)可連續(xù)發(fā)展-1987年《我們共同未來》一書發(fā)表，提出了“可連續(xù)發(fā)展”最經典定義：“滿足當前需要但不損及后代滿足他們自己需要”。(“代間不平等”問題)-美國環(huán)境保護總署國家風險管理研究室NRMRL將“可連續(xù)性”表述為：“當我們?yōu)榱巳祟惤】岛铜h(huán)境去持久地保持或改進物質和社會條件，在不超出支持它們生態(tài)承載能力條件下所追求目標。”

一、什么叫“可連續(xù)發(fā)展”？21/133

聯合國關于可連續(xù)發(fā)展三次會議：1、聯合國人類環(huán)境會議（1972，瑞典，113國家參加，發(fā)表“關于人類環(huán)境斯德哥爾摩宣言”及“人類環(huán)境計劃”）2、聯合國環(huán)境及發(fā)展會議（1992，巴西，178國參加，發(fā)表“關于環(huán)境與發(fā)展里約熱內爐宣言”等5項條約等）3、可連續(xù)發(fā)展世界首腦會議（，南非，191國家參加，發(fā)表“關于可連續(xù)發(fā)展約翰內斯堡宣言”及“可連續(xù)發(fā)展世界首腦會議實施興計劃”）二、可連續(xù)發(fā)展定義與歷史沿革22/133（1）面臨世界資源挑戰(zhàn)－地球資源７５年耗盡世界自然基金會和聯合國環(huán)境規(guī)劃署聯合發(fā)表《２０００年地球生態(tài)匯報》顯示，若按當前速度繼續(xù)消耗地球資源，那么我們地球資源會在２０７５年耗盡。

（2）地球正在失去自我清潔能力２２年來，一個能夠清潔空氣關鍵自由基分子在世界范圍內逐步降低，它濃度平均下降１０％，至今尚不清楚它下降原因和周期，它將對地球健康組成巨大威脅。它是地球防污染劑，它降低將使煙塵越來越濃，造成破壞保護地球臭氧層。三、可連續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需求（世界形勢）23/133能源供給無疑是可連續(xù)發(fā)展頭等大事。據EIA2001公布:預計今后50年安定人口增加50%，而伴隨人均收入提升，對應人均能源會不停增加。所以預計今后總能耗會增加50%。怎樣經濟地滿足這種能耗需求增加，又不顯著增加環(huán)境成本就是一個挑戰(zhàn)。多數教授認為：20——50年內，主要還是靠化石燃料（石油，天燃氣及煤炭）。

能源種類石油天然氣煤炭核能可再生能源*世界占百分比（%）39232297中國占百分比（%）293650.62.4※

可再生能：太陽能、風能、水利發(fā)電、生物能世界能耗組成能源問題……..24/133如溫室氣體排放，臭氧層破壞等,過去里全球水文氣象災害數量增加了一倍。若化石燃料不加限制地消耗下去，2030年CO2濃度可到達550ppm,到2050年氣溫會上升1.5－4.5℃。那時生態(tài)災難又會比現在上升幾倍？

（3）全球環(huán)境處于危險十字路口

全球生態(tài)系統正在向危險臨界值靠近，環(huán)境惡化造成自然災害，近十年中造成世界６０８０億美元損失，過分對礦物燃料使用，使氣溫變暖，北極冰蓋已降低4２％，繼續(xù)變暖會造成水資源極度缺乏，食品降低，和諸如瘧疾、登革熱之類致命疾病廣為擴散。25/13326/133

經濟形勢之一：中國經濟高速發(fā)展近（1985~年）中國經濟高速發(fā)展。國內GDP總量超出10萬億元，人均GDP超出1000美元；年國內GDP到達20萬億元，人均GDP超出1500美元。1949～198637年1986～19961996～5年～2年5000萬噸1953～198434年1999～3年1993～19996年1984～19939年2.5億平方米1953～199239年～1年～2年1992～8年中國經濟高速發(fā)展，帶動了鋼鐵、建筑、汽車等各行各業(yè)加速發(fā)展。100萬輛四、可連續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需求（中國形勢）27/133國家位次工業(yè)生產率中國相當（％）挪威1102.7343.59美國289.7114.12日本764.0815.76法國1651.4797.17英國1750.9547.25德國2242.7238.64韓國2529.75512.40中國473.963-資料起源：瑞士洛桑國際管理開發(fā)研究院，《世界競爭力年鑒（）》一些工業(yè)國家工業(yè)生產率比較各國工業(yè)化程度28/133經濟形勢之二：重工業(yè)是中國經濟發(fā)展主要支柱材料工業(yè)是國內經濟發(fā)展物質基礎，如鋼產量伴伴隨GDP同時增加；我國鋼產量到達4.18億噸，占世界鋼產量33.7%；水泥產量到達12.4億噸，占世界產量50%；重工業(yè)普通是資金密集、勞動力密集高能耗、高污染產業(yè)。國內生產總值(GDP)與粗鋼產量發(fā)展趨勢：世界鋼產量11.3億噸年：世界鋼產量12.4億噸我國鋼產量在世界上地位萬噸國內水泥產量發(fā)展我國經濟增加主導是重工業(yè)，1985年至間，重工業(yè)產值占國內工業(yè)總產值百分比波動在50—70%。我國以重工業(yè)作為經濟發(fā)展主要支柱，是造成單位GDP能耗高、污染嚴重主要原因。29/133國家和地域單位美元GDP消費能源數量（千焦耳）1998能源數位次能源數位次中國香港2646131001日本3642349064德國5596662957法國58937681910韓國11945301730235美國1248731997226印度31108413162544俄羅斯32302458611049中國內地49176443528247一些國家能源使用率比較資料起源：瑞士洛桑國際管理開發(fā)研究院，《世界競爭力年鑒（1998）》，《世界競爭力年鑒（）》30/133經濟形勢之三：中國經濟發(fā)展進入轉型期世界各國人均GDP到達1000-3000美元是主要經濟轉型期，也是戰(zhàn)略機遇期；經濟轉型期主要標志是發(fā)展中國家轉為發(fā)達國家，工業(yè)化社會轉為信息化社會；轉型期主要社會矛盾是經濟高速發(fā)展與資源環(huán)境制約；歐、美經歷這一發(fā)展階段時間長達12~；日、韓國用7~8年實現轉型；而墨西哥、巴西、菲律賓、泰國、馬來西亞等國長久未能實現轉型，經濟陷入停滯不前。我國經濟發(fā)展與GDP增加趨勢為了盡快實現中國經濟轉型，必須堅持節(jié)能減排、建設節(jié)約型社會基本國策，深入降低能源、資源消耗，改進社會環(huán)境。31/133中國環(huán)境污染非常嚴重大氣污染：一級標準城市只占６００多個城市中不到１％工業(yè)污染：中國流行?。福埃ナ且驗樗廴緜鬏?。固體廢棄物嚴重：以１０％速度增加，存放量已達６.４９億噸，占地5.17萬頃?！?我國化學工業(yè)經濟增加

