綠色化工技術(shù)研究新進(jìn)展.pdf

2016 年第 35 卷第 6 期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 1575 化 工 進(jìn) 展 綠色化工技術(shù)研究新進(jìn)展 楊賀勤 1，劉志成1，謝在庫2 （1中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院， 上海 201208； 2中國石油化工股份有限公司， 北京 100728） 摘要：當(dāng)前，我國化學(xué)工業(yè)面臨資源和環(huán)境等方面的重大挑戰(zhàn)，綠色化工技術(shù)對于環(huán)境的保護(hù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具 有至關(guān)重要的作用，是化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。本文指出綠色化程度需用原子經(jīng)濟(jì)性、綜合能耗以及 全生命周期低碳等指標(biāo)進(jìn)行衡量，總結(jié)了實(shí)現(xiàn)綠色化的 3 個(gè)基本途徑：低碳化、清潔化和節(jié)能化，并從生物質(zhì) 低碳可再生資源的化工利用、綠色反應(yīng)工藝、高效反應(yīng)與分離設(shè)備、綠色溶劑、低溫均相催化、綠色制氫以及 CO2利用技術(shù)等方面，綜述了近年來我國綠色化工技術(shù)創(chuàng)新上的主要進(jìn)展。最后，對我國綠色化工技術(shù)發(fā)展的未 來進(jìn)行了展望，建議以綠色碳科學(xué)理念為基礎(chǔ)，應(yīng)重視直接轉(zhuǎn)化技術(shù)、輸入端和過程中能量的管理以及輸出端 CO2的集中轉(zhuǎn)化技術(shù)等方面的研究開發(fā)。 關(guān)鍵詞：綠色化工技術(shù)；可持續(xù)發(fā)展；生物質(zhì)；二氧化碳；展望 中圖分類號(hào)：TQ 021 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：10006613（2016）06157512 DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.06.001 Review of recent development of green chemical technologies YANG Heqin1，LIU Zhicheng1，XIE Zaiku2 （1Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology，China Petroleum & Chemical Corporation，Shanghai 201208，China；2China Petroleum & Chemical Corporation，Beijing 100728，China） Abstract：At present，Chinas chemical industry is facing big challenges of resources and environment，while green chemical technologies could provide ways to promote the sustainable development of Chinas chemical industry. This article proposed that the degree of green chemical technologies can be measured by atomic economy，energy consumption and low carbon of full life cycle. Then，it summarizes three basic ways to realize green chemistry，including low carbonization， clean processes and energy conservation. Moreover，this article reviews the development and application of green chemical technologies in China，involving in the chemical transformation of renewable biomass resources， green chemical process， high efficient reactor or separation equipment， green solvents，homogeneous catalysis used at low reaction temperature，green hydrogen production and utilization of carbon dioxide，etc. Finally，outlook is given，and it is suggested that the green carbon science concept should always be committed，and special attentions could be paid on direct conversion technologies，energy management in the input and intermediate process，and output CO2 intensive transformation，etc. Key words：green chemical technology；the sustainable development；biomass；carbon dioxide； outlook 特約評述 第一作者：楊賀勤（1978） ，女，博士；劉志成（1975） ，男， 博士（共同第一作者） 。聯(lián)系人：謝在庫，教授，研究方向?yàn)槎嗫?催化材料與石油化工催化。E-mail xzk 。 收稿日期：2016-03-07；修改稿日期：2016-03-11。 基金項(xiàng)目： 國家自然科學(xué)基金 “多相反應(yīng)過程中的介尺度機(jī)制及調(diào)控” 重大研究計(jì)劃項(xiàng)目（91434102） 。 化 工 進(jìn) 展 2016 年第 35 卷 1576 資源與環(huán)境是世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需共同面對 的兩大基本問題。