化工清洁生产概要

1第五章化工清洁生产概要2本章内容第一节清洁生产进展第二节化工清洁生产原理与技术第三节化工清洁生产实例第四节循环经济简介3第一节清洁生产进展清洁生产的定义清洁生产的主要内容清洁生产的发展4化工“三废”的治理技术本质上都属于“末端治理”，仅在一定程度上减轻了部分环境污染，并没有从根本上改变人类整体环境恶化的趋势。污染的防治应该或最终要走“根本消除”污染之路，从源头消除污染。环境保护的根本出路在于“防污”，要树立“防污”重于“治污”的观念。(1)末端治理1.1清洁生产的定义5最理想的状况是在生产和消费的全过程不产生污染，即“零污染”；任何时候都可达到的目标应该是尽可能减少污染，防治结合，做到“零排放”。最低要求也应该做到“达标排放。在不得不选择末端治理方案时，要尽可能做到“资源化”，充分利用一切物料和能量。这就是当前全球大力提倡的清洁生产和循环经济。(2)零污染和零排放1.1清洁生产的定义6我国的《中华人民共和国清洁生产促进法》中定义清洁生产为：不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料，采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。(3)清洁生产的定义1.1清洁生产的定义7第一节清洁生产进展清洁生产的定义清洁生产的主要内容清洁生产的发展8产品应尽可能节约原料和能源，少用昂贵和稀缺原料，多利用二次资源作原料；产品在使用过程中以及使用后不含有危害人体健康和生态环境的因素；易于回收、复用和再生；合理包装；具有合理的使用功能(含节能、节水、降低噪声功能)和合理的使用寿命；产品报废后易处理、易降解等。(1)生产清洁的产品1.2清洁生产的主要内容9尽量不用、少用有毒有害的原料、材料以及中间产品；消除或减少生产过程的各种危险性因素，如高温、高压、低温、易燃、易爆、强噪声、强震动等；选用无废、少废的工艺；高效的设备；物料的再循环(厂内、厂外)；简便、可靠的操作和控制；完善的管理等等。(2)采用清洁的生产过程1.2清洁生产的主要内容10包括常规能源的清洁利用和节约能源，如采用洁净煤技术、逐步提高液体燃料、天然气的使用比例，回收利用生产过程的各种余热，逐级使用热能等以降低能耗对环境的污染。还包括大力开发利用可再生能源，如水力能、太阳能、生物质能、风能、潮汐能等。(3)使用清洁能源1.2清洁生产的主要内容11第一节清洁生产进展清洁生产的定义清洁生产的主要内容清洁生产的发展121989年5月，联合国环境规划署(UNEP)首次提出清洁生产。1990年lO月，UNEP正式提出清洁生产计划，希望摆脱传统的末端控制技术，超越废物最小化，使整个工业界走向清洁生产。1992年6月，联合国环境与发展大会正式将清洁生产定为实现可持续发展的先决条件，同时也是工业界达到改善和保持竞争力和可盈利性的核心手段之一，并将清洁生产纳入《二十一世纪议程》中。(1)清洁生产的国际发展1.3清洁生产的发展131984年美国国会通过了《资源保护与恢复法—固体及有害废物修正案》，明确规定废物最少化是美国的一项国策。1990年秋季美国国会又通过了污染预防法案，法案明确规定美国的环境政策是必须控制和消减污染源的产生；无法预防的污染物应当以环境安全的方式转化利用；污染物的处置或向环境中排放只能作为最后的手段，并且应当以环境安全的方式进行。(1)清洁生产的国际发展1.3清洁生产的发展141993年，欧盟开始实施第五环境行动纲领，并发布了综合污染预防指令。把环境保护政策纳入工业制造、能源、交通、农业和旅游等领域的生产活动中。2001年颁布的第六环境行动纲领进一步扩展到气候变化、自然和动物的多样性、环境与健康、自然资源与废弃物等生产生活活动中。(1)清洁生产的国际发展1.3清洁生产的发展1520世纪80年代，我国开始研究推广清洁生产工艺，开发了许多清洁生产技术，为清洁生产的实施打下了基础。