很大程度建立在大量消耗能源及原材料基礎上，有時以犧牲環(huán)境為代價。我國化學工業(yè)總產值居世界第三位，但人均化工產值僅為世界平均1/4；我國化學工業(yè)總能耗為美、加、墨三國之和4.1倍，。但產值相當三國之和23.8%.化工廢水排放量占全國工業(yè)部門17.5%，名列第1位；化工廢氣排放量占第4位，固體廢物排放占第5位，但危險廢物占60%，為第1位。萬元產值水耗為美國3.5倍。而萬元產值污染物排放強度是美國近百倍。

32/133可連續(xù)發(fā)展面臨問題之一——資源缺乏

社會轉型期是主要戰(zhàn)略機遇期，也是各種矛盾凸顯期，伴隨經濟快速增加和人口不停增加，資源約束矛盾日益突出，環(huán)境形勢愈加嚴峻。主要國家鐵礦石儲量與鋼產量

從資源稟賦看，我國是總量上大國，人均上貧國。人均淡水資源占有量僅為世界平均水平四分之一，人均耕地占有量不到世界平均水平40%，45種礦產資源人均占有量不到世界平均水平二分之一，石油、天然氣人均占有儲量為世界平均水平7%和4.5%，鐵礦石、銅和鋁土礦儲量分別為世界平均水平1/6、1/6和1/9。伴隨經濟發(fā)展，GDP增加與資源消耗呈線性正比關系。這意味著今后國內經濟發(fā)展需要大量資源。所以，國內資源缺乏將是束縛我國經濟高速發(fā)展主要制約原因。33/133資源類型中國儲量占世界儲量%中國人均占有量/世界人均占有量%能源煤11.051石油2.411天然氣1.25水資源淡水5.425我國能源及水資源現實狀況我國是一個公認能源短缺而又貧水國家!!!34/133

可連續(xù)發(fā)展面臨問題之二——大氣環(huán)境污染嚴重

全國527個市（縣）中，出現酸雨城市有298個，占統計城市56.5%，有些地域酸雨頻率到達100%。據測算，大氣污染造成經濟損失已經占到GDP2~3%，中國大氣污染形勢不容樂觀。40%國土受酸雨威脅溫室效應氣體排放居亞洲之首二氧化硫排放逐年增加35/13336/133七大水系各種水質類別所占百分比

我國人均水資源不足世界平均值1/4，而且水質受到較嚴重污染。當前，全國60%城市存在不一樣程度缺水，108各城市嚴重缺水，飲用水源地水質較差，約有30%人口得不到安全飲用水。我國生活垃圾清運量達1.5億噸，年均增加7-10％，處理率遠遠達不到要求，垃圾圍城現象普遍。

可連續(xù)發(fā)展面臨問題之三——水質污染、固體廢棄物泛濫37/133

可連續(xù)發(fā)展面臨問題之四——人居環(huán)境受到嚴重威脅全國主要城市空氣污染綜合指數電廠對大氣污染北京遭遇沙塵暴太湖污染38/133全球CO2排放量從249億噸增加到2005292億噸，同期美國從63億噸升到65億噸，中國從28億噸猛增至53億噸。20，全世界CO2排放量突破300億噸；據聯合國能源署估測，年中國排放CO2總量已經到達40.8億噸，是十年前1.53倍，折合人均3.2噸，美國人均19.4噸，德國10.2噸；節(jié)能減排壓力與困難——來自國外壓力

炭燃燒生成CO2(約占總量80%)是產生溫室效應主要原因，CO2阻擋太陽光輻射造成全球氣溫上升、環(huán)境惡化和自然災害頻繁發(fā)生。全球必須共同抑制CO2排放量。中國已簽署京都議定書，作為發(fā)展中國家暫不承諾CO2減排指標，但發(fā)達國家普遍認為中國不負擔控制溫室氣體排放義務，仍不能降低空氣污染和溫室氣體危害。結論：中國環(huán)境污染與溫室氣體排放已引進全世界高度關注，必須盡快采取節(jié)能減排辦法降低環(huán)境污染和溫室氣體排放量。39/133五、可連續(xù)發(fā)展研討內容1.“可連續(xù)發(fā)展”及其現存問題2.國際綠色工程發(fā)展動態(tài)3.可連續(xù)發(fā)展工程技術和評價體系4.中國面臨資源、能源和環(huán)境更嚴峻挑戰(zhàn)5.樹立和落實科學發(fā)展觀,全方面建設小康社會奮斗目標,加緊推進社會主義當代化國策：“可連續(xù)發(fā)展”。廿一世紀人類進步,已進入了可連續(xù)發(fā)展階段，其產業(yè)系統是工業(yè)生態(tài)系統，發(fā)展經濟模式就是循環(huán)經濟?！翱蛇B續(xù)發(fā)展與生態(tài)工業(yè)”其科學與技術基礎是綠色化學科學與工程40/133

I20世紀70年代---II80年代---III90年代--IV二十一世紀響應性質資源環(huán)境挑戰(zhàn)被動響應接收現實主動予防業(yè)務策略建設性規(guī)劃生態(tài)化規(guī)劃預見性注意焦點末端治理注意源頭治理源頭治理:產品,產業(yè)結構生態(tài)化系統功效主要行動者專業(yè)人員管理人員行業(yè)和地域全社會優(yōu)化目標最小污染最小排放優(yōu)化結構多目標大系統優(yōu)化生態(tài)對策污染防治清潔生產生態(tài)產業(yè)生態(tài)園區(qū)、城市----

社會對環(huán)境響應四個發(fā)展階段國際社會可連續(xù)發(fā)展思想歷史沿革41/133二十一世紀可持續(xù)發(fā)展系統與園區(qū)模式是生態(tài)工業(yè)系統與生態(tài)工業(yè)園區(qū)。應用系統工程方法，去分析、研究、設計與規(guī)劃化工園區(qū)大系統中基本流：物流、能量流、資金流與信息流，以達到環(huán)境友好、資源、能源與資金最優(yōu)化利用目標。----生態(tài)工業(yè)園區(qū)第4章工業(yè)生態(tài)學原理42/133循環(huán)經濟是仿照自然生態(tài)系統，在生產、流通和消費等全社會范圍內,經過物質循環(huán)、廢物最小化、工藝替換和產品共生等方式，組織成一個“資源—產品—再生資源”物質重復循環(huán)流動過程，到達資源、能源高效利用，對環(huán)境影響最小經濟模式，本質上是一個生態(tài)經濟。3R標準，即減量化（reducing）、再利用（reusing）再循環(huán)（recycling），是實現循環(huán)經濟主要行為標準。一、循環(huán)經濟,綠色GDP與可連續(xù)發(fā)展43/133二、生態(tài)工業(yè)園區(qū)及其大系統過程集成