對于我國化學(xué)工業(yè)而言，需要在 傳統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)上推進(jìn)綠色創(chuàng)新與發(fā)展，以節(jié)約和 高效利用資源、保護(hù)環(huán)境為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)綠色、可持 續(xù)發(fā)展。 眾所周知， 綠色化工已被全球列為 21 世紀(jì) 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略，是解決資源與能 源短缺、緩解環(huán)境惡化的重要途徑之一，是提高人 類生存質(zhì)量和保障國家綠色發(fā)展的核心基礎(chǔ)科學(xué)與 技術(shù)，并將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益1。本文從綠色化 工內(nèi)涵、原料低碳化、過程綠色化、綠色制氫以及 CO2利用技術(shù)等方面，綜述了近年來綠色化工創(chuàng)新 技術(shù)的重要進(jìn)展，并對未來進(jìn)行展望和建議。 1 實(shí)現(xiàn)綠色化工的三個(gè)基本途徑 化學(xué)工業(yè)的綠色發(fā)展是在傳統(tǒng)發(fā)展模式基礎(chǔ)上 進(jìn)行的綠色創(chuàng)新與發(fā)展，其內(nèi)涵是提高能源效率、 加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、控制溫室氣體排放，并從分子 水平煉油、原子經(jīng)濟(jì)化工、CO2循環(huán)等方面促進(jìn)傳 統(tǒng)石油化工等化石資源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)綠 色化與可持續(xù)發(fā)展。 其綠色化程度需用原子經(jīng)濟(jì)性、 綜合能耗以及全生命周期低碳等指標(biāo)進(jìn)行衡量。目 前，實(shí)現(xiàn)綠色化的 3 個(gè)基本途徑是低碳化、清潔化 和節(jié)能化。 1.1 低碳化 所謂低碳化，是指用無碳、低碳可再生能源或 其他新能源來替代高碳的煤炭或石油資源，以及通 過 CO2的減排和利用，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝流程的低碳排 放。由于化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程是一個(gè)對環(huán)境產(chǎn)生影 響和作用的過程，因此采取過程低碳、產(chǎn)品低碳和 全生命周期低碳的概念來分析生產(chǎn)低碳化，可以從 系統(tǒng)宏觀的角度出發(fā)，綜合分析產(chǎn)品與環(huán)境的效應(yīng) 以及對社會(huì)的影響。 化石資源的低碳化涉及含碳物質(zhì)從加工、 利用、 碳固定到碳循環(huán)全過程。在過去，石化產(chǎn)業(yè)主要以 石油與煤炭等高碳資源為原料，而且在含碳物質(zhì)加 工過程中，產(chǎn)生的 CO2直接排放到空氣中，造成溫 室效應(yīng)。未來，石化產(chǎn)業(yè)將加大生物質(zhì)等低碳可再 生資源的利用規(guī)模，并將生產(chǎn)過程中的 CO2經(jīng)過化 學(xué)轉(zhuǎn)化或光合作用實(shí)現(xiàn)再利用，不僅提高碳資源的 利用效率，還減少 CO2凈排放，見圖 1。為此，何 鳴元等2-3提出了綠色碳科學(xué)的新理念， 希望通過研 究碳資源加工、能源利用、碳固定、碳循環(huán)整個(gè)過 程中碳化學(xué)鍵的演變規(guī)律和優(yōu)化相關(guān)工業(yè)過程，使 化石資源利用引起的碳循環(huán)失衡降到最低，實(shí)現(xiàn)基 圖 1 化石資源、生物質(zhì)和 CO2 轉(zhuǎn)化利用過程中 CO2的 產(chǎn)生和循環(huán)簡圖3 于碳原子經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化，同時(shí)促進(jìn)碳化學(xué)循環(huán)，最 終實(shí)現(xiàn)化石能源的增效減排。相信這一理念將奠定 綠色化工發(fā)展的科學(xué)基礎(chǔ)。 1.2 清潔化 清潔化是指通過降低原材料的毒性和能源資源 的消耗，實(shí)現(xiàn)廢物減量化、資源化和無害化，從而 降低對環(huán)境的污染。其中，化學(xué)品制造所產(chǎn)生的污 染不僅來源于原料和產(chǎn)品，更多是源自其制造過程 中使用的有機(jī)溶劑。大量揮發(fā)性溶劑的使用，有的 會(huì)引起地面臭氧的形成，有的會(huì)引起水源污染，因 此，改進(jìn)傳統(tǒng)的溶劑、選擇對環(huán)境無害的溶劑以及 開發(fā)無溶劑反應(yīng)是綠色化學(xué)的重要研究領(lǐng)域。 目前， 超臨界流體、離子液體以及水作為反應(yīng)介質(zhì)在化學(xué) 合成領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。例如具有蒸氣壓低、不揮 發(fā)等特性的離子液體，基于對有機(jī)金屬化合物較好 的溶解性， 被廣泛應(yīng)用在過渡金屬催化的液-液兩相 加氫、氧化、Heck 反應(yīng)等反應(yīng)中，并取得了令人鼓 舞的進(jìn)展4-5。 1.3 節(jié)能化 節(jié)能化是指加強(qiáng)用能管理，采用技術(shù)上可行、 經(jīng)濟(jì)上合理以及環(huán)境和社會(huì)可以承受的措施，減少 從能源生產(chǎn)到消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)中的能源損失和浪費(fèi)， 更加有效、合理地利用能源。一方面，采用高效節(jié) 能設(shè)備（如高效分餾塔、換熱器、空冷器、泵、壓 縮機(jī)、加熱爐等）可產(chǎn)生直接明顯的節(jié)能效果6； 另一方面，以節(jié)能、降耗、環(huán)保、集約化為目標(biāo)的 化工過程強(qiáng)化技術(shù)， 是可望解決化學(xué)工業(yè) “高能耗、 高污染和高物耗”問題的最有效技術(shù)手段之一。