绿色精细化工的发展及其关键技术

绿色精细化工的发展及其关键技术班级：化工姓名：XX学号：2010摘要：现代化学工业技术的快速发展，使人们越来越关注相关技术的开发和应用。精细化工作是与经济建设和人民生活密切相关的重要工业部门，是化学工业发展的战略重点之一，对于它的研究更加引起了人们的注意。本文主要阐述了国内精细化工发展的现状、存在问题以及制约因素，提出了精细化工持续发展的关键是发展绿色精细化工，进而提出了绿色精细化工的概念和绿色催化技术、电合成技术、超临界流体技术、分子模拟设计技术、分子蒸馏技术等关键技术。关键词：精细化工；绿色精细化工；可持续发展；关键技术1.我国精细化工的现状1.1我国精细化工的发展精细化工是生产精细化学品的工业的通称。是现代化学工业的重要组成部分，是发展高新技术的重要基础，也是衡量一个国家的科学技术发展和综合实力的重要标志之一。[1]因此，世界各国都把精细化工作为化学工业发展的战略重点之一。我国从“六五”开始，直至现在的“十一五”都把精细化工作为发展战略重点之一，在政策和投资上予以倾斜，已安排100多个建设和改造项目,总投资已超过50亿元。经过近20多年的努力,精细化工产业已在中国得到确立,其精细化工率已从1985年的23.1％提高到1994年的29.78%，2001年已达到37.44%，2002年已达到39.44%。目前我国已成为世界上主要的精细化工产品生产国之一：染料产量已稳居世界第一位，农药居第二位，涂料居第四位；总体精细化工率已达40%左右。1.2我国精细化工发展存在的问题和受到的制约因素1.2.1存在的问题生产技术水平普遍较低，技术开发明显不足目前传统的工艺路线、设备落后陈旧，新产品开发缓慢，品种少，科研开发力度不够，投入少，未形成创新体系，真正对社会有实用价值的精细化学品不多，产品多以仿制为主。而且低水平重复建设严重。缺乏国际市场的竞争力。集中度低，未形成产业链:国内的大多数企业小而分散，设备落后，很难生产出高端的精细化学品。虽然江浙一带、大连等地也出现大规模的染料和中间体的生产厂，但是总体规模还是远远小于国外的企业。开发能力弱：我国的科技力量大部分集中在科研院所和大专院校。由于与生产脱节，科技成果的转化率一般只有10%左右。而企业自我开发能力又较弱，大部分精细化工企业还尚未建立科技开发、应用研究、市场开拓和技术服务机构。受计划经济的影响。科研单位和生产厂对应用研究不够重视，对产品应用和市场营销关注很少，这是我国精细化工发展中的制约因素之一。信息化落后：精细化工这类“长尾经济”产业的发展本来应当与信息融合发展才能相得益彰，但我国的大多数精细化工企业在激烈的竞争中，只能先保“生存”，无力考虑信息化，就使得我们的精细化工得不到信息技术的滋养，处于“恶性循环”的境地。环境污染，很多企业对环保重视不够。精细化工的生产厂一般规模较小，厂点分散，生产过程的三废量较大，有的还难于治理。同时建设三废治理装置需要较大的投入，采用新的设备和工艺，这将提高产品的生产成本。因此，大多数企业的三废治理尚未达标，对环境造成很大的影响。1.2.2制约因素环境污染已经是制约精细化工发展的主要因素。由于国内经济的制约，国内的生产厂多数重经济效益，忽略环境的保护，资源能源的利用率低，后处理“三废”的费用成为企业的沉重负担。精细化工产品的生产过程中，产生大量的“三废”，粗略估计：全世界每年产生的废物危险品约3～4亿吨（中国化学工业年排放的废水约占全国工业排放的22.5%，废气约占7.82%，固体废物约占5.93%），给人类带来了灾难。解决环境的污染、维持人类社会的可持续发展，已经成为新世纪人类面临的重大挑战。2.