生態(tài)工業(yè)園是依據循環(huán)經濟理念和工業(yè)生態(tài)學原理而設計建立一個區(qū)域型新型工業(yè)組織形式，經過模擬自然系統建立產業(yè)系統中“生產者——消費者——分解者”循環(huán)途經，盡可能實現物質閉路循環(huán)和能量多級利用。

即生態(tài)園內企業(yè)模擬自然界生態(tài)系統，相互之間存在協同和共生關系，將最大程度地充分利用資源和降低負面環(huán)境影響，最終到達工業(yè)可連續(xù)發(fā)展目標。44/1331、丹麥卡倫堡(Kalunborg)生態(tài)工業(yè)園區(qū)

迄今為止，在世界上發(fā)展較為成熟生態(tài)工業(yè)園區(qū)是丹麥卡倫堡(Kalunborg)生態(tài)工業(yè)園區(qū)，該園區(qū)以一個煉油廠、一個硫酸廠、一個制藥廠、一個火力發(fā)電廠、一個漁場和一個石膏板廠組成了一個工業(yè)網為關鍵，其它組員包含農場、大棚養(yǎng)殖、養(yǎng)魚場，經過貿易方式把其它企業(yè)廢棄物或副產品作為本企業(yè)生產原料，建立工業(yè)園區(qū)代謝生態(tài)鏈關系，它們彼此交換能量和物質流。如圖所表示:

45/133丹麥Kalundborg工業(yè)網絡圖魚塘壁板廠街區(qū)供熱水泥和鋪路農藥廠硫淤泥肥料粉煤灰廢熱淡水湖泊制藥廠硫酸廠2.煉油廠溫室1.燃煤電廠廢熱石膏廢熱煙氣冷卻水蒸汽蒸汽46/133

1.燃煤電廠位于這個工業(yè)生態(tài)系統中心，對熱能進行了多級使用，對副產品和廢物進行了綜合利用。電廠向煉油廠和制藥廠供給發(fā)電過程中產生蒸汽，使煉油廠和制藥廠取得了生產所需熱能；經過地下管道向卡倫堡全鎮(zhèn)居民供熱、加熱溫室并給養(yǎng)魚廠供暖，由此關閉了鎮(zhèn)上3500個燃燒油渣爐子，降低了大量煙塵排放。

47/133

將除塵脫硫副產品工業(yè)石膏，全部供給附近一家石膏板廠作原料。同時，還將料煤灰出售，供鋪路和生產水泥之用。

2.煉油廠和制藥廠也進行了綜合利用。藥廠處理淤泥被送到附近農場作為肥料。煉油廠產生火焰氣經過管道供石膏廠用于石膏板生產干燥使用，又降低了火焰氣排空。一座車間進行酸氣脫硫，生產稀硫酸供給附近一家硫酸廠；煉油廠脫硫氣則供給電廠燃燒。

48/133分析Kaluindbory物質和能量交換，發(fā)覺有趣特征：

**1.這種能量交換有更顯著能效比如：電廠

發(fā)電過程產生廢熱和蒸汽，可送往煉油廠、溫室、漁場及居民區(qū)供熱系統進行利用。假如能找到廢蒸汽利用市場，那么90%以上從工廠燃煤產生熱量能夠被利用，唯一損失便是煙囪排氣所損失能量。與此相比，經典美國煤-火力發(fā)電廠利用燃煤產生熱量效率約僅為40%。49/133**

2.物料和能量交換能為參加者提供經濟效益

在一些情況下，比如電廠把硫酸鈣賣給石膏板生產廠，直接經濟效益并不能完全收回成本,此時交換是由對應法規(guī)驅動（比如需要凈化電廠煙囪尾氣以除去SO2）,這些交換可防止廢物掩埋或處理洗滌器廢物其它方式，故而使成本降低。而在其它情況下，比如煉油廠使用電廠廢熱，這些交換是自給自足。50/133

3.卡倫堡生態(tài)工業(yè)園還進行了水資源循環(huán)利用。煉油廠廢水經過生物凈化處理，經過管道向發(fā)電廠輸送，每年輸送電廠70萬立方米冷卻水。整個工業(yè)園區(qū)由干進行水循環(huán)使用，每年降低25%需水量。最終實現了園區(qū)“污染零排放”。

經過各個組員間物質和能量交換，實現了物質部分循環(huán)和能源逐層利用，取得了良好經濟和環(huán)境效益。51/133鋼廠水泥廠汽車粉碎機塑料和金屬分離金屬回收能量回收塑料回收能量美國北德克薩斯州工業(yè)生態(tài)園內物質流EAFFe灰塵ASR2、美國北德克薩斯州一個生態(tài)工業(yè)園52/133美國北德克薩斯州一個生態(tài)工業(yè)園在美國北德克薩斯州一個生態(tài)工業(yè)園中心便是一個鋼廠，它利用廢汽車作為主要原材料。從廢汽車中得到鋼，被送到電弧爐中，制成各種各樣鋼鐵產品。爐子同時產生大量電弧爐（EAF）灰塵，其中包含大量鋅、鉛或其它金屬。在北德克薩斯州工業(yè)園，EAF灰塵被送到需要痕量金屬（Cu,S,Mn,Cr,Ni,Zn,Pb或其它金屬）水泥窯中。汽車粉碎后殘余物被燃燒以回收能量，或者將一些塑料從殘余物中分離出來。53/133序號E，P項目地址包括行業(yè)特點1查爾斯角弗古尼亞農業(yè)、海產品及海水養(yǎng)殖、旅游．藝術品，高新技術產品2費爾菲爾德馬里蘭石化、有機化學品、廢物再利用、環(huán)境技術3布朗斯維爾得克薩斯煉油、瀝青、化工、紡織、車罩部件、熱電、污水處理、溶劑回收4河岸佛蒙特生態(tài)農業(yè)，生物能源，廢物處理5綠色協會明尼蘇達綠色產業(yè)孵化器、廢物再利用6普拉茲堡紐約軍事設施再開發(fā)、資源和廢物管理7東海岸加利福尼亞資源再生、自然美化、提升能源效率8特靈頓新澤西現有工業(yè)區(qū)再開發(fā)，清潔工業(yè)9沙為昂