采 用超重力、膜過程耦合、微化工、磁穩(wěn)定床、等離 子體、 微波輻射技術(shù)等過程強(qiáng)化技術(shù)， 開發(fā)出新型、 高效的生產(chǎn)工藝，或?qū)鹘y(tǒng)工藝改造和升級(jí)，可使 化工過程的能耗、物耗和廢物排放大幅減少7。 第 6 期 楊賀勤等：綠色化工技術(shù)研究新進(jìn)展 1577 2 綠色化工技術(shù)進(jìn)展 化工生產(chǎn)涉及原料、 過程和產(chǎn)品等多個(gè)方面， 下面著重從原料低碳化、過程綠色化、綠色制氫及 CO2利用技術(shù)等幾個(gè)方面，綜述我國近年來綠色化 工技術(shù)的主要研究進(jìn)展。 2.1 原料低碳化 隨著化石資源的減少，有關(guān)可再生生物質(zhì)碳資 源的轉(zhuǎn)化利用引起全球的廣泛關(guān)注，目前生物質(zhì)能 已經(jīng)成為世界各國轉(zhuǎn)變能源結(jié)構(gòu)的重要戰(zhàn)略措施， 許多新興生物質(zhì)能技術(shù)正處于研發(fā)示范階段，可望 在未來 1020 年內(nèi)逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。 我國的生 物質(zhì)能技術(shù)的開發(fā)和利用正快速發(fā)展8。 閔恩澤先生9是中國生物質(zhì)能領(lǐng)域的倡導(dǎo)者和 奠基者，提出要大力發(fā)展生物質(zhì)能等可再生能源。 近年來，杜澤學(xué)等10利用近/超臨界甲醇醇解技術(shù)， 成功開發(fā)了以地溝油、酸化油、餐飲廢油等廢棄油 脂、動(dòng)物脂肪和林木油脂等為原料的生物柴油新技 術(shù)SRCA 生物柴油綠色工藝。中國石化集團(tuán)公 司（簡稱中國石化）開展了生物航空煤油的制備技 術(shù)研究，開發(fā)了餐飲廢油和微藻加工生產(chǎn)生物航油 的技術(shù)。2013 年 4 月，自主研發(fā)的 1 號(hào)生物航煤首 次試飛成功11。相較于傳統(tǒng)航煤，生物航煤可實(shí)現(xiàn) 減排 CO2 50%以上，無需對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改裝，環(huán)保 優(yōu)勢明顯。國內(nèi)外一些研究者提出了基于催化加氫 過程的生物柴油合成技術(shù)路線，動(dòng)植物油脂通過加 氫脫氧、異構(gòu)化等反應(yīng)得到類似柴油組分的直鏈烷 烴，形成了第二代生物柴油制備技術(shù)12。亓榮彬 等13提出并開發(fā)了以生物油脂與石油餾分油為原 料、集成加氫精制或加氫裂化過程制備生物柴油的 工藝；姚志龍14開展了生物柴油脂肪酸甲酯的加氫 技術(shù)研究工作，發(fā)明了一種超臨界溶劑，大大降低 反應(yīng)壓力和氫氣對脂肪酸甲酯的進(jìn)料比，轉(zhuǎn)化率和 選擇性均超過 99%；ZHOU15開發(fā)了植物油加氫脫 氧制備生物柴油的工藝。 生物資源制乙烯是以大宗生物質(zhì)為原料，通過 微生物發(fā)酵得到乙醇，再在催化劑作用下脫水生成 乙烯16-17。2004 年底，我國年產(chǎn) 1.7 萬噸的生物乙 烯裝置在安徽豐原集團(tuán)成功投產(chǎn)， 2006 年四川維尼 綸廠新建了 6000 噸/年生產(chǎn)裝置，2008 年山西維尼 綸廠應(yīng)用中國石化的成套工藝也建成了 6000 噸/年 的乙醇制乙烯產(chǎn)業(yè)化裝置。 以糧、糖、油類農(nóng)作物為原料制取生物乙醇或 生物柴油等已進(jìn)入商業(yè)化早期階段，相對于傳統(tǒng)的 石油生產(chǎn)汽油和柴油，生物質(zhì)原料生產(chǎn)生物乙醇或 生物柴油的生產(chǎn)過程更為節(jié)能、綠色，生產(chǎn)同樣熱 值（1MJ）的生物乙醇所需要的石油能量輸入量僅 為汽油的 5%20%18。不同生物質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇 的溫室氣體排放量也有很大差別，纖維素乙醇的總 溫室氣體排放量比谷物乙醇的排放量低得多（相對 值分別為 11 和 81，而產(chǎn)生同樣熱值的汽油其相對 溫室氣體排放為 94，如圖 2 所示）。因此，從長遠(yuǎn) 看，應(yīng)發(fā)展能耗更低、CO2排放更少的纖維素乙醇 技術(shù)。 纖維素轉(zhuǎn)化是生物質(zhì)利用的重要方向，主要包 括氣化制合成氣、液化或熱裂解制燃料和裂解油、 水解為葡萄糖或木質(zhì)素后再轉(zhuǎn)化制乙醇或芳烴等。 纖維素大分子中具有 CO、CC、CH、OH 等多種化學(xué)鍵，其選擇性斷鍵生成特定化學(xué)品是生 物質(zhì)催化領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。Anellotech 公司開發(fā)了生物 質(zhì)熱解生產(chǎn)芳烴技術(shù)19；Virent 公司開發(fā)了以生物 質(zhì)“液相重整”制二甲苯為核心的生產(chǎn)技術(shù)20。張 圖 2 生物質(zhì)生產(chǎn)乙醇的能量輸入和室溫氣體排放等全流程分析及與傳統(tǒng)汽油生產(chǎn)過程的對比18 化 工 進(jìn) 展 2016 年第 35 卷 1578 濤等21-22研究開發(fā)了 Ni-W2C/AC 雙功能催化劑， 可 一步轉(zhuǎn)化纖維素為乙二醇， 且收率可達(dá) 50%74%。 劉海超等23-24發(fā)明了選擇氫解、近臨界水條件下水 解耦合加氫等纖維素綠色解聚轉(zhuǎn)化為多元醇的新方 法，發(fā)展了從纖維素直接選擇性合成丙二醇、甘油 催化氧化合成乳酸等生物質(zhì)化學(xué)品合成的新途徑， 其催化劑 WO3-Ru/C 能實(shí)現(xiàn)糖分子中的 CC 鍵的 選擇性斷裂。王野等25發(fā)現(xiàn) Pb()可高效催化纖維 素直接轉(zhuǎn)化制乳酸，使用微晶纖維素時(shí)乳酸收率達(dá) 60%以上，該催化體系還可將未經(jīng)純化的甘蔗渣、 茅草和麩皮等直接轉(zhuǎn)化為乳酸。 木質(zhì)素是僅次于纖維素的第二大可再生資源， 在制漿造紙過程被溶解出來的木質(zhì)素，是造紙黑液 的主要成分。一直以來，對堿木質(zhì)素進(jìn)行改性并實(shí) 現(xiàn)造紙黑液的資源化高效利用是一個(gè)世界級(jí)的難 題。