绿色精细化工的发展2.1绿色精细化工绿色精细化工，简单的理解就是在生产的过程中不论是原料的选择、生产出的产品及整个的操作过程都要实现绿色化，换句话说，就是在产品的生产过程中要尽量的保证“三无”即无毒、无害、无污染，这就对生产的各个方面都提出了更高的要求。下面我们主要从几个方面进行阐述如何保证精细化工的绿色化。2.1.1原料绿色化原料的选择直接关系到产品的质量，根据生产不同的产品，原料基本可以分为天然原料和化学合成品原料。可想而知，天然的原料的毒陛基本为零，但是化学合成品基本都含有有毒物质，只是多少的问题。所以要想实现绿色精细化工，应该尽量选择天然的原料，如果自然中没有现成的原料，我们可以从一些含有所需原料的天然物质中进行提取比如说从农作物、植物等，从这些物质中提取的成分基本都是无毒的可以有效的保证原料选择的绿色化。对于化学合成原料才说，都是经过化学加工而成的，有的可能还有有毒物质，但是有些原料在再次生产过程中，可以通过某些方法使之转化为无毒的产品，不过有些原料即使经过再次加工也能难去除毒性，使生产出的产品中也含有有毒物质。我们必须清楚的是，无毒的天然原料毕竟是有限的，所以我们必须对清除原料中的有毒物质加以重视，对于从天然物质中提取原料而言，特别是对农作物的提取，我们不仅要提取有用的原料而且也去除农作物中农药等有害物质，才能真正的保证原料的绿色。2.1.2生产过程绿色化即使我们确保生产原料的绿色无毒，但是在加工的过程中是要对这些原料进行精细处理的，处理的方法基本都采用化学加工法，通过这种试剂和化学物品对原料进一步加工，这就很容易导致使原料在加工过程中受到污染。怎样保证原料加工过程中不受污染，这成为了人们主要思考的问题，人们试图寻找一种新型的处理技术来代替使用化学制剂进行原料的处理工作，此外如何使加工中出现的有毒物质自行的脱除，也是企业需要注意和思考的问题，因为这关系到产品能否保持绿色化。2.1.3产品绿色化人们使用的是生产的产品，所以产品的绿色化是非常重要的，这也是国际上精细产品竞争的主要方面，精细化产品的主要特点是高纯度和高附加值，所以为了实现产品的无公害，就需要研究出一种新型的生产技术，分子蒸馏技术就是这样诞生的。此项技术的应用对于精细化产品的生产具有重要的意义。3.绿色精细化工的关键技术3.1绿色催化技术催化剂是我们化学反应的基础，可以通过改变催化剂，高效合成，抑制副反应的发生，充分利用各种资源，保护生态环境。比较常见的绿色催化体系：（1）相转移催化技术，特点：反应条件温和，能耗低；反应速率高，选择性好；使用溶剂价格便宜，易回收。（2）酶催化技术，特点：催化活性高，能耗低、无污染；具有高度的专一性。（3）不对称催化技术，特点：不对称催化可以有效得到单一手性分子，在医药、光电材料、农用化学品等精细化工提供所需要的中间体，而且可以提供对环境友好的绿色合成方法。3.2电化学合成技术电化学反应是在电解池或者电池中进行的化学反应，可进一步分为电池反应和电解反应。可以利用电化学合成技术做到清洁合成。常见有，（1）间接点合成法，利用一种传递电子的媒质与有机化合物反应生成目的产物。（2）配对电合成法，利用阴、阳两级电极反应，合成生成目的产物。关键在于找到合适配对的电极。（3）自发电合成法，将自发进行的化学反应安排在电化学反应器中，不仅生成了目的产物，还且还可以提供电能，这也是绿色化学追求的目标。3.3超临界流体技术近年来，超临界流体技术发展很快，包括：超临界流体萃取技术和超临界流体萃取技术。尤其是超临界二氧化碳流体技术具有合适的临界温度和临界压力（Tc=304.265K，Pc=7.185MPa）。超临界二氧化碳萃取在提取生理活性物质方面具有广阔的发展前景；超临界二氧化碳作为环境友好的反应介质以及超临界二氧化碳参与的化学反应，可以实现通常难以进行的化学反应；超临界流体技术在薄膜材料和纳米材料等制备上崭露头角，提供了一个全新的制备方法。