2002年6月颁布《中华人民共和国清洁生产促进法》，成立了国家清洁生产中心、化工清洁生产中心及部分省市的清洁生产指导中心，逐步建立和健全了企业清洁生产审计制度。(2)清洁生产的国内发展1.3清洁生产的发展16第二节化工清洁生产原理与技术化工清洁生产原理化工清洁生产技术化工清洁生产的途径17利用当代先进物理技术和化学方法相结合，研究和开发对环境友好的新反应、新工艺、新产品，消除或减少对人类健康和环境有害的原料、试剂、溶剂和催化剂等的使用以及废物的产生，实现社会一经济生态环境的协调发展。实现化学化工技术的“绿色化”。(1)化工清洁生产的研究目标2.1化工清洁生产原理18一、设计、生产安全化学品首先，作为最终使用的化学产品应该对人类健康和环境是无害的。考察一种化学品是不是安全的、环境友好的，不但必须考察从分子水平的生物效果、直接影响，同时必须考虑其在环境中可能发生的结构变化，降解后在空气、水、土壤中的扩散以及潜在的、间接的、长远的危险。(2)化工清洁生产原理2.1化工清洁生产原理19二、采用无毒、无害的原料反应的初始原料，往往决定了反应类型或合成路线的许多特征。原料的选择也决定了生产者、原料提供者、运输者所直接面对的危害及风险。所以，原料的选择是绿色化学化工的决定性部分。石油是化工行业的主要原料，其储量有限，不可再生，售价年年上涨；同时，石油经过裂解、氧化转变为有用的有机化学品，会有许多污染步骤，因此，必须减少和取代石油产品的使用。(2)化工清洁生产原理2.1化工清洁生产原理20三、尽量使用可再生原料在资源短缺和环境污染双重压力下，可再生资源(生物质)的开发和利用是众所注目的焦点。所谓生物质(biomass)，泛指由光合作用产生的所有生物有机体的总称。植物在地球上的储量高达2×108亿t，每年的再生速度为l640亿t。将组成植物体的淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等大分子化合物转化为葡萄糖、木糖、乙醇、丙酮等，进而可以此进一步合成各种化学产品。植物油、动物脂肪(油脂)也是重要的可再生原料。(2)化工清洁生产原理2.1化工清洁生产原理21四、设计选择安全、高效的化学反应为了人员和环境的安全，除了要选择无毒害的原料和产品外，还要设计选择安全、高效的化学反应。安全即是反应中不会产生有毒害的中间产品等。高效即尽可能使生产原材料都进入最终目的的产品，而使副产品产生量降到最低，努力达到“原子经济”程度，即在获取目的产品的转化过程中，充分利用每一个原料原子，实现“零排放”。(2)化工清洁生产原理2.1化工清洁生产原理22五、采用环境友好的溶剂、助剂、催化剂传统的有机反应常用有机溶剂如二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、苯、芳香烃等为致癌剂。所以，开发无溶剂反应体系，采用无毒无害的溶剂、助剂是发展清洁化工的重要途径。水是地球上自然丰度最高、最廉价、无毒、无害的溶剂，许多有机反应也可以在水中成功进行，如烯丙基化反应、醛醇缩合等。(2)化工清洁生产原理2.1化工清洁生产原理23五、采用环境友好的溶剂、助剂、催化剂超临界流体是指处于超临界温度及超临界压力下的流体，是一种介于气态和液态之间的流体状态。其相对密度接近于液体(比气体约大3个数量级)，而黏度接近于气态(扩散系数比液体大100倍左右)。超临界二氧化碳作为有机溶剂的替代物，已在废水处理、天然化合物的抽提、有机合成中得到广泛应用。在超临界二氧化碳参与的反应中，最突出的就是不对称催化还原反应，尤其是加氢作用和氢转移反应，其选择性比在传统有机溶剂中更高。(2)化工清洁生产原理2.1化工清洁生产原理24五、采用环境友好的溶剂、助剂、催化剂加催化剂是提高反应速度和选择性的有效手段。许多有机反应都用催化剂。例如，酯化、氧化、酰基化、烷基化、聚合等反应，都是在酸催化下进行的。最初，酸催化剂多用H2SO4、H3PO4、HF、AlCl3等液体酸。