亞利桑那商準一體化開發(fā)；環(huán)境，自然特色10富蘭克林卡羅萊納可更新能源與環(huán)境技術商貿聯合體美國部分生態(tài)工業(yè)園區(qū)54/133加拿大部分生態(tài)工業(yè)園區(qū)序號生態(tài)工業(yè)區(qū)名稱園址主要生產企業(yè)1伏特薩斯喀徹溫(FortSaskatchewan)薩斯克(Sask)化學品，聚氯乙烯、苯乙烯、電力、生物燃料等2康沃爾(Cornwall)安大略湖(Ontario)熱電聯產、造紙、化工、電力設備和水泥等3比勘克(BecancouE)魁北克(Quebec)氯堿．鹽酸、雙氧水、烷基苯磺酸鹽等化工4東蒙特利爾(MontrealEast)魁北克(Quebec)煉油．石化、工業(yè)氣體，石膏板、冶金等5圣喬爾(SaintJohn)新布倫瑞克(NewBrunswick)電力、造紙，煉油、釀酒、制糖等55/133三、生態(tài)工業(yè)群--園區(qū)生態(tài)工業(yè)模式原子經濟性+零排放循環(huán)經濟+環(huán)境友好123456生態(tài)工業(yè)園區(qū)為大系統（網），生態(tài)工業(yè)群（鏈）為工業(yè)園區(qū)一級子系統，企業(yè)為二級子系統（點）…。56/133將各個生產子系統內部及之間物料流、能量流與資金流形成網絡，盡可能地使一個過程副產品或三廢物流成為另一過程原料流，使一個過程廢熱流（剩下有效能流）成為另一過程熱源流，籍以實現系統內多個生產過程內及過程其間從原料、中間產品、到三廢物質流循環(huán)，以及不一樣能階有效能能量流循環(huán)。深入將源頭能源與環(huán)境系統包含在內，進而實現資源、能源、投資高效優(yōu)化利用，必須重視與實現大系統過程優(yōu)化。生態(tài)工業(yè)園區(qū)網絡集成與優(yōu)化57/133

綠色工程建立生態(tài)工業(yè)是依據生態(tài)經濟學原理，以節(jié)約資源、能源、清潔生產和廢棄物多層次循環(huán)利用（即節(jié)能、降耗、減排標準）等為特征，以當代科學技術為依靠，利用生態(tài)規(guī)律、經濟規(guī)律和系統工程方法經營和管理一個綜合工業(yè)發(fā)展模式。工業(yè)生態(tài)學關鍵是怎樣實現循環(huán)經濟與環(huán)境友好理念，實現再生資源利用,即用化學方法改變和回收利用廢物，將廢物轉化為原料，進而到達資源與能源高效利用目標。四、綠色工業(yè)生態(tài)系統58/133過程集成是實現綠色化工目標關鍵技術

1、夾點分析――（資源、能源節(jié)約型）基于熱力學原理集成換熱器網絡夾點技術推廣到傳質交換網絡中來。質交換器指是任何逆向直接接觸傳質操作，如吸收、吸附、液—液萃取、離子交換、浸取、汽提，氫夾點分析等。這種質交換網絡分析目標是設計污染雜質回收網絡，以降低污染。廢水最小化夾點設計方法。第5章綠色化工及技術59/133綠色化學與化工：熱交換網絡建立仍是世界化工節(jié)能主要技術60/133當代集約型流程（1個裝置）傳統常規(guī)型流程（11個裝置設備）乙酸甲醇催化劑乙酸甲酯溶劑共沸物水溶劑共沸物水較重組分蒸餾萃取蒸餾反應蒸餾反應反應蒸餾蒸餾乙酸催化劑甲醇乙酸甲酯綠色化學與化工：由傳統流程向集約型耦合過程發(fā)展3R61/1332、深度過程集成：網絡超結構模型模擬

立足于通用反應器及相互連接流股網絡組成超結構，在研究傳質和傳熱各種可能安排基礎上，找尋最優(yōu)化結構。①用可再生資源代替不可再生資源②氫夾點分析③基于溶劑分離系統設計④利用微化工廠來躲避風險、提升效率⑤工廠公用工程及聯產系統節(jié)能62/133環(huán)氧乙烷草酸（媒染劑、除銹劑、漂白劑）墨水、染料、皮革二醋酸乙二醇酯（溶劑）反應分離與聚合

醇酸樹脂、滌綸二甘醇乙二醇三甘醇水合脫水氧化醫(yī)藥、化裝品等醋酸

綠色石油化工生產鏈——如環(huán)氧乙烷深度加工，及再生資源循環(huán)利用乙烯石油醇解或水解單體…….…….…….…….…….綠色石油化工生產鏈與資源循環(huán)利用63/133綠色化學與化工：生物質“循環(huán)利用”綠色過程示意圖生物質(比如玉米等)葡萄糖液細菌和酵母二步轉化

肥料特種精餾濃縮與分離(膜、超臨界等)產品b肥料土壤聚合生物降解產品a

精制（結晶等）綠色產品c……

催化反應綠色產品d……綠色產品e……離子交換等64/133α—一氯丁酸（MBA）和無用副產物α—α二氯丁酸（DBA）反應器，目標是使MBA轉化率最大化。這個問題難處于于：第一、氣液兩相反應器；第二、反應及其動力學均很復雜。用常規(guī)反應器：逆流填充床，攪拌槽反應器和鼓泡塔三種，結果證實最大轉化率不超出73.8%。而用網絡超結構模型模擬設計新反應器，轉化率可到達96.9%。丁酸氯化時生成案例65/133

因為化學工業(yè)能耗中有43%用于分離，分離設備投資占總投資40—70%，而分離中精餾用能又占其中95%，所以，怎樣經過集成降低精餾過程耗能就自然成為研究重點。復雜精餾包含預精餾，側線精餾，側線汽提和完全熱耦化Petlyuk精餾,能夠大幅度降低能耗。復雜精餾塔集成案例：66/133

這種用Micro-chemicalPlant現場制造劇毒化學品裝置已經商品化，比如，用CH4和NH3生成HCN，能夠在1000°C高溫下微反應器中生成。

因為這種微化工廠設備內通道小到5nm--500μm,這種納米級系統中流體傳熱、傳質及化學反應規(guī)律均與常規(guī)系統差異很大。④利用微化工廠來躲避風險、提升效率：67/133國際化學工業(yè)產品結構發(fā)展態(tài)勢原料—基本化工—精細化工

—功效產品生產鏈鏈式結構基本化工：規(guī)模效益（資源利用率提升）信息化程度（自動化程度）提升能耗降低精細化工(包含功效產品):產品結構及時調整多產品車間建立——柔性生產線依據全球統計數據，在美、英、日、德等國大化工行業(yè)GDP中精細化學品及功效產品占79%。石油化工一體化：68/133合理生產鏈及其優(yōu)化與產品結構及時調整

２０世紀末期，美國商業(yè)部作了一項統計，以石油作基準計算，假如作為燃料燒掉價值為1話，若把它全部分離為“基本原料”，則價值增至2，若合成出“通用化學品”將增值至4，深入制成“精細化學品”將增值至8，最終制成“專用化學品”增值至106，其價值比值為1:2:4:8:106。