針對這個(gè)難題，邱學(xué)青等26-28發(fā)明并優(yōu)化了“黑 液全組分利用”工藝，在國內(nèi)外首次直接以“黑液” 為原料，成功制備了高性能工業(yè)表面活性劑系列產(chǎn) 品；采用接枝磺化新技術(shù)，制備了同時(shí)具有高磺化 度及高分子量的木質(zhì)素兩親聚合物；建立了直接以 造紙黑液為原料制備三類木質(zhì)素高效分散劑的新技 術(shù)路線，并成功用作混凝土高效減水劑、水煤漿分 散劑和農(nóng)藥分散劑等，開辟了一條將造紙廢液作為化 工原料制備精細(xì)化學(xué)品的資源化高效利用的新途徑。 生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化制備液態(tài)烷烴通常經(jīng)過多步 驟，并且在高溫、高壓下進(jìn)行，這既會(huì)導(dǎo)致 CC 鍵斷裂，產(chǎn)生低值的甲烷和 CO2，使液態(tài)烷烴的收 率降低，又會(huì)導(dǎo)致催化劑失活。最近，XIA 等29 發(fā)明了具有選擇性斷裂 CO 鍵功能的 Pd/NbOPO4 催化劑，使得呋喃類化合物的衍生物在溫和的條件 下直接催化轉(zhuǎn)化為液態(tài)烷烴，液態(tài)烷烴收率高達(dá) 90%，催化劑壽命達(dá) 250h，其中 NbOx起到了選擇 性斷裂 CO 鍵的作用。 2.2 過程綠色化 2.2.1 綠色反應(yīng)工藝路線 化工過程的綠色化，就是要利用全新的化工技 術(shù)，符合原子經(jīng)濟(jì)性的工藝路線、熱量利用的耦合 工藝和反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)，在分子水平煉油、原子 經(jīng)濟(jì)化工、CO2減排等關(guān)鍵問題上尋求突破，并在 源頭上減少或消除有害廢物的產(chǎn)生，減少副產(chǎn)物的 排放，最終實(shí)現(xiàn)零排放。 在選擇氧化制備含氧化合物方面，有許多典型 綠色化工案例。中國石化石油化工科學(xué)研究院宗保 寧等30開發(fā)的己內(nèi)酰胺綠色生產(chǎn)技術(shù)，通過單釜連 續(xù)淤漿床與鈦硅分子篩集成用于環(huán)己酮氨肟化合成 環(huán)己酮肟；非晶態(tài)合金催化劑與磁穩(wěn)定床集成用于 己內(nèi)酰胺加氫精制。工業(yè)實(shí)施后，使裝置投資下降 70%、生產(chǎn)成本下降 10%、原子利用率由 60%提高 到 90%以上，三廢排放是國外引進(jìn)技術(shù)的 1/200， 產(chǎn)生了重大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。己內(nèi)酰胺綠色生 產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)，踐行了綠色化學(xué)的理念，是綠色化 學(xué)的成功范例。中國石化上海石油化工研究院高煥 新等31開發(fā)了過氧化氫異丙苯（CHP）法環(huán)氧丙烷 綠色生產(chǎn)工藝，它以含鈦介孔 HMS 分子篩為催化 劑、以 CHP 為氧化劑，其中異丙苯可循環(huán)利用，有 效解決了環(huán)境污染問題。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理 研究所（簡稱中科院大連化物所）高爽等32開發(fā)了 以雙氧水為氧源、Q3PW4O16類磷鎢雜多酸鹽為反 應(yīng)控制相轉(zhuǎn)移催化劑的綠色反應(yīng)工藝，該催化劑可 循環(huán)使用，雙氧水反應(yīng)后生成水，無污染，目前已 完成中試。華東理工大學(xué)33成功開發(fā)了以雙氧水為 氧化劑、TS-1 鈦硅分子篩為催化劑的環(huán)境友好 HPPO 工藝技術(shù)，現(xiàn)已完成千噸級(jí)工業(yè)試驗(yàn)。中國 石化石油化工科學(xué)研究院34成功開發(fā)了 TS-1 分子 篩為催化劑的 HPPO 工藝，并完成了 10 萬噸/年規(guī) 模的工業(yè)試驗(yàn)。丁烷部分氧化可以實(shí)現(xiàn) 100%碳轉(zhuǎn) 化為馬來酸酐，是一種綠色反應(yīng)過程，其綠色化的 實(shí)現(xiàn)是基于循環(huán)流化床反應(yīng)器（圖 3） ，該反應(yīng)器可 以使得丁烷在提升管中與釩磷混合氧化物催化劑接 觸，發(fā)生部分氧化生成馬來酸酐；產(chǎn)品經(jīng)分離后， 被還原的催化劑在流化床中重新氧化再循環(huán)利用。 循環(huán)流化床反應(yīng)器的利用克服了傳統(tǒng)管式填料反應(yīng) 器中催化劑選擇性和活性低的缺點(diǎn)，從而達(dá)到綠色 化的要求35。 在重油加工及清潔油品方面，隨著國家對汽柴 油標(biāo)準(zhǔn)要求的提高， 清潔油品生產(chǎn)成為當(dāng)務(wù)之急。 由于異丁烷與 C4烯烴在酸性催化劑存在下合成的 烷基化油具有辛烷值高、抗爆性能好、不含烯烴和 芳烴、硫含量低以及蒸汽壓低等特點(diǎn)，是理想的汽 油調(diào)合組分。但傳統(tǒng)的液體酸烷基化技術(shù)存在產(chǎn)品 質(zhì)量低、酸耗高、廢酸再生和處理難等問題。徐春 明等36-37近年來開發(fā)了環(huán)保、高效的復(fù)合離子液體 催化劑Et3NH+AlCuCl5等，創(chuàng)新了異丁烷與丁烯 烷基化制汽油工藝， 并完成了 10 萬噸/年工業(yè)試驗(yàn)。 ABB Lummus Global 和 Akzo Nobel 等公司合作開 發(fā)了 Alkyclean 工藝，采用環(huán)境友好的固體酸沸石 催化劑， 該工藝已在芬蘭 Fortum 油氣公司的 Porvoo 煉油廠成功進(jìn)行了兩年的工業(yè)示范38。李大東 第 6 期 楊賀勤等：綠色化工技術(shù)研究新進(jìn)展 1579 圖 3 丁烷部分氧化循環(huán)流化床反應(yīng)器工藝示意圖35 等39采用渣油加氫處理（RHT）與渣油催化裂化 （RFCC）組合工藝，提出了 RHT-RFCC 雙向組合 技術(shù)（RICP） 。通過加工渣油生產(chǎn)清潔的車用燃料， 實(shí)現(xiàn)了“零廢渣”排放，并已成功工業(yè)應(yīng)用。 在費(fèi)托合成方面，通過多種過程的綠色化可實(shí) 現(xiàn)節(jié)能減排。傳統(tǒng)的煤制油路線有高溫?zé)崃呀?、?接液化、間接液化等，其中間接液化有費(fèi)托合成等 工藝。