但液体酸腐蚀严重，危害人体健康，排出大量含酸废水污染环境，产物分离后处理麻烦。随后人们开发出固体酸如A12O3-SiO2、沸石、分子筛以及固体超强酸。它们的优点是无腐蚀，易与产物分离，反应条件温和。目前许多有机反应(件下表）已用固体酸替代液体酸作为催化剂实现了工业化。(2)化工清洁生产原理2.1化工清洁生产原理2526六、催化剂使用优于化学试剂这里的化学试剂是指在化学反应体系中为了进行或促进反应，需要加入额外的(非水)化学试剂。这些试剂在反应完成后需从产品中分离回收，但总有部分试剂被排放到废物流中。而催化剂的作用是促进所需的转化反应，本身在反应中不消耗，一般不出现在最终产品中。因此，研制、使用高效、新型催化剂不仅是实现“原子经济”的关键之一，而且可以减少试剂的使用量，从而减少废物的产生。(2)化工清洁生产原理2.1化工清洁生产原理27七、合理使用和节省能源化学加工过程的能源要求应考虑它们的环境影响，并应尽量合理、节省。如有可能，化学反应应在室温和常压下进行。八、预防污染的检测和控制开发或采用新的检测方法，进行实时的生产过程监测,并有在污染形成前给予控制的技术。(2)化工清洁生产原理2.1化工清洁生产原理28九、防止事故发生的安全化学应十分注意在化学过程中将化学意外(包括泄漏、爆炸、火灾等)可能降至最低。途径之一是慎重选择物质及物质状态，如使用固体或最低蒸气压液体代替易挥发液体或气体等。可见，实施化工清洁生产不仅将从根本上解决化工污染问题，而且将从根本上减少或消除化工生产事故隐患，即化工清洁生产也是安全的生产、文明的生产。(2)化工清洁生产原理2.1化工清洁生产原理29第二节化工清洁生产原理与技术化工清洁生产原理化工清洁生产技术化工清洁生产的途径30新型化工清洁生产技术2.2化工清洁生产技术生物工程技术微波技术和超声技术膜技术超临界流体技术新型催化技术辐射加工技术31生物工程技术主要应用生物学、化学和化学工程学的基本原理和方法，生产一些用传统工艺无法生产的物质；或替代有严重污染、条件苛刻、浪费资源和能源的传统工艺。在发展清洁化工生产时，生物技术有着广阔的前景。如酶的催化效率要比一般化学催化剂高出106-lO13倍。1生物工程技术2.2化工清洁生产技术32大多数酶具有高度的专一性，能迅速专一地催化某一基团或某一特定位置的反应，合成出用化学方法很难得到的复杂结构化合物，特别是具有光学活性的不对称化合物，如人工胰岛素、多肽化合物、抗菌素、干扰素、甾体激素类化合物。酶反应可在常温下进行，条件温和，控制容易，副反应少，环境污染小。特别是固定化生物催化剂(固定化酶和固定化细胞)在化学品制备中有极其重要的应用。1生物工程技术2.2化工清洁生产技术33微波技术和超声技术是最清洁的强化反应过程的有效手段，因为不存在从产物中分离微波和超声波的问题，所以就从根本上排除了这方面的污染。微波是指频率在300MHz一300GHz(即波长1m～1mm)的电磁波，位于电磁波谱红外辐射和无线电波之间。大量实验结果表明，微波对许多有机反应速度的影响较常规方法能增加几倍、几十倍、甚至上千倍。2微波技术和超声技术2.2化工清洁生产技术34超声波的声化学效应能改变反应进程，提高反应选择性，增加反应速率和产率，降低能耗，减少废物的排放，在许多类反应中都有成功应用。2微波技术和超声技术2.2化工清洁生产技术353637膜技术是当代最有发展前景的高新技术之一，可用于混合物分离、强化化学反应过程、组成将化学反应和产物分离在同一设备或单元操作中完成的“反应分离”系统。膜催化技术是多相催化领域中出现的一种新技术。其将催化材料制成膜反应器或将催化剂置于膜反应器中操作，反应物可选择性地穿透膜并发生反应，产物可选择性地穿透膜而离开反应区，从而有效地调节反应物或产物在反应区的浓度，打破化学反应在热力学上的平衡状态，实现反应的高选择性，提高原料的一次利用率。3膜技术2.2化工清洁生产技术38第二节化工清洁生产原理与技术化工清洁生产原理化工清洁生产技术化工清洁生产的途径39清