國際制造業(yè)業(yè)競爭焦點：我國必須向精品高端制造強國前進。69/133能源消耗大環(huán)境污染嚴重資源效率低比世界先進水平高35~200%年粉塵排放500萬噸CO2氣體排放超出7億噸年消耗礦資源100億噸建材工業(yè)存在突出問題~總產量（億噸）總能耗（億噸）廢氣排放（億m3）煙、粉塵排放量（萬噸）固體廢棄物利用量（億噸）水泥42.94.6916.91827088.3CO2千克/噸SO2千克/噸水耗千克/噸粉塵千克/噸能耗千克/噸資源消耗千克/噸國內（先進）9400.020242.50.092141.31600國外（先進）7900.003102.70.027108.81548差距對比16%85%58%71%23%3%國內外建材行業(yè)能源、資源消耗和污染物排放情況對比我國近五年建材行業(yè)情況70/133能源消耗大環(huán)境污染嚴重資源效率低能源消費量約占全國總能源量16.4%

占全國工業(yè)能源消費總量26.5%工業(yè)廢氣排放占全國工業(yè)“三廢”排放量第4位工業(yè)固體廢棄物排放全國工業(yè)“三廢”排放量第4位工業(yè)廢水排放占全國工業(yè)“三廢”排放量第1位化工行業(yè)存在突出問題化工行業(yè)萬元GDP能耗（噸標煤）

石油與化學工業(yè)能耗高、三廢排放量大，與國家“十一五”規(guī)劃節(jié)能減排指標存在很大差距(高出2.49倍）*統計數據71/133材料工業(yè)與國際先進水平差距噸鋼（冶金）噸水泥（建材）噸乙烯（化工）

中國日本差距21%差距44%差距70%單位：千克標煤結論:

依據現有數據比較，我國鋼鐵、化工、建材等基礎原材料產業(yè)主要產品單位能耗均比國際先進水平高。噸鋼綜合能耗高21%；水泥綜合能耗比發(fā)達國家先進水平高30—40%；在化工產品中，普通產品單位能耗比發(fā)達國家高20—30%，有些產品甚至高出40%，如大型合成氨綜合能耗比國外高出31.2%。72/133

“十五”期間鋼鐵、有色、電力、石化、建材、化工等六大高耗能行業(yè)增加20.1%，重工業(yè)同比增加19.5%，增速比輕工業(yè)快3.1個百分點，產業(yè)結構趨于重型化格局沒有改變。淘汰落后產能工作難度加大。部分地域電力、鋼鐵、有色、水泥、建材等淘汰落后產能進展遲緩。突發(fā)環(huán)境事件時有發(fā)生。結論：嚴格控制鋼鐵、有色、建材等行業(yè)經濟過熱，加速淘汰落后產能對節(jié)能減排貢獻十分巨大。淘汰落后,建設節(jié)約型社會73/133多元化水源管理循環(huán)用水與階梯用水發(fā)展高新技術，轉變增加方式——城市和重點耗水行業(yè)綜合節(jié)水技術集成攻關目標：污水零排放，噸鋼新水耗量3.84m3，水重復利用率>97.5%。技術關鍵：多元化水源管理，海水淡化與中水回用；循環(huán)用水技術，提升循環(huán)倍率；階梯用水工藝；廢水凈化與處理技術。鋼鐵行業(yè)綜合節(jié)水系統集成74/133發(fā)展高新技術，轉變增加方式——建筑材料綠色制造關鍵技術與裝備經過攻關，使建材行業(yè)主導產業(yè)：

節(jié)能20~45%

節(jié)約資源15~50%

降低排放15~45%

產品質量到達或超出國際先進水平建設10余條示范生產線。節(jié)能（標煤）

1500萬噸節(jié)電

130億度降低石灰石用量6000萬噸節(jié)地8000畝利用固體廢棄物

2.05億噸

節(jié)陶土

1000萬噸降低CO2

排放

7000萬噸降低NOx

等20萬噸綜合節(jié)能25%以上!!

項目結果按產量計應用二分之一（其中新型墻體材料替換20%粘土磚）,

每年產生節(jié)能減排效果：75/133發(fā)展高新技術，轉變增加方式——化工行業(yè)節(jié)能減排技術路徑由多個反應和分離過程組合而成工藝過程行業(yè)規(guī)模居世界第三位，產品種類繁多、齊全，但96％是中小企業(yè)，工藝技術落后，高能耗，高污染問題嚴重行業(yè)特點原料純化分離過程化學反應過程產物分離過程產品“三廢”三廢處理排放過程能耗：反應過程占30～40％，分離過程占60～70％“三廢源”：100％由反應過程產生過程關鍵：反應過程

化工反應過程強化技術化工分離過程強化技術“節(jié)能減排”關鍵技術76/133從“末端治理”擴展到“源頭”，從企業(yè)內擴展到企業(yè)外物質減量化碳、硫、氮氧化物減量化環(huán)境質量清潔生產循環(huán)經濟采取二次資源采取可再生能源生產者責任延伸變“出售產品”為“出售服務”環(huán)境設計產品環(huán)境標識源頭治理為本，末端治理為輔分析伎倆：物流分析產品生命周期分析77/133綠色化學方向1、無毒、無害原料2、在無毒、無害反應條件下進行3、"原子經濟性“4、產品應是環(huán)境友好5、“閉路循環(huán)”之路78/133慣用許多化學、化工原料，如：氰氫酸、丙烯氰、甲醛、環(huán)氧乙烷、光氣、鹵代芳烴、稠環(huán)芳烴等都含有毒性，對環(huán)境有很大危害。清潔原料戰(zhàn)略任務是"用生物質作化工原料"。

1、無毒、無害原料在代替劇毒光氣作原料生產有機化工原料方面。Riley等報道了工業(yè)上已開發(fā)成功一個由胺類和二氧比碳生產異氰酸酯新技術關于代替劇毒氫氰酸原料，Monsanto企業(yè)從無毒無害二乙醇胺原料出發(fā)。經過催化蛻氫，開發(fā)了安全生產氨基二乙酸鈉工藝，改變了過去擬氨、甲醛和氫氰酸為原料二步合成路線。并所以取得了1996年美國總統綠色化學挑戰(zhàn)獎中變更合成路線獎。79/133石油與煤：早期人類主要利用植物等生物質，如用植物染料染布，從植物中提取藥用成份。但150年前人類發(fā)覺了煤、石油等化石類原料，并致力于開發(fā)利用這些原料。目前石油化工和煤化工已成為各國基礎產業(yè)。然而石油和煤資源有限，在利用過程中還產生污染，其缺點已逐步突現出來。所以迫切需要尋找新、清潔原料，在這些新原料中，最引發(fā)人們注意是生物質。80/133綠色植物經過光合作用直接產生或間接衍生全部物質即為生物質。如：植物，地球上儲量約2億億噸，年再生速度1640噸。其主要成份為：淀粉（由葡萄糖經a-1,4化學鍵相連）和纖維素（由葡萄糖經b-1,4化學鍵相連）。生物質中最值得利用是木質纖維素，其優(yōu)點是（1）由可降解葡萄糖組成；（2）生物圈中最豐富有機物。然而在實際應用時卻碰到許多困難，其應用中主要難點為：（1）多處于結晶態(tài)；（2）采取b-1,4化學鍵；（3）與木質素連結在一起。生物質81/133生物質利用初步嘗試