在超临界流体特别是SCCO2中进行有机合成的文献报道很多，在催化氢化、催化氧化、烷基化以及高分子聚合、酶催化等方面取得令人瞩目的进展。因此，超临界流体技术作为一种绿色化学化工技术在精细化学工业、医药工业、食品工业以及高分子材料制备等领域具有广泛的应用。3.4计算机分子设计技术将所要研究开发的精细化工产品，按照其合成技术，产品分子的内在结构、产品性能和加工行为之间的内在规律利用计算机辅助设计，一开始就把创新、优化和绿色为要求，通过分子的内在结构将精细有机合成技术与反应过程、分离精制工程和应用技术带动起来，有利于找到能放大的关键因素，保证放大能获得成功。实现无三废生产。[2]3.5分子蒸馏技术分子蒸馏技术具有以下特点：(1)操作时的温度较低，分子蒸馏的分离并不是依靠沸点的，因此操作时的温度要控制在低于沸点的温度；(2)蒸馏压强较低，一般为0.1－50Pa即可，这样一来物质的沸点也有一定程度的降低，且实际的分离温度也低于沸点，因此分子蒸馏操作的温度会比传统的蒸馏温度低。(3)受热时间较短，轻分子的运动自由程是大于分子蒸馏加热面和冷凝面的间距的。因此，自液面溢出的轻分子在达到冷凝面之前几乎是未发生过碰撞的。北京化工大学对分子蒸馏技术的发展做出了巨大的贡献，经过十几年的工业化实践工作，攻克了许多技术上的难关，极大程度的带动了我国的分子蒸馏技术的发展，使我国的分子蒸馏技术逐渐在世界上处于较为领先的地位，北京化工大学在分子蒸馏中研究出的主要关键技术为：(1)长期、稳定的高真空密封技术和高真空的获得技术。(2)多种独特新颖的分子蒸馏蒸发器结构，使得物料的分离更为高效、先进。(3)开发出了多种物料输送系统，且都适用于分子蒸馏操作。分子蒸馏技术的应用克服了传统蒸馏技术中要求温度高及受热的时间长等问题，同时也是—种比较温和的分离技术。它自身的独特优点使其在众多的领域都有所应用。由于此种技术主要是物理蒸馏分离法，在整个过程中都不会产生有毒物质也不会对环境产生影响，其最大的优点在于此项技术可以用于清除污染物而且几乎每个领域都可以使用，现在被广泛的应用于对天然物质的提取、比如工业中的增效醚、氧乐果等农药的提纯；化妆品工业中的羊毛醇、藻类、花类、苔藓类等的提取，塑料工业中的环氧树脂、增塑剂、聚醚、聚氧化烯烃等。[3]3.6采用生物技术生物催化反应大多条件温和，设备简单，选择性好,副反应少，产品性质优良，安全性好，不产生新的污染，因此受到生物学家和化学家的高度重视。3.7采用膜技术膜分离技术具有成本低、能耗少、效率高、无污染并可回收有用物质的优点。3.8采用新型催化剂采用新型催化剂是提高反应效率、简化反应步骤和实现原子经济性反应的关键。[4]4.总结在经济技术高速发展的今天，精细化工的发展大大地提高了我们生活质量和创造了巨大物质财富，我们人类对赖以生存的环境遭到破坏和各种资源的恶性循环等问题也更加重视，在这种情况下，我觉得更加需要大力发展绿色精细化工，绿色精细化工采用绿色的原料，利用对环境友好的设计、生产以及生产过程来创造绿色精细化学品。真正实现“零排放”、原子经济性、可持续发展的精细化工产业。我们要优先发展关键技术，加大科研方面的投入，创造更好的效益，达到与环境和谐，长远发展。参考文献：[1]宋启煌.精细化工工艺学（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2004.[2]赵云雨.绿色精细化工可持续发展的关键技术[J].牡丹江大学学报，2010，（19）.[3]杨东伟.分子蒸馏技术及绿色精细化工的几点思考[J].工业技术，2012,9（上）.[4]唐林生等.从美国“总统绿色化学挑战奖”看绿色精细化工的发展趋势，[J].现代化工，2007,27（6）：5-9.