費(fèi)托合成已實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，但其能 耗高、CO2排放量大、整個(gè)工藝過程低效，尤其是 氣化過程，反應(yīng)器供熱耗能是反應(yīng)所需最小能量的 3 倍以上。為了降低費(fèi)托合成工藝的能耗，有學(xué)者 提出一種新路線40， 即煤和水氣化反應(yīng)生成 CO2和 H2，而不是傳統(tǒng)的 CO 和 H2，然后 CO2和 H2通過 水氣變換反應(yīng)生成CO 和 H2O，再制成液體燃料，即 3C+6H2O3CO2+6H22(CH2)+4H2O+ CO2，如圖 4 所示，其中 CO2氣化過程的能耗比以 往氣化工藝過程降低 20%；若考慮全流程，能耗降 低更多。此外，如果氫來自于核能、太陽能或風(fēng)能， 則整個(gè)費(fèi)托合成工藝的能耗將進(jìn)一步降低。李永旺 等41-44將理論計(jì)算、 過程工藝模擬和實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合， 研究了費(fèi)托合成反應(yīng)條件下鐵基催化劑物相和微觀 結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變過程，特別是預(yù)處理?xiàng)l件和關(guān)鍵助劑對 催化劑活性相結(jié)構(gòu)和表面結(jié)構(gòu)的調(diào)變作用，獲得了 對 CO 解離、甲烷生成、碳鏈增長關(guān)鍵科學(xué)問題的 新認(rèn)識(shí)，以此為基礎(chǔ)，開發(fā)出獨(dú)特的高溫漿態(tài)床費(fèi) 托合成（260280）催化劑及成套工藝技術(shù)，并 實(shí)現(xiàn) 10 萬噸/年工業(yè)應(yīng)用。該工藝有效平衡了全系 統(tǒng)的熱量，克服了低溫漿態(tài)床工藝的低品位蒸汽難 以高效利用的缺點(diǎn)，從而提升煤間接液化過程的整 體能量利用效率。王野等45-46通過構(gòu)建催化裂解和 異構(gòu)化雙功能催化劑，突破了產(chǎn)物 ASF 分布限, 提高了汽、柴油產(chǎn)品的選擇性，解決了費(fèi)托合成過 圖 4 基于 CO2利用和可再生氫的煤制油綠色費(fèi)托合成新路線及其能耗分析40 化 工 進(jìn) 展 2016 年第 35 卷 1580 程的另一難點(diǎn)產(chǎn)物選擇性的調(diào)控。 在合成氣制含氧化合物方面，合成氣制乙二醇 是具有原子經(jīng)濟(jì)性的綠色反應(yīng)路線，近年來國內(nèi)在 這方面的技術(shù)開發(fā)進(jìn)展較快，中國科學(xué)院福建物理 結(jié)構(gòu)研究所47-48開發(fā)了負(fù)載型 Cu-Cr 等催化劑和氣 相催化合成草酸酯連續(xù)工藝，先后完成了“CO 氣相 催化合成草酸酯和草酸酯加氫制乙二醇”的 300t 級(jí)中試裝置和萬噸級(jí)示范裝置試驗(yàn)，并已在內(nèi)蒙古 通遼等建成工業(yè)化裝置49。中國石化上海石油化工 研究院50開發(fā)了 CO 偶聯(lián)制草酸二甲酯的催化劑和 加氫催化劑，并通過偶聯(lián)反應(yīng)工藝、NO 氧化酯化 工藝及其匹配性的研究，形成了合成氣制乙二醇成 套技術(shù)， 建成 1000 噸/年合成氣制乙二醇中試裝置， 近年建成了 20 萬噸/年工業(yè)裝置。 在天然氣化工利用方面，直接轉(zhuǎn)化是實(shí)現(xiàn)過程 綠色的新方向。 目前工業(yè)上主要采用間接法進(jìn)行： 即首先在高溫條件下天然氣中的甲烷分子與氧氣、 CO2或水蒸氣重整反應(yīng)得到合成氣；隨后，或采用 費(fèi)托（F-T 合成）方法，在特定的催化劑上將合成 氣轉(zhuǎn)化為高碳的烴類分子； 或先由合成氣制備甲醇， 再經(jīng)微孔分子篩催化劑脫水，生產(chǎn)烯烴和其他化學(xué) 品，這類傳統(tǒng)的甲烷間接法轉(zhuǎn)化路線較長、投資和 消耗高、總碳的利用率低、CO2排放量大。而甲烷 直接轉(zhuǎn)化技術(shù)路線短、能效高、過程低碳，是未來 的發(fā)展方向，其難點(diǎn)是甲烷的選擇活化和定向轉(zhuǎn)化 以及催化劑積炭失活等，它是一個(gè)世界性難題，長 期以來一直是國內(nèi)外科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。最近，包 信和等51在甲烷高效直接轉(zhuǎn)化研究上取得了重大 突破，制備了單中心低價(jià)鐵原子鑲嵌在氧化硅或碳 化硅晶格的催化劑，高溫下甲烷分子經(jīng)自由基偶聯(lián) 反應(yīng)直接生成乙烯和其他高碳芳烴分子（如苯和萘 等） ，產(chǎn)物的碳原子利用效率接近 100%。這預(yù)示著 通過催化技術(shù)的革新，甲烷高效直接轉(zhuǎn)化是有希望 實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的。 2.2.2 高效反應(yīng)與分離設(shè)備 采用高效反應(yīng)或分離設(shè)備是實(shí)現(xiàn)過程節(jié)能、低 碳的重要手段。例如氯堿制備技術(shù)，通過離子膜法 生產(chǎn)技術(shù)取代隔膜法制備氯堿，能夠降低電耗。如 果我國的 100 萬噸隔膜法制堿改造為離子膜法制 堿，綜合能耗可節(jié)約標(biāo)煤 412 萬噸。還有燒堿中的 整流技術(shù)，液體燒堿蒸發(fā)技術(shù)用三效逆流改造為三 效順流，可更充分合理地利用加熱蒸汽的熱量，生 產(chǎn) 1t 燒堿可節(jié)省蒸汽 1t。 裂解爐的燃料消耗約占乙 烯綜合能耗的 85%90%。 利用乙烯裝置富裕低壓蒸 汽、中壓凝液、急冷水、鍋爐排污等余熱，預(yù)熱裂 解爐的燃燒空氣，可提高燃燒空氣的溫度，以降低 燃料消耗52。 中國石化齊魯石化公司的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表 明，加裝空氣預(yù)熱器后，1 臺(tái)裂解爐減少燃料消 耗近 100kg/h，全所可降低燃料消耗（標(biāo)油）1 萬 余噸工業(yè)上分離對二甲苯（PX）的主要方法有結(jié) 晶分離法和吸附分離法兩種，由于結(jié)晶分離能耗 低、產(chǎn)品純度高、生產(chǎn)設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn)而被應(yīng)用 于工業(yè)生產(chǎn)53-54；隨著膜分離技術(shù)的發(fā)展，研究 人員開發(fā)出具有選擇滲透性能的 MFI 型沸石分離 膜，并用于二甲苯分離過程55，具有低能耗、低 污染等優(yōu)點(diǎn)。 