生物質利用當前還沒有理想方法，比較有效方法有：

"爆破法"：即采取先高壓再減壓方法，將纖維素與木質素分離。

稀釋酸溶解。

有機溶膠提取技術。

超臨界萃取等，將纖維素提取出。應該看到：

過去，石油化學工業(yè)發(fā)展花費了人類一個多世紀時間，現在生物質化學工業(yè)從構想變成現實可能需要最少幾十年努力。82/133利用可再生資源生產大宗有機化工產品方興未艾

以植物為主生物質資源是一個可再生巨大資源寶庫，利用可再生資源能夠消除污染，用之不竭，實現可連續(xù)發(fā)展開發(fā)生物催化技術是關鍵83/133國外生物技術生產大宗

化工產品已取得突破DuPont和GenecorInternational等合作建成由玉米生產1，3―丙二醇(PDO)裝置，成本比化學法低15％Cargill―DOW企業(yè)正在建設一個14萬t/a聚乳酸工廠，用于生產塑料、纖維Frost報道以葡萄糖為原料，經過酶反應可制得己二酸、鄰苯二酚和對苯二酚等。尤其是不需要從傳統苯開始來制取作為尼龍原料己二酸取得了顯著進展。另外,Gfoss首創(chuàng)了利用生物或農業(yè)廢物如多糖類制造新型聚合物工作。具優(yōu)越性在于聚合物原料單體實現了無害化;生物催化轉化方法優(yōu)于常規(guī)聚合方法@Gross聚合物還含有生物降解功效84/133從生物質原料所制產品目標產品種類生物質原料產品所占百分比，%當前年2090年液體燃料1~21050有機化學品102590美國國家研究委員會（NationalResearchCouncil)85/133利用可再生資源生產大宗有機化工產品研究可再生植物原料中現在使用葡萄糖，正在開發(fā)低成本蔗糖，最終使用木質素纖維生物催化、化學法組合組織多學科合作，加強研究86/133慣用有機溶劑和催化劑：慣用有機溶劑有：苯、氯仿、二氯甲烷等，慣用催化劑有：金屬（重金屬）等。這些有機溶劑催化劑通常有一定毒性，所以需要尋找無毒、無害反應條件。2、在無毒、無害反應條件下進行揮發(fā)性有機溶劑有廣泛用途涂料和油漆溶劑泡沫塑料發(fā)泡劑微電子器件等精密清洗服裝干洗清洗劑化工生產過程中作為溶劑揮發(fā)性有機溶劑對環(huán)境危害形成光化學煙霧引發(fā)和加劇各種呼吸系統疾病，增加癌癥發(fā)病率造成谷物減產、橡膠硬化等，每年造成大量損失二氟二氯甲烷等破壞地球大氣中臭氧層87/133*無溶劑反應：

從理論上講，無溶劑，則不會有溶劑毒害。然而許多反應需要溶劑參加傳熱或傳質等，無溶劑對反應非常不利。

*以水為溶劑：

水對環(huán)境無害。但有些反應物不溶于水，且廢棄水會對人類生活產生影響。況且，人類面臨淡水供給危機，這種做法無異于雪上加霜。

*以超臨界流體為溶劑：

這是非常有前途方法，如采取超臨界二氧化碳，可溶解各種反應物，并能促進許多反應發(fā)生。超臨界二氧化碳含有沒有毒，不可燃，價廉等優(yōu)點，已得到了廣泛應用。用無毒無害溶劑：88/133研究水或近臨界水作為溶劑以及有機溶劑/水相界面反應。采取水作溶劑即使能防止有機溶劑，但因為其溶解度有限，限制了它應用，而且還要注意廢水是否會造成污染。在有機溶劑/水相界面反應中。普通采取毒性較小溶劑(甲苯)代替原有毒性較大溶劑，如二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、醋酸等。采取無溶劑固相反應也是防止使用揮發(fā)性溶劑一個研究動向，如用微波來促進固、固相有機反應。89/133超臨界二氧化碳溶劑優(yōu)點二氧化碳在常溫下是氣體，無色、無味、不燃燒、化學性質穩(wěn)定不會形成光化學煙霧，也不會破壞臭氧層起源豐富，價格低廉超臨界二氧化碳可很好地溶解普通有機化合物超臨界二氧化碳是指溫度和壓力均在其臨界點(3llC、7477.7gkPa)以上二氧化碳流體。它通常含有液體密度。因而有常規(guī)液態(tài)溶劑溶解度;在相同條件下。它又含有氣體粘度,因而又含有很高傳質速度。而且。因為含有很大可壓縮性。流體密度、溶劑溶解度和粘度等性能均可由壓力和溫度改變來調整。90/133用超臨界二氧化碳代替

揮發(fā)性有機溶劑應用替換機械、電子、醫(yī)藥和干洗等行業(yè)中普遍采取揮發(fā)性有機清洗劑代替氟氯烴作泡沫塑料發(fā)泡劑超臨界CO2為溶劑，生產氟化物單體和聚合物超臨界二氧化碳代替有毒、有害溶劑發(fā)展利用我國合成氨廠、煉油廠中制氫裝置大量排放CO2，開發(fā)（或引進）超臨界CO2技術在房屋裝修、泡沫塑料生產、服裝干洗等中應用，形成新興產業(yè)。91/133近年來國外正從分子篩、雜多酸、超強酸等新催化材料中大力開發(fā)固體酸烷基化催化劑。其中采取新型分子篩催化劑乙苯液相烴他技術引人注目，這種催化劑選擇性很高，乙苯重量收率超出99.6%。而且催化劑壽命長。還有一個生產線性烷基苯固體酸催化劑替換了氫氟酸催化劑，改進了生產環(huán)境，已工業(yè)化。在固體酸烷基化研究中。還應深入提升催化劑選擇性。以降低產品中雜質含量;提升催化劑穩(wěn)定性。以延長運轉周期;降低原料中苯烯比。以提升經濟效益采取無毒、無害催化劑當前烴類烷基他反應普通使用氧氟酸、硫酸、三氯化鋁等液體酸催化劑。這些液體催化劑共同缺點是，對設備腐蝕嚴重、對人身危害和產生廢渣、污染環(huán)境。為了保護環(huán)境。92/133開發(fā)新一代苯與烯烴烷基化

