綠色化學化工概論課件_第1頁
綠色化學化工概論課件_第2頁
綠色化學化工概論課件_第3頁
綠色化學化工概論課件_第4頁
綠色化學化工概論課件_第5頁
已閱讀5頁,還剩38頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權,請進行舉報或認領

文檔簡介

§12.1綠色化學的基本概念§12.2綠色化學工藝的途徑和手段§12.3綠色化工過程實例第十二章綠色化學化工概論背景當代全球十大環(huán)境問題是:大氣污染臭氧層破壞全球變暖海洋污染淡水資源緊張和污染土地退化和沙漠化森林銳減生物多樣性減少環(huán)境公害有毒化學品和危險廢物其中至少有7個直接與化學和化工產(chǎn)品等化學物質(zhì)污染有關!環(huán)境治理的歷史回顧★20世紀40~50年代——稀釋廢物★20世紀60~70年代——廢物后處理★20世紀90年代——從源頭消除污染源綠色化學(GreenChemistry)——環(huán)境無害化學——環(huán)境友好化學——清潔化學★從源頭消除污染的途徑★新設計化學合成方法和化工產(chǎn)品來根除污染源12.1綠色化學的基本概念各國政府推動綠色化學的措施★美國1990年美國頒布了《污染防治條例》,將污染的防治定為國策1996年設定“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”★日本制訂“21世紀重建綠色地球”的新陽光計劃,設立“為地球創(chuàng)新技術的研究院”★歐盟各國德國1991年制訂“為環(huán)境而研究的計劃”英國2000年設立“JerwoodSalters環(huán)境獎”荷蘭制訂“清潔生產(chǎn)手冊”★中國◆1995年中國科學院化學部組織了《綠色化學與技術——推進化工生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的途徑》?!?997年國家自然科學基金委“九五”重大項目:環(huán)境友好石油化工催化化學與反應工程◆1997年5月,香山科學會議第72次學術研討會:可持續(xù)發(fā)展問題對科學的挑戰(zhàn)——綠色化學◆1998年合肥第一屆國際綠色化學高級研討會◆1999年北京第16次九華山科學論壇“綠色化學的基本科學問題”◆2000年科技部《國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃項目》立項——石油煉制和基本有機化學品合成的綠色化學綠色化學的12條原則1.防止廢物的產(chǎn)生而不是產(chǎn)生后再來處理;2.合成方法應設計成能將所有的起始物質(zhì)嵌入到最終產(chǎn)物中;3.只要可能,反應中使用和生成的物質(zhì)應對人類健康和環(huán)境無毒或毒性很??;4.設計的化學產(chǎn)品應在保護原有功效的同時盡量使其無毒或毒性很?。?.盡量不使用輔助性物質(zhì)(如溶劑、分離試劑等),如果一定要用,也應使用無毒物質(zhì);6.能量消耗越小越好,應能為環(huán)境和經(jīng)濟方面的考慮所接受;綠色化學的12條原則7.只要技術上和經(jīng)濟上可行,使用的原材料應是能再生的;8.應盡量避免不必要的衍生過程(如基團的保護,物理與化學過程的臨時性修改等);9.盡量使用選擇性高的催化劑,而不是提高反應物的配料比;10.設計化學產(chǎn)品時,應考慮當該物質(zhì)完成自己的功能后,不再滯留于環(huán)境中,而可降解為無毒的產(chǎn)品;11.分析方法也需要進一步研究開發(fā),使之能做到實時、現(xiàn)場監(jiān)控,以防有害物質(zhì)的形成;12.化學過程中使用的物質(zhì)或物質(zhì)的形態(tài),應考慮盡量減少實驗事故的潛在危險,如氣體釋放、爆炸和著火等。BarryTrost:原子經(jīng)濟性(AtomEconomy)概念反應物中原子有多少轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)物。