绿色化学化工与社会经济可持续发展.ppt

绿色化学化工与社会经济可持续发展
由NordriDesign提供

“21世纪化学工程进展”专家结构预测（10 — 25年，全球）
产品重组与技术前沿
权 重
1. 生化工程产品
3料、皮革
二醋酸乙二醇酯（溶剂）
反应分离与聚合
醇酸树脂、涤纶
二甘醇
乙二醇
三甘醇
水合
脱水
氧化
医药、化妆品等
醋酸
绿色石油化工的生产链——如环氧乙烷的深度加工，及再生资源的循环利用
乙烯
石油
醇解或水解
单体
…….
…….
…….
…….
…….
绿色石油化工的生产链与资源的循环利用
生物质原料产品所占比例，％
产品种类 当前 2020年 2090年
液体燃料 1－2 10 ≦50
有机化学品 10 25 ﹥90
对于生物质资源的利用，美国国家研究委员会提出的生物质原料制得产品目标
*** 世界自然基金会和联合国环境规划署联合发表的《２０００年地球生态报告》显示，若按目前的速度继续消耗地球的资源，那么我们地球的资源会在２０７５年耗尽。
绿色化学与化工：生物质“循环利用”的绿色过程示意图
生物质(例如玉米等)
葡萄糖液
细菌和酵母二步转化
肥 料
特 种 精 馏
浓缩与分离(膜、超临界等)
产品b
肥 料
土 壤
聚 合
生物降解
产品a
精制（结晶等）
绿色产品c
……
催化反应
绿色产品d
……
绿色产品e
……
离子交换等
绿色化学与化工：热交换网络的建立仍是世界化工节能的主要技术
过程集成是实现绿色化工目标的核心技术
1、夹点分析――（资源、能源节约型）
基于热力学原理的集成换热器网络的夹点技术推广到传质交换网络中来。质交换器指的是任何逆向直接接触的传质操作，如吸收、吸附、液—液萃取、离子交换、浸取、汽提，氢夹点分析等。这种质交换网络分析的目的是设计污染杂质的回收网络，以减少污染。废水最小化的夹点设计方法。
2、深度过程集成：网络超结构模型模拟
绿色过程集成方法
立足于通用反应器及相互连接的流股网络构成的超结构，在研究传质和传热的各种可能安排的基础上，找寻最优化的结构。
① 用可再生资源代替不可再生资源
② 氢夹点分析
③ 基于溶剂的分离系统设计
④ 利用微化工厂来规避风险、提高效率
⑤工厂公用工程及联产系统的节能
这种方法的优势可用以下案例来显示：
α—一氯丁酸（MBA）和无用副产物α—α二氯丁酸（DBA）的反应器，目标是使MBA的转化率最大化。这个问题的难处在于：第一、气液两相反应器；第二、反应及其动力学均很复杂。用常规反应器：逆流填充床，搅拌槽反应器和鼓泡塔三种，结果证明最大转化率不超过 %。而用网络超结构模型模拟设计的新反应器，转化率可达到 %。
丁酸氯化时生成案例
因为化学工业能耗中有43%用于分离，分离设备投资占总投资的40—70%，而分离中精馏用能又占其中95%，因此，如何通过集成减少精馏过程耗能就自然成为研究重点。复杂精馏包括预精馏，侧线精馏，侧线汽提和完全热耦化的Petlyuk精馏,可以大幅度降低能耗。
复杂精馏塔的集成案例：
这种用Micro-chemical Plant现场制造剧毒化学品的装置已经商品化，例如，用CH4和 NH3生成HCN，可以在1000°C高温下的微反应器中生成。
由于这种微化工厂的设备内的通道小到5nm -- 500μm , 这种纳米级的系统中流体的传热、传质及化学反应的规律均与常规系统差别很大。
绿色过程集成方法
④ 利用微化工厂来规避风险、提高效率：
国际化学工业产品结构发展态势
原料—基本化工—精细化工
—功能产品 生产链链式结构
基本化工：规模效益（资源利用率的提高）
信息化程度（自动化程度）的提高
能耗的降低
精细化工(包括功能产品): 产品结构的及时调整
多产品车间的建立——柔性生产线
根据2000年全球统计数据，在美、英、日、德等国的大化工行业的GDP中精细化学品及功能产品占79%。
石油化工一体化：
合理生产链及其优化与产品结构的及时调整
２０世纪末期，美国商业部作了一项统计，以