化工工程工艺中绿色化工关键技术研究

引言

随着人们对环境保护的关注度日益提高，可持续发展已成为全球共识。绿色化工环保技术作为实现化工行业可持续发展的关键手段，应运而生。它旨在从源头上减少或消除化工生产对环境的负面影响，通过采用绿色化学原理、研发新型催化剂和工艺、优化生产流程等方式，实现化工生产的高效、低耗、环保。

1 绿色化工环保技术的基本概念

绿色化工环保技术是追求资源最大化利用与环境污染最小化的化工技术探索，倡导化工制造全阶段的环保理念，其核心要素为技术创新与工艺精炼，力求削减对非可再生资源的依赖率，优化生产流程以降低能耗及废物排放，维护产品环保性能及其整个生命周期环境友好度，此技术集成了绿色化学、清洁生产及生态工程等多元学科手段，涉及从原料甄选、反应策略到废料处理的整个流程。我国化工产业迈向绿色未来，技术支撑功不可没。

2 化工工程工艺中绿色化工关键技术的分析

2.1 原料绿色化技术

原料绿色化作为绿色化工的关键，传统化工生产在很大程度上依赖于石油、煤炭等这类不可再生资源，且部分原料存在毒性以及污染性，原料绿色化技术强调对可再生、无毒无害原料的开发与利用。在这个过程中，生物质燃料作为关键的绿色原料，如木质纤维素、淀粉、油脂等都包含在内。以木质纤维素为例，它在植物秸秆、木材等中广泛存在，借助预处理、水解以及发酵等技术手段，能转化为生物燃料如乙醇、生物柴油，以及生物基化学品如乳酸、丁二酸等，这些原料一方面来源丰富且可再生，另一方面在生产以及使用过程中的碳排放较少，对环境十分友好。当然，工业废弃物和城市垃圾同样可以充当绿色化工原料。例如，废旧电池中的锂、钴等金属经过回收处理后，可以用于电池材料的生产，废弃塑料借助化学解聚等技术可以重新获取塑料单体，实现循环利用的目的。

2.2 强调催化剂的高效利用

首先，选优催化剂至关重要，优先挑选高选择性和强稳定性的催化剂，可在确保产品产量达标的前提下，降低不必要废弃及能源损耗。其次，我国亟须加强绿色催化剂的研发，例如，研制非贵金属或生物催化剂，降低传统贵金属催化剂应用量，亦减低成本，降低对环境的潜在负面影响。然后，催化剂的回收利用及再生性能亦为关键评估要素，采用物理分离、化学修复等方法对催化剂进行回收利用，可适当延长其使用年限，降低资源损耗。最后，应强调催化剂在反应条件下的有效利用，调整反应温度、压力、溶剂等参数，确保催化剂持续发挥最佳效能，持续优化能源消耗水平，提高产品品质，合理运用催化剂可有效提升化工反应的绿色化程度，推动化工产业绿色低碳发展。

2.3 电化学合成绿色化工技术

电化学合成绿色化工技术是利用电化学反应实现化学品的合成，具有反应条件温和、选择性高、环境友好等优点。其基本原理是通过在电极表面施加电场，使反应物在电极上发生氧化还原反应，从而生成目标产物。药物合成中，一些具有特殊结构和功能的有机化合物，通过传统的化学合成方法往往需要多步反应，且反应条件苛刻，副反应多。例如，对氨基苯酚（PAP）的电合成取代了传统铁粉还原法。以 PbO2 为阳极，在硫酸介质中电解硝基苯，电流效率达 85% ，产品纯度 ≈99.5% 。该工艺避免了每吨产品产生 4t 铁泥的问题，已在多家药企实现产业化，年减排固废超 10 万 t。在废水处理领域，电催化氧化技术处理含酚废水效果突出。采用掺硼金刚石（BDD）电极，在电流密度 50mA/cm2 下电解，苯酚降解率 98% 以上，TOC 去除率达 75% 。

2.4 废弃物资源化利用技术

化工生产期间会产出大量废弃物，如废渣、废水以及废气，废弃物资源化利用技术能将这些废弃物转变为可再度利用的资源，以此实现废弃物的减量化、无害化以及资源化目标。在废渣处理方面，借助物理、化学以及生物方法，能将废渣中的有价金属回收再利用，如从电镀废渣中回收铜、镍、铬等金属，从磷石膏中提取硫酸和钙等资源。废水处理技术运用物理化学法如沉淀、过滤、吸附以及生物法如活性污泥法、生物膜法等，去除废水中的有害物质，实现水资源的回收利用。对于高浓度有机废水，还可以借助厌氧发酵技术产生沼气，用作能源，也可以采用吸附、吸收、催化燃烧等技术，去除废气中的二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机化合物等污染物，回收其中的有用成分。

3 化工工程绿色生产效能优化措施

3.1 提升废水处理能力

首先，源头管控至关重要，在生产过程中力图降低废水排放量，改进反应条件与工艺流程，减少污染物产生量，降低废水处理源头负担。其次，创新驱动是关键。采用前沿的处理手段，如膜分离技术、高级氧化技术及生物处理技术，有效提升废水污染物去除效率。然后，水资源循环利用是提高处理效能的关键途径，实现废水中有价值成分的再利用，若处理重金属离子及可回收溶剂，废水排放量大幅减少，亦产生了经济效益。最后，构建实时监控与智能化管理体系，实时跟踪废水处理关键参数，确保达标排放，同步提高办理速度，实施综合性废水治理方案，改进化工工程环保成效，达成绿色制造目标。

3.2 完善技术创新机制

首先，优化完善产业内部创新机制，对化工企业的技术、人才及资金等各项资源进行最大化利用，结合技术缺口，创新及发展绿色化工的新型技术，如零碳能源技术及高效循环利用技术等，促使其工艺水准在创新中得到进一步提高，基于技术能效在产品生产及流通的全过程中保持低碳化特性，对生产阶段形成的废弃物进行循环利用，并将之转变为可供其他产业应用的原料或燃料；其次，完善市场外部创新机制。化工企业实际运行阶段，需以市场为导向，优化调整生产节奏，促使产品供求关系更为协调。

3.3 强化设备维护与运行效率

设备在化工领域占据关键地位，其运行效能与稳定性直接关系到生产环节的环保成效和资源使用效率，强化设备养护与管理，是推动化工工程绿色生产的关键举措，设备高效运行保障的基础在于定期维护，制定合理设备维护方案，对重要设备实施周期性检验与维护，及时排查并整改存在隐患的问题，防止设备故障引发资源损耗及环境破坏。最后，强化人员培训及管理，确保作业人员掌握专业能力与环保理念，确保设备操作与维护得当，全面实施设备养护与升级，能显著增强化工行业的环保生产水平，助力实现节能降耗与可持续发展目标。

结语

绿色化工技术推动化工工程迈向可持续发展的新里程，在推动资源节约利用、降低环境破坏和提升经济价值中起到核心作用，依托优质原料、精炼反应途径、提升设备维护与节能管控，我国化工技术实现生产与环保的双赢。智能化管理及流程监督技术的实施，为绿色化工的推进贡献了坚实的科技后盾。绿色化工技术前行，需跨越技术革新与成本障碍的双重考验，深化政策援助与国家间合作，推动科技研发与产业实施的无缝对接。

参考文献

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