膜分離與反應(yīng)耦合技術(shù)近年來發(fā)展很快，已在 化工領(lǐng)域得到了應(yīng)用。近年來，徐南平等56開發(fā)出 用沉淀反應(yīng)與無機(jī)膜分離耦合的鹽水精制新技術(shù)， 解決了傳統(tǒng)鹽水精制工藝存在工藝流程長、生產(chǎn)不 穩(wěn)定等問題。另外，他們還將反應(yīng)-膜分離耦合技術(shù) 用于鈦硅分子篩催化環(huán)己酮氨肟化制環(huán)己酮肟的生 產(chǎn)，有效地解決了催化劑的循環(huán)利用問題，縮短了 工藝流程，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的連續(xù)化57。李衛(wèi)星 等58基于反應(yīng)-膜分離耦合技術(shù)開發(fā)出乳酸生產(chǎn)新 工藝，他們采用蒸汽滲透的形式將乳酸乙酯水解過 程中生成的乙醇及時(shí)移走， 促進(jìn)了反應(yīng)平衡移動(dòng)， 大大提高了轉(zhuǎn)化率。甲烷芳構(gòu)化是催化工作者長期 致力研究開發(fā)的一項(xiàng)世界性難題。早期研究主要集 中在開發(fā)高活性、高穩(wěn)定性的催化劑，其中具有脫 氫-酸催化雙功能特性的Mo/HZSM-5分子篩受到了 廣泛關(guān)注59。最近，江河清等60在透氧膜反應(yīng)器中 嘗試進(jìn)行了有氧甲烷芳構(gòu)化反應(yīng)。由于反應(yīng)器采用 了鈣鈦礦型透氧膜，使氧氣可以從空氣側(cè)轉(zhuǎn)移到透 氧膜另一側(cè)，并與甲烷芳構(gòu)化所生成的氫氣反應(yīng)產(chǎn) 生水，從而打破化學(xué)平衡，提高甲烷轉(zhuǎn)化率。此外， 通過使用該透氧膜，反應(yīng)器可以將氮?dú)獗Ａ粼诳諝?側(cè)，避免其進(jìn)入甲烷-芳烴體系中。研究還發(fā)現(xiàn)，由 于氧氣和水蒸氣的存在，顯著改善了催化劑 Mo/ZSM-5 的積炭失活問題，延長了催化劑的使用 壽命。在無氧芳構(gòu)化方面，金中豪等61制備了核殼 型 Mo/HZSM-5Silicalite-1 分子篩催化劑，其活性 中心鉬物種分布于分子篩微孔內(nèi)，而其核殼型結(jié)構(gòu) 不僅抑制了催化劑的積炭行為，還大大提高了反應(yīng) 對芳烴的選擇性。 超重力旋轉(zhuǎn)填充床反應(yīng)器技術(shù)可有效地解決微 觀分子混合和傳遞限制導(dǎo)致的反應(yīng)與分離過程效率 低下的問題。近年來，陳建峰等62將超重力技術(shù)成 第 6 期 楊賀勤等：綠色化工技術(shù)研究新進(jìn)展 1581 功應(yīng)用于（二苯基甲烷二異氰酸酯）MDI、次氯酸 以及納米碳酸鈣、納米藥物、丁基橡膠等化工和材 料領(lǐng)域產(chǎn)品的制備或生產(chǎn)中，有效解決了高能耗、 高污染、高物耗等問題。 磁穩(wěn)定床是磁流化床的特殊形式，兼有固定床 和流化床的許多優(yōu)點(diǎn)63。慕旭宏等64-65以鎳系非晶 態(tài)合金催化劑和鐵粉混合顆粒為固相，將氣液固三 相磁穩(wěn)定床用于重整輕餾分油加氫生產(chǎn)新配方汽油 組分及重整油烯烴選擇性加氫過程；此外，他們還 實(shí)現(xiàn)了磁穩(wěn)定床應(yīng)用于己內(nèi)酰胺加氫精制過程，取 得了突破性進(jìn)展。 微化工系統(tǒng)是通過精密加工制造出的帶有通 道、篩孔及溝槽等微結(jié)構(gòu)的反應(yīng)、混合、換熱、分 離裝置，它可促成微米尺度分散的單相或多相體系 的強(qiáng)化反應(yīng)和分離過程66。清華大學(xué)駱廣生等67 開發(fā)的微分散設(shè)備內(nèi)制備納米碳酸鈣技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工 業(yè)化應(yīng)用，達(dá)到了萬噸級(jí)的年生產(chǎn)規(guī)模。中科院大 連化物所7,68開發(fā)了集混合、反應(yīng)、換熱于一體的 年處理能力達(dá) 8 萬噸的微化工系統(tǒng)，已用于磷酸二 氫銨工業(yè)生產(chǎn)。 此外，光催化、微波、等離子體等反應(yīng)技術(shù)目 前也是綠色化工技術(shù)的前沿?zé)狳c(diǎn)。例如，甲烷部 分氧化制甲醇過程大多在高溫、高壓條件下進(jìn)行， 且甲醇的選擇性較低，采用光催化氧化法將甲烷直 接轉(zhuǎn)化為甲醇，該過程不需要氧氣，避免了深度氧 化，并且有效利用豐富廉價(jià)的水和太陽能資源，這 將是研究甲烷合成甲醇的重要方向之一69-72。 HUANG 等73研究了在微波等離子體反應(yīng)器中用氧 部分氧化甲烷制甲醇的工藝，結(jié)果表明控制自由基 反應(yīng)進(jìn)行的程度是在等離子體反應(yīng)器中選擇性轉(zhuǎn)化 甲烷的關(guān)鍵，并設(shè)計(jì)了不同的反應(yīng)器控制自由基的 反應(yīng)。INDARTO 等74在微波等離子體反應(yīng)器中， 以 Cu-Zn-Al 為催化劑，研究了添加 He 時(shí) CH4和 O2直接合成甲醇的反應(yīng)， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)， Cu-Zn-Al 催化 劑在等離子體系統(tǒng)中具有良好的定向合成甲醇的催 化性能，甲醇的選擇性可達(dá) 27.4%。CHEN 等75-76 研究并構(gòu)建了應(yīng)用于甲烷直接轉(zhuǎn)化合成甲醇的一段 式和兩段式兩種等離子體催化體系，然后設(shè)計(jì)制備 了適用于每種體系的催化劑，通過比較兩種體系的 反應(yīng)效率和穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)催化劑在兩段式體系中的 穩(wěn)定性大大高于一段式體系。 2.2.3 綠色溶劑 傳統(tǒng)化學(xué)化工過程使用大量有毒有害的揮發(fā)性 溶劑，造成了嚴(yán)重的污染和浪費(fèi)。綠色溶劑的有效 利用不僅可減少環(huán)境污染，同時(shí)利用其特性還可以 優(yōu)化和強(qiáng)化許多化學(xué)化工過程，減少能源和資源消 耗，并且可以實(shí)現(xiàn)一些傳統(tǒng)條件下難以實(shí)現(xiàn)或無法 進(jìn)行的化學(xué)過程。