A+BC+DA+BC+產(chǎn)物廢物或副產(chǎn)物廢物為零原子經(jīng)濟性甲基丙烯酸甲酯的生產(chǎn)工藝傳統(tǒng)工藝綠色工藝47%原子經(jīng)濟性100%原子經(jīng)濟性投資、成本低工業(yè)部門每噸產(chǎn)品排放的廢物(噸/噸)煉油~0.1大宗化學品1~5精細化工5~20制藥25~100不同工業(yè)部門生產(chǎn)中的廢物排放量制藥、精細化工——更需開發(fā)原子經(jīng)濟反應綠色化學工藝的主要內(nèi)容原料綠色化:無毒無害原料可再生資源產(chǎn)品綠色化:安全可降解過程綠色化:原子經(jīng)濟性反應綠色催化劑綠色溶劑過程強化—外場強化—流程集約化—裝備微型化綠色化學工藝利用可再生資源生產(chǎn)大宗有機化工產(chǎn)品方興未艾?以植物為主的生物質(zhì)資源是一個可再生的巨大資源寶庫,利用可再生資源可以消除污染,用之不竭,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。?開發(fā)生物催化技術是關鍵。12.2綠色化學工藝的途徑和手段1.原料綠色化國外生物技術生產(chǎn)大宗化工產(chǎn)品已取得突破?DuPont和GenecorInternational等合作建成由玉米生產(chǎn)1,3―丙二醇(PDO)裝置,成本比化學法低15%。?Cargill―DOW公司正在建設一個14萬t/a的聚乳酸工廠,用于生產(chǎn)塑料、纖維。從生物質(zhì)原料所制產(chǎn)品的目標產(chǎn)品種類生物質(zhì)原料產(chǎn)品所占比例/%當前2020年2090年液體燃料1~21050有機化學品102590美國國家研究委員會(NationalResearchCouncil)開發(fā)新一代苯與烯烴烷基化無毒無害固體酸催化劑工藝傳統(tǒng)工藝綠色工藝乙烯與苯烷基化AlCl3ZSM-5氣相法USY、?液相法丙烯與苯烷基化AlCl3?、MCM-22液相法長鏈烯烴與苯烷基化HF固體酸-固定床2.過程綠色化(1)綠色催化劑開發(fā)新一代芳烴烷基化固體酸催化劑?分子篩固體酸催化劑環(huán)境友好,但是:酸強度低,分布不均,酸中心少;因而反應溫度和壓力高,產(chǎn)品雜質(zhì)增多。?為克服上述缺點,下一代固體酸催化劑雜多酸、包裹型液體酸、Nafion/SiO2復合材料、納米分子篩復合材料、離子液體等。?揮發(fā)性有機溶劑有廣泛用途–涂料和油漆的溶劑–泡沫塑料的發(fā)泡劑–微電子器件等的精密清洗–服裝干洗的清洗劑–化工生產(chǎn)過程中作為溶劑?揮發(fā)性有機溶劑對環(huán)境的危害-形成光化學煙霧-引起和加劇多種呼吸系統(tǒng)疾病,增加癌癥發(fā)病率-導致谷物減產(chǎn)、橡膠硬化等,每年造成大量損失-二氟二氯甲烷等破壞地球大氣中的臭氧層2.過程綠色化(2)綠色溶劑超臨界流體?物質(zhì)的溫度和壓力處于其臨界值以上的一種特殊狀態(tài)的液體,處于氣液不分的混沌狀態(tài)。?具有液體的高密度、強溶解性;?具有氣體的低粘度、高擴散性。超臨界二氧化碳溶劑的優(yōu)點?二氧化碳在常溫下是氣體,無色、無味、不燃燒、化學性質(zhì)穩(wěn)定。?容易實現(xiàn)超臨界狀態(tài)(31.06℃7.39MPa)?來源豐富,價格低廉。?超臨界二氧化碳可很好地溶解一般有機化合物。超臨界二氧化碳代替有毒、有害溶劑正在推廣應用用超臨界二氧化碳代替揮發(fā)性有機溶劑的應用?替代機械、電子、醫(yī)藥和干洗等行業(yè)中普遍采用的揮發(fā)性有機清洗劑。?代替氟氯烴作泡沫塑料的發(fā)泡劑。?超臨界CO2為溶劑,生產(chǎn)氟化物單體和聚合物。?萃取分離超臨界二氧化碳代替有毒、有害溶劑的發(fā)展利用我國合成氨廠、煉油廠中制氫裝置大量排放的CO2,開發(fā)(或引進)超臨界CO2技術在房屋裝修、泡沫塑料生產(chǎn)、服裝干洗等中應用,形成新興產(chǎn)業(yè)。