绿色化学工程与工艺在化学工业节能中的运用

引言

在全球环境问题日益严峻和资源短缺压力不断加大的背景下，化学工业作为国民经济的重要支柱产业，正面临着前所未有的转型升级挑战。传统化工生产模式所带来的高能耗、高污染问题已不能满足可持续发展的要求。在此背景下，绿色化工技术应运而生，成为化学工程工艺创新和产业转型的重要方向。

1 绿色化学的定义

绿色化学被人们称为环境无害化学，一般是指在进行化学反应的过程中，在获得新物质之后，再对新物质中的原料原子进行充分利用，以此来达到化学污染物质零排放的目的。可以看出绿色化学不但可以做到对资源的合理分配，还能够减少化学污染对环境的伤害，再加上绿色化学的溶剂一般都无毒无害，所以绿色化学会生产对人健康无害的产品。绿色化学的核心就是利用化学实现从源头上消灭污染物、从根源上阻断污染源。

2 绿色化学工程与工艺在化学工业节能中的运用

2.1 环保能源化工技术

在能源利用环节，污染问题屡见不鲜，如煤炭、石油等燃烧会产生二氧化碳，不仅污染环境，还会引发温室效应。能源化工技术作为化工环保技术体系的一个分支，把控能源转化利用方式，能够提高能源利用率，减轻环境污染。当下，环保能源化工技术种类繁多，应用成效显著，极具引进价值。新能源技术涵盖太阳能、风能、水能等可再生能源的开发与利用，广泛应用于生产太阳能电池板、风力发电机组件、电动汽车电池等领域，已取得诸多令人瞩目的成果。合成电化学是借助电化学反应开展化学合成的技术。随着绿电成本大幅降低以及多种交叉学科蓬勃发展，合成电化学领域正步入新的加速发展阶段。目前，合成电化学已经可以实现醚的合成、碳氢键的氧化和氟化和伯奇还原反应。研究人员还创新性地利用交流电在选择性还原羰基方面取得新突破。多家化工巨头已着手采用电化学合成技术，以提升生产工艺水平，减少产品碳足迹，应用前景十分广阔。光催化制氢是一种利用光能激发催化剂产生电子和空穴，从而驱动水分子分解产生氢气的技术，是绿氢生产的重要手段之一。目前，光催化制氢效率仅为 8%～15% ，就已经实现全球每年减排二氧化碳 7×108t 的目标，且该技术具有生产系统安全性、可扩展性、耐久性和实用性等优势。生物降解 PET 技术是指利用酶的定向进化技术将聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）水解为单体，实现 PET 的高效回收和降解。当前，法国绿色化学公司Carbios 已开始投资建厂，计划于 2025 年投运 PET 回收降解项目，目标为 5×104t/a ，相当于每年回收2×109 个 PET 瓶。氯化物介导的海洋二氧化碳去除技术，采用铋电极和银电极组成的不对称电化学系统，在施加合适的电池电压后，利用法拉第反应捕获和释放氯离子，实现以氯离子为媒介的电化学pH 摆动，从而有效去除海水中的二氧化碳，有助于缓解海洋作为温室气体缓冲区所承受的压力。以石脑油这一典型化工原料为例，它既是乙烯裂解工艺的基础原料，又被用于重整过程生产芳烃。因此，加强能源化工技术的优化与应用，是缓解环境压力、实现可持续发展的必然之举。

2.2 利用新型催化剂

在化工生产活动中需要使用各种催化剂，开发高效、低毒、可循环利用的新型催化剂，不仅可以提高反应的选择性，还可以减少副产物的产生，降低环境污染。比如，在有机合成中，绿色催化剂已经得到了很好的发展，尤其是具有高活性、高选择性的纳米金属催化剂，可以有效地降低和缩短反应的温度、时间，提高产物的收率和选择性。例如，离子液体是一类具有良好水溶性和化学稳定性的催化剂，它们在酯化、氧化、加氢等多个方面展现出巨大的应用潜力。随着科技的发展，绿色催化剂已从传统的有机合成向环保方向发展。近年来，在环境保护、建筑材料和军事领域等方面，开发出了一种高效的可见光光催化材料。在精细化工过程中，绿色催化剂的作用不容忽视，它既能有效提高反应的选择性，又能减少副产物的形成，还能有效地控制合成过程中的各种副产物，为化学反应的发展提供更加高效、环境友好的新方法，从而有效地解决环境问题。此外，生物催化剂可以通过酶的高度选择性，保证反应的产物符合要求；纳米催化剂具有较大的比表面积，且一般无任何有害元素，适用于多种催化反应。

2.3 循环经济与资源回收

循环经济理念在化学工程工艺中的应用，正在推动整个化工行业向更加可持续的方向发展。这一模式强调“减量化、再利用、资源化”的原则，旨在最大限度地提高资源利用效率，减少废弃物排放。在化学工业中，循环经济的实践主要体现在废弃物资源化利用和化学品的循环使用等方面。例如，某大型化工园区通过建立完善的物质流网络，实现了不同企业间副产品和废弃物的高效利用。一家企业的废热蒸汽被邻近工厂用作生产原料，而另一家企业的废酸则被回收用于生产高纯度硫酸，形成了一个相互依存、资源高效利用的产业生态系统。在化学品循环使用方面，溶剂回收技术的应用尤为突出。通过先进的分离和纯化工艺，许多高价值溶剂可以被反复使用，不仅大幅降低了原料成本，也减少了废液排放。此外，催化剂再生技术的发展使得昂贵的贵金属催化剂能够多次循环使用，极大地提高了资源利用效率。循环经济模式的推广对降低资源消耗和减少排放起到了显著作用。通过闭环生产和梯级利用，化工企业不仅减少了原材料的消耗，也降低了废弃物处理的成本和环境负担。更重要的是，这种模式促进了化工产业链的优化整合，推动了园区化、集群化发展，为行业的长期可持续发展奠定了基础。

2.4 生物技术

（1）生物降解。生物降解利用微生物将有机污染物转化成无毒、无害的物质，或者将有毒的物质转化成无毒，最终降解污染物质。

（2）微生物发酵技术。发酵技术利用微生物在自然界中的生长、繁殖原理制作工业原料，生产出有价值的产品。微生物发酵是一种高效、节能、环保、可持续发展的新型能源，可应用于生物塑料、生物杀虫剂等环保化工产品的生产。此外，以麦草、稻糠等生物质为原料制备乳酸，既有利于环保，又能解决农业废弃物的处置难题。

（3）微生物分解。利用微生物分解有机污染物，是绿色化工技术中最为常见的一种方法，它具有环保、无污染等优点，可以将环境污染降到最低。生物酶催化法是精细化工领域中常用的一种新方法，利用生物酶催化合成香草醛，可在温和条件下一步合成香草醛，具有纯度高、副产物少等优点。此外，利用合成生物学技术构建高效的电池工厂，可以实现低碳和环境友好的工业化生产。

结语

综上所述，本文明确了绿色化学工程与工艺在化学工业节能中的应用情况，应该强化政策引导与经济激励，并推动产业链的协同合作，实现工业生产的绿色转型与可持续发展。

参考文献

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