無毒無害固體酸催化劑

工藝傳統工藝綠色工藝乙烯與苯烷基化AlCl3ZSM-5氣相法USY、

液相法丙烯與苯烷基化AlCl3、MCM-22液相法長鏈烯烴與苯烷基化HF固體酸-固定床

傳統AlCl3、HF催化劑缺點：腐蝕設備，危害人身健康和小區(qū)安全，廢水、廢渣污染環(huán)境93/133開發(fā)新一代芳烴烷基化

固體酸催化劑

分子篩固體酸催化劑

環(huán)境友好，不過：酸強度低，分布不均，酸中心少；因而，反應溫度和壓力高，產品雜質增多為克服上述缺點，下一代固體酸催化劑

雜多酸、包裹型液體酸、Nafion/SiO2復合材料、納米分子篩復合材料、離子液體等94/133開發(fā)新一代苯與烯烴烷基化

無毒無害固體酸催化劑

加緊已經有基礎負載型雜多酸開發(fā)利用懸浮催化蒸餾等新工藝力爭開發(fā)含有中國特色獨特先進新催化劑和工藝繼續(xù)研究納米分子篩復合材料、離子液體等新催化材料95/133Trost在l991年首先提出了原子經濟性(Atomeconomy概念，即原料分子中終究有百分之幾原子轉化成了產物。理想原子經濟反應是原料分子中原子百分之百地轉變成、產物，不生副產物或廢物。實現廢物"零排放"(Zeroemission)。傳統合成關心合成效率如：

*選擇性

反應化學選擇性（即：生成所需產物）

區(qū)域選擇性（即：在特定位置反應）

立體選擇性（即：產物立體結構）等

*原子經濟性

原料分子中有百分之幾原子轉化成了產物理想原子經濟性

該原料分子中原子百分之百地轉化為產物。不需要附加，或僅僅需要無損耗促進劑（催化劑）。3、"原子經濟性"96/133大力開發(fā)醫(yī)藥等精細化工產品

“原子經濟”反應，力爭實現廢物“零排放”

BarryTrost：原子經濟性(AtomEconomy)概念

A＋BC＋DA＋BC＋

產物廢物或副產物廢物為零97/133工業(yè)部門每噸產品排放廢物（噸/噸）煉油~0.1大宗化學品1~5精細化工5~20制藥25~100不一樣工業(yè)部門生產中廢物排放量制藥、精細化工——更需開發(fā)原子經濟反應98/133第一步第二步第三步第四步第五步第六步布洛芬Boots企業(yè)Brown方法原子經濟性

~40%布洛芬—鎮(zhèn)靜、止痛藥生產99/133第一步第二步第三步BHC企業(yè)新創(chuàng)造綠色方法簡單多了！原子經濟性~99%(包含醋酸)獲1997年美國總統“綠色化學挑戰(zhàn)獎”100/133傳統工藝3-氯過苯甲酸氧化劑，原子經濟性42%，產生3-氯苯甲酸廢物綠色工藝負載錫

沸石催化劑，過氧化氫氧化劑，原子經濟性86%，副產物只有水Baeyer-Villiger反應——用于生產醫(yī)藥、塑料添加劑O+ClOOOHOO+ClOHO錫/沸石101/133醫(yī)藥、農藥、功效化學品研究——綠色化學最活躍前沿領域

大力研究原子經濟反應和手性合成等醫(yī)藥、農藥等產品要引進各種官能團和調整化學結構，生產往往經過多步反應，需要配套開發(fā)技術，才能推向工業(yè)化大宗有機化工產品第二

代綠色生產技術正在開發(fā)

烴類氧化“原子經濟”反應正在改進替換劇毒光氣等原料綠色技術，研究降低成本開發(fā)新一代苯與烯烴烷基化無毒無害固體酸催化劑102/133烴類氧化“原子經濟”

反應正在改進20世紀80年代創(chuàng)造鈦硅分子篩作為催化劑采取H2O2為氧化劑實現以下“原子經濟”反應丙烯環(huán)氧化制環(huán)氧丙烷環(huán)己酮氨氧化制環(huán)己酮肟苯酚氧化制對苯二酚103/133丙烯環(huán)氧化制環(huán)氧丙烷次氯酸石灰廢渣污水傳統工藝—氯醇法：原子經濟性=31%綠色工藝—鈦硅分子篩催化：原子經濟性=76%1-氯丙醇2-氯丙醇104/133當前針對烴類催化氧化不足，又有了新進展降低H2O2費用原位H2、O2合成H2O2，與丙烯環(huán)氧化集成新氧化劑—異丙苯過氧化物新氧化催化材料Sn/

沸石有機氮絡合Fe2+系催化劑含鎢金屬簇相轉移催化劑……105/133替換劇毒光氣等原料綠色技術

需要降低成本1984年印度博帕爾光氣泄漏事件年羅馬尼亞一家工廠氰化物泄漏到多瑙河支流事件

造成人身傷亡、生態(tài)環(huán)境嚴重破壞需要開發(fā)綠色技術106/133替換光氣制造異氰酸酯工藝

伯胺和二氧化碳或碳酸二甲酯反應伯胺和一氧化碳進行氧化羰化硝基苯和一氧化碳羰基化正在小試、中試，比光氣法生產成本高10％，需要降低成本

107/133甲基丙烯酸甲酯生產工藝傳統工藝綠色工藝47%原子經濟性100%原子經濟性投資、成本低108/133永恒主題——設計、生產和使用環(huán)境友好產品產品應該是環(huán)境友好，不然即便是再綠色生產過程也沒有意義。

比如：塑料即為環(huán)境極不友好產品，塑料曾被稱為"白色革命"，但現在卻被稱為"白色污染"。

環(huán)境友好產品——在加工和應用過程中及功效消失之后均不會對人類健康和生態(tài)環(huán)境產生危害4、產品應是環(huán)境友好109/133在環(huán)境友好產品方面。從1996年美國總統綠色化學挑戰(zhàn)獎看，設計更安全他學品獎授予RohmHaas企業(yè)。因為其開發(fā)成功一個環(huán)境友好海洋生物防垢劑。小企業(yè)獎授予Donlar企業(yè)。因其開發(fā)了兩個高效工藝以生產熱聚天冬氨酸，它是一個代替丙烯酸可生物降解產品。在環(huán)境友好機動車燃料方面，伴隨環(huán)境保護要求日益嚴格。1990年美國清潔空氣法(修正案)要求，逐步惟廣使用新配方汽油，減小由汽車尾氣中一氧化碳以及烴類引發(fā)臭氧和光化學煙霧等對空氣污染。新配方汽油要求限制汽油蒸汽壓、苯含量，還將逐步限制芳烴和烯烴含量。另外。保護大氣臭氧層氟氯烴代用具已在開始使用。預防“白色污染”生物降解塑料也在使用。110/133美國“總統綠色化學挑戰(zhàn)獎”

設計更安全化學品獎

1996年至年獲獎項目Rohm&Haas企業(yè)Sea-NineTM海洋生物防垢劑Albright&Wilson企業(yè)低毒性、能快速降解THPS殺菌劑Rohm&Haas企業(yè)對一類安全高效、含有選擇性殺蟲效果ConfirmTM殺蟲劑家族創(chuàng)造和應用DowAgroSciencesLLC企業(yè)創(chuàng)造新型天然殺蟲劑產品SpinosadDowAgroSciences企業(yè)Sentricon白蟻巢穴殺滅系統PPG企業(yè)Enviro-Prime2000無鉛凃層111/133綠色化學品設計：