因此，為了從源頭上消除污染和 安全隱患、節(jié)省資源，很多學(xué)者在以 CO2、H2O 和 離子液體為代表的綠色溶劑替代有害溶劑的性質(zhì)研 究和有效利用方面開展了大量工作。韓布興等對超 臨界流體、離子液體等綠色溶劑體系進(jìn)行了深入系 統(tǒng)的研究， 實(shí)現(xiàn)了超臨界水中生物質(zhì)的加氫24,77-78、 氧化79-80以及脫水81-82等生物質(zhì)化合物的轉(zhuǎn)化，反 應(yīng)如圖 5 所示。與傳統(tǒng)的溶劑相比，超(近)臨界水 中的反應(yīng)選擇性高且?guī)缀醪划a(chǎn)生污染。此外，該課 題組以離子液體為介質(zhì)和催化劑，促進(jìn)了多種清潔 高效化學(xué)反應(yīng)83。例如 2-唑啉酮類化合物的合成 是以DBUHMIm離子液體為介質(zhì)和催化劑，通過 CO2和炔丙胺在溫和的條件下合成而得。該反應(yīng)效 率高，且反應(yīng)中的DBUHMIm離子液體不僅可以 回收，還可以重復(fù)利用，避免了金屬離子的應(yīng)用。 -亞甲基環(huán)狀碳酸酯可以由 CO2與炔醇在離子液體 1- 乙 基 -3- 甲 基 咪 唑 二 乙 基 磷 酸 酯 (EMIM(EtO)2PO2)的催化作用下制備，-亞甲基 環(huán)狀碳酸酯的產(chǎn)率為 97%。離子液體在反應(yīng)中起到 了溶劑和堿的雙重作用，且多次重復(fù)利用活性僅略 有下降84。 2.2.4 低溫均相催化 相較于多相催化而言，均相催化具有反應(yīng)條件 圖 5 超臨界水中生物質(zhì)的氧化80 化 工 進(jìn) 展 2016 年第 35 卷 1582 溫和（溫度、壓力均較低） 、副反應(yīng)少、易于控制等 優(yōu)點(diǎn)，因此低溫均相催化是實(shí)現(xiàn)化工過程低能耗的 重要途徑。 烯烴是重要的合成原料和中間體，由烷烴脫氫 制烯烴是重要的多相工業(yè)催化過程，但生產(chǎn)過程中 條件苛刻、能量消耗大、產(chǎn)品選擇性差。均相烷烴 脫氫催化劑的開發(fā)為烷烴脫氫制烯烴工藝的綠色化 提供了新機(jī)遇85。 黃正等86在設(shè)計(jì)和合成用于有機(jī) 轉(zhuǎn)化的金屬催化劑方面進(jìn)行了深入研究，開發(fā)了用 于烷烴和雜環(huán)化合物脫氫的均相銥催化劑，反應(yīng)如 圖 6 所示。與傳統(tǒng)脫氫催化劑相比，該均相催化劑 不但反應(yīng)條件溫和，而且具有較高的脫氫活性和動(dòng) 力學(xué)選擇性。 CO2加氫制甲醇是 CO2資源化利用的重要課題 之一。由于 CO2的惰性，原有采用多相催化劑的催 化氫化過程通常需要在苛刻的壓力（50100atm） 和較高的溫度（250300）條件下進(jìn)行。丁奎嶺 等87采用金屬有機(jī)均相催化方法， 先將 CO2與環(huán)氧 乙烷作用能夠較容易地得到碳酸乙烯酯，然后以 PNP Ru() 螯合型的釕配合物為均相催化劑， 在低 于 140和 50atm 下將碳酸乙烯酯還原獲得甲醇和 乙二醇87， 實(shí)現(xiàn)了在溫和條件下從 CO2到甲醇的間 接化學(xué)轉(zhuǎn)化（圖 7） 。最近，他們還以 pincer 型釕絡(luò) 合物為催化劑，成功開發(fā)了以 CO2、氫氣與有機(jī)伯 胺或者仲胺為原料，高效合成甲酰胺類化合物的方 法88。該方法具有反應(yīng)條件較溫和、催化效率高、 選擇性好以及底物適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。 尤其是在 N， N-二甲基甲酰胺（DMF）的合成中，催化劑可經(jīng) 12 次循環(huán)使用，其催化活性仍基本保持不變，顯示了 該催化體系優(yōu)異的催化性能及良好的應(yīng)用前景。 2.3 綠色制氫 氫是典型的綠色化工產(chǎn)品。氫能作為一種具有 發(fā)展前途的清潔能源89，通過化石資源、生物質(zhì)和 水等制氫原料碳?xì)滏I或氫氧鍵的化學(xué)鍵斷裂反應(yīng)制 ?。▓D 8）90。然而烴類重整制氫和煤氣化制氫等 有氧工藝是典型的高排放過程，且無法滿足氫能體 系對高純?nèi)剂嫌脷涞闹苯又苽湟?。相對于有氧?藝，高溫裂解和脫氫芳構(gòu)化等無氧工藝通過提高甲 烷碳?xì)滏I斷裂后含碳產(chǎn)物的不飽和度，能將甲烷轉(zhuǎn) 化為具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的碳單質(zhì)或芳烴產(chǎn)物，是原子經(jīng) 濟(jì)性的集中體現(xiàn)， 且高度綠色化的轉(zhuǎn)化過程符合 “低 碳制氫”要求61。此外，傳統(tǒng)工藝的反應(yīng)耦合與過 程強(qiáng)化也可以有效促進(jìn) “碳化學(xué)循環(huán)” ， 提高制氫過 程的綠色化程度。近年來，化學(xué)鏈重整（簡寫為 CLR）制氫過程備受關(guān)注，該工藝主要是由氧化反 應(yīng)器和還原反應(yīng)器組成（圖 9） ，在一定的溫度下， 氧載體首先在氧化反應(yīng)器中與水進(jìn)行氧化反應(yīng)，分 離出 H2，攜氧的氧載體進(jìn)入還原反應(yīng)器內(nèi)，釋放出 氧物種與燃料進(jìn)行還原反應(yīng)，氧載體中金屬氧化物 被還原為低價(jià)態(tài)，再進(jìn)入到氧化反應(yīng)器循環(huán)使 用91。化學(xué)鏈重整制氫技術(shù)反應(yīng)體系簡單，過程容 易控制，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。 水資源是地球上最為豐富的含氫物質(zhì)，其氫氧 鍵斷裂分解后只生成氫氣和氧氣，是生產(chǎn)高純氫氣 的理想原料。通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為碳水化 合物的生物質(zhì)，作為熱解或氣化反應(yīng)的制氫原料， 具有 CO2中性體特性與可再生性92。 從制氫原料的 角度來看， 大力開發(fā)水資源與生物質(zhì)資源制氫工藝， 替代低氫碳比的化石資源是促進(jìn)制氫工藝低碳、可 持續(xù)的理想方法。