功效與環(huán)境影響并重

轉變觀念——產品功效與環(huán)境影響并重，設計、研制新產品時，普通要考慮下面原因：物質結構與活性關系防止采取毒性功效基團生物吸收量最小化使輔助物質最小化112/133工農結合,生產超清潔生物柴油生物柴油特點降低汽車尾氣中SOx和顆粒物排放整個過程少排放CO2，降低溫室效應本身無毒、無害，能自行分解回歸自然含有一定潤滑性，從而延長機動車壽命燃燒熱值稍低，傾點較高，影響低溫開啟柴油是另一類主要石油煉制產品。對環(huán)境友好柴油。美國要求硫含量小于0.05%，芳烴含量小于20%，同時十六烷值不低于40;為到達上述目標，一是要有性能優(yōu)異深度加氫脫硫催化劑;二是要開發(fā)低壓深度脫硫/芳烴飽和工藝。國外在這方面研究已經有進展。113/133生物柴油制造植物油與甲醇（乙醇）酯交換制得

棉籽油、棕櫚油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻等化學法液堿催化固體堿催化二段催化酶催化114/133生物柴油在國外已經銷售使用當前歐共體年產生物柴油70萬噸，年規(guī)劃到達230萬噸，20到達830萬噸。德國生物柴油年產量已達40萬噸，已經有700多個加油站銷售生物柴油。法國許多石油柴油中已調配有生物柴油，哥本哈根、里斯本等歐洲城市公共汽車已經使用生物柴油美國30萬噸/年，日本40萬噸/年生物柴油生產能力115/133我國發(fā)展生物柴油意義、

問題及對策超清潔柴油有利于增產柴油、調整柴汽比降低原油進口，多一條運輸能源安全保障路徑多一條農林業(yè)增產、增收路徑關鍵是植物油成本高，難與石油柴油競爭對策：政府支持與農業(yè)生產結合（農業(yè)加工工業(yè)）種植低成本油料作物改進工藝，利用副產品（甘油、潤滑劑、清潔溶劑等）降低成本116/1335、“閉路循環(huán)”之路

“閉路循環(huán)”回收實例：從尼龍地毯中回收己內酰胺DuPont企業(yè)舊地毯送回工廠，從底層除去地毯纖維，碾碎成尼龍細絨，再混合成型利用AlliedSignal和DSM企業(yè)，化學反應除去聚丙烯和襯里、填充物，再回收己內酰胺117/133從廢泡沫塑料回收原料—苯乙烯采取高溫高壓熔融裂解工藝，已建一套廢泡沫塑料回收苯乙烯工廠規(guī)模1000噸/年從聚酯廢料回收原料

—對苯二甲酸和乙二醇采取糖化法，正建一套廢聚酯瓶回收對苯二甲酸和乙二醇工廠規(guī)模1萬噸/年118/133廢塑料、纖維等材料回收，走上“閉路循環(huán)”之路對策

廢塑料、纖維等回收，關鍵是建立起垃圾分類回收系統從易回收廢塑料入手，與銷售部門聯合回收電冰箱、洗衣機、電視機等家電產品聚苯乙烯塑料，與飲料工廠合作，回收廢聚酯瓶組織多學科合作開發(fā)技術，包含引進個別新技術119/133綠色化學生產１涂料工業(yè)２制革工業(yè)引言３造紙工業(yè)４氯氟碳化合物（CFCs）５可降解塑料綠色化學合成路徑和合成技術

一些合成路徑和技術表達了綠色化學思想，如：

電化學合成是合成新藥品和其它有機物有效伎倆

無機水熱合成：條件溫和，污染少，可用于合成新型分子篩和其它環(huán)境友好催化劑。

綠色化學化工：尋找充分利用原材料和能源在各個步驟中部凈化和無污染反應路徑和工藝。

120/133涂料：應用于物體表面而能結成堅韌保護膜物料總稱，多數是含有或基本不含顏料粘液。1、涂料工業(yè)涂料功效：（1）預防物體表面受到氣候腐蝕、化學腐蝕以及日光照射而起改變；（2）預防或降低物體表面直接收到摩擦和沖擊；（3）增加物體表面美觀。揮發(fā)性有機物（VOC）：涂料中通常含有揮發(fā)性有機物（VOC），VOC(VolatileOrganicCompound)：包含碳氫化物，有機化物，有機硫化物，碳基化合物，有機酸和有機過氧化物等，在NOx存在下，還可造成光化學煙霧產生和污染

。

有機溶劑及其它有機污染物在陽光作用下會產生許多光化學反應（普通指大氣中原子，分子，自由基或離子因為吸收光子而引發(fā)反應）。污染范圍大，使全球氣候變暖，大氣層氧化容量和酸度改變（造成酸雨）VOC（揮發(fā)性有機化合物）會產生直接毒害，同時還會產生光化學煙霧。

VOC主要起源有交通和涂料生產與使用（占20-25%）。121/133綠色涂料，亦稱環(huán)境友好涂料，是指涂料在制造和施工過程中沒有有害物質分解、揮發(fā)、排放或分解、揮發(fā)、排放有害物質在要求工藝條件下能滿足排放標準，不至于對人類和大自然造成危害。所以，我們要發(fā)展對環(huán)境污染少，對人體無害涂料。

關鍵：開發(fā)低VOC涂料。A.高固含量溶劑型涂料

低固含量溶劑型涂料固含量通常為30-50%，而高固含量溶劑型涂料固含量為65-85%。開發(fā)高固含量溶劑型涂料可降低揮發(fā)性有機溶劑使用，降低對人類和環(huán)境危害程度。綠色涂料嘗試：122/133B.水基涂料

水基涂料以水作為溶劑，不會對環(huán)境產生污染。常見水基涂料有：水分散型涂料，即以有機溶劑/水為溶劑。以水代替部分有機溶劑，能夠降低OC危害。乳膠型涂料，即涂料分子以乳膠形式分散于水中。這種涂料VOC含量極低，甚至為零，當前以取得廣泛應用。水溶性高分子，即涂料高分子材料即為水溶性，這么即可完全采取水作為溶劑。但開發(fā)水溶性高分子材料，尤其是適合用于各類需求涂料高分子材料含有一定難度，所以該類已商品化涂料較少。粉末涂料，即不需要任何溶劑涂料。其優(yōu)點是理論上絕對零VOC，然而在應用中卻碰到困難，如：工藝復雜、涂層較厚、配色性差、不規(guī)則物體涂布效果差等。123/133引言：制革工業(yè)是我國主要工業(yè)部門之一，年產量高。每年年產豬皮革約八千多萬張，牛皮革三千多萬張，羊皮革五千多萬張。年出口創(chuàng)匯八十