此外，通過光催化分解水將太陽 圖 6 采用銥金屬有機(jī)均相催化劑實(shí)現(xiàn)烷烴脫氫制烯烴87 圖 7 采用釕金屬有機(jī)均相催化劑間接實(shí)現(xiàn) CO2加氫制甲醇87 第 6 期 楊賀勤等：綠色化工技術(shù)研究新進(jìn)展 1583 圖 8 氫能的制備工藝90 圖 9 化學(xué)鏈重整制氫技術(shù)91 能直接儲(chǔ)存于氫氣是一條長遠(yuǎn)的技術(shù)路線， 然而， 目前光能轉(zhuǎn)化效率依然較低，需深入研究光催化過 程中的光生載流子分離、傳輸與反應(yīng)等產(chǎn)氫機(jī)理， 發(fā)展高效的、可見光響應(yīng)的光催化新材料是取得突 破的關(guān)鍵93-94。 2.4 CO2利用技術(shù) 低碳減排是綠色化工的核心內(nèi)容之一，其中 CO2的資源化利用是實(shí)現(xiàn)其減排的首要途徑。 目前， 研究者主要開展了 CO2作為“合成砌塊” ，用于制 備烴類、甲醇、甲酸、醛、醚、酯、丙烯酸、水楊 酸等一系列有機(jī)化學(xué)品及高附加值精細(xì)產(chǎn)品。 在 CO2與甲烷重整制合成氣技術(shù)方面，目前國 內(nèi)外均處于中試研究階段。中國石油大學(xué)(華東)開 發(fā)的介孔納米二氧化鋯作為載體的金屬負(fù)載催化 劑，具有優(yōu)良催化活性和穩(wěn)定性，已完成中試。中 國科學(xué)院上海中科高等研究院95和中國石化上海 石油化工研究院96也正在開展此項(xiàng)技術(shù)研究，催化 劑壽命超過 1000h。 CO2加氫合成甲醇及甲酸也是一條很有意義的 有機(jī)合成路線。 由于它能與氫氣互溶， 在超臨界 CO2 流體中，CO2生成甲酸的氫化反應(yīng)具有很高的反應(yīng) 效率。雖然上述研究為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn) CO2的高效轉(zhuǎn)化 利用提供了一定基礎(chǔ)，但是，由于 CO2具有很高的 標(biāo)準(zhǔn)生成熱，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，要實(shí)現(xiàn)其在溫和條件 下的化學(xué)轉(zhuǎn)化極具挑戰(zhàn)性，其關(guān)鍵在于 CO2分子的 活化。這就需要將 CO2的轉(zhuǎn)化與材料科學(xué)、催化理 論以及過程工程科學(xué)有機(jī)結(jié)合，探索制備高性能催 化劑及其工業(yè)化應(yīng)用技術(shù)。 從長遠(yuǎn)看，CO2光催化轉(zhuǎn)化是從根本上消除 CO2的理想途徑之一。自然界中，植物可利用太陽 能將 CO2和水轉(zhuǎn)化為葡萄糖。而科學(xué)家們利用新型 的太陽能光(電)或光熱催化途徑，可將 CO2轉(zhuǎn)化為 一氧化碳、甲烷、甲醇、甲酸和甲醛等燃料或化學(xué) 品，但主要問題是太陽能的轉(zhuǎn)換效率不高。李燦 等97在 CO2的光熱、 光電和光催化轉(zhuǎn)化方面做了大 量的基礎(chǔ)研究工作，取得了重要進(jìn)展，最近他們研 究發(fā)現(xiàn)，選用合適的助催化劑可大大降低還原所需 的過電位，提高光電化學(xué)轉(zhuǎn)化效率。 3 綠色化工技術(shù)展望 綠色化工技術(shù)是化學(xué)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種新 策略，綠色碳科學(xué)理念是其基礎(chǔ)，作為新興的前沿 學(xué)科， 必將成為 21 世紀(jì)化學(xué)工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主流之 一。對于未來綠色化工技術(shù)的發(fā)展，建議應(yīng)重視以 下幾個(gè)方面的研究開發(fā)。 （1）重視直接轉(zhuǎn)化技術(shù)，提高合成步驟的“原 子經(jīng)濟(jì)”性。 從綠色角度來看， 很多傳統(tǒng)有機(jī)合成需 要兩步，甚至三步反應(yīng)才能完成，將多步反應(yīng)改成 一步的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)化技術(shù)，是科學(xué) 工作者追求的永恒主題。例如環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)，傳 統(tǒng)上主要采用兩步反應(yīng)的氯醇法，開發(fā)鈦硅分子篩 后，可以實(shí)現(xiàn)催化氧化丙烯制環(huán)氧丙烷的原子經(jīng)濟(jì) 新方法。當(dāng)然，要用單一的反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)原子經(jīng)濟(jì)性 仍十分困難，甚至是不可能的，但可以充分利用相 關(guān)化學(xué)反應(yīng)的集成，即把一個(gè)反應(yīng)排出的廢物作為 另一個(gè)反應(yīng)的原料，從而實(shí)現(xiàn)封閉循環(huán)，實(shí)現(xiàn)化工 生產(chǎn)的零排放。 （2） 重視輸入端能量和過程中能量的管理， 開 發(fā)碳循環(huán)全過程中能量消耗最低技術(shù)。通過開發(fā)節(jié) 能減排的新型工藝和技術(shù)，替代能耗高、CO2排放 量大的傳統(tǒng)技術(shù)，合理利用太陽能、氫能和熱能， 減少過程中的碳排放。 （3）重視開發(fā)輸出端 CO2的集中轉(zhuǎn)化技術(shù)。 通過開發(fā)高效的催化材料，解決高效活化、定向轉(zhuǎn) 化 CO2等關(guān)鍵科學(xué)問題，促進(jìn)光催化以及電化學(xué)方 法等再生能源技術(shù)在 CO2反應(yīng)中的應(yīng)用，以追求系 統(tǒng)排放的 CO2最小。 總之，針對化學(xué)工業(yè)的新發(fā)展、新要求、新挑 戰(zhàn)，需要大力發(fā)展原子經(jīng)濟(jì)性高、綜合能耗低、全 化 工 進(jìn) 展 2016 年第 35 卷 1584 生命周期低碳的綠色化工技術(shù)。應(yīng)該相信，隨著我 國化工科技水平的持續(xù)提高，綠色、高效的化學(xué)工 藝技術(shù)將逐漸實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，綠色化工技術(shù)的進(jìn)步 將為我國能源化工的可持續(xù)發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)起到 至關(guān)重要的作用。 參 考 文 獻(xiàn) 1 FUJII H. 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