2.過程綠色化(3)過程強化1995年第一次化工過程強化國際會議上提出:強調(diào)生產(chǎn)能力不變,運用新技術和設備,極大地減小設備體積或者提高生產(chǎn)能力,顯著提高能量利用,減少廢棄物的排放。微反應技術—反應器的微型化日寶(Nippoh)首創(chuàng)微型反應器連續(xù)生產(chǎn)精化品2006年11月建成投產(chǎn)1000噸/年鄰醋酸三甲酯反應器體積小,可置于桌上運行;反應時間200s(大反應器30小時)微型反應器特點:具有非常大的表面積與體積之比良好的傳熱劇烈的放熱反應安全、高產(chǎn)率的進行TNT生產(chǎn)傳統(tǒng)反應器:帶冷卻夾套的攪拌釜式反應器,由于設備換熱面積小,加料速度慢,反應時間長。例如,年產(chǎn)15噸TNT,反應釜體積為13m3,每次反應時間18h。微型反應器:Sulzer公司設計,反應器體積200ml,反應時間0.25s,年生產(chǎn)能力提高2.2倍,同時反應時間縮短,基本消除了副反應的發(fā)生,減少了環(huán)境污染。微反應技術—反應器的微型化集成技術(耦合強化技術)反應-分離反應-精餾反應-吸附反應-結晶生產(chǎn)超清潔生物柴油生物柴油的特點–減少汽車尾氣中SOx和顆粒物排放。–整個過程少排放CO2,減少溫室效應。–本身無毒、無害,能自行分解回歸自然。–具有一定的潤滑性,從而延長機動車的壽命。–燃燒熱值稍低,傾點較高,影響低溫啟動。3.產(chǎn)品綠色化生物柴油的制造植物油與甲醇(乙醇)酯交換制得棉籽油、棕櫚油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻等。酯交換法主要包括均相催化法、非均相催化法、生物催化法和超臨界法。生物柴油在國外已經(jīng)銷售使用目前歐共體年產(chǎn)生物柴油70萬噸,2003年規(guī)劃達到230萬噸,2010年達到830萬噸。德國生物柴油的年產(chǎn)量已達40萬噸,已有700多個加油站銷售生物柴油。法國許多石油柴油中已調(diào)配有生物柴油,哥本哈根、里斯本等歐洲城市的公共汽車已經(jīng)使用生物柴油美國30萬噸/年,日本40萬噸/年生物柴油生產(chǎn)能力.我國發(fā)展生物柴油的關鍵問題是植物油成本高,難與石油柴油競爭。廢塑料、纖維等材料的回收,走上“閉路循環(huán)”之路?“閉路循環(huán)”回收的實例:從尼龍地毯中回收己內(nèi)酰胺–DuPont公司舊地毯送回工廠,從底層除去地毯纖維,碾碎成尼龍細絨,再混合成型利用.–AlliedSignal和DSM公司,化學反應除去聚丙烯和襯里、填充物,再回收己內(nèi)酰胺從聚酯廢料回收原料—對苯二甲酸和乙二醇?采用糖化法,正建一套廢聚酯瓶回收對苯二甲酸和乙二醇的工廠,規(guī)模1萬噸/年。從廢泡沫塑料回收原料—苯乙烯?采用高溫高壓熔融裂解工藝,已建一套廢泡沫塑料回收苯乙烯的工廠,規(guī)模1000噸/年。?H2O2因本身無毒,且使用時僅產(chǎn)生氧和水,對環(huán)境無污染,被視作綠色化工產(chǎn)品。?目前我國過程強化技術水平較低,特別是裝置大型化。國外最大單套裝置為70萬噸/年,我國僅20萬噸/年。?H2和O2直接合成H2O2,該技術在國外已取得很大進展,我國正在開展這方面的工作。12.3綠色化工過程實例12.3.1H2和O2直接合成H2O2新工藝反應原理H2O2(l)H2O(l)+1/2O2ΔGθ(298K)=-116.8kJ/molH2O2(l)+H22H2O(l)H2+O2H2O2(l)ΔGθ(298K)=-120.4kJ/molH2+1/2O2H2O(l)ΔGθ(298K)=-237.2kJ/molΔGθ(298K)=-354.0kJ/mol?目前,該方法的主要問題是產(chǎn)品濃度低,生成H2O2選擇性不高,反應速率較低。?高性能催化劑的開發(fā)是該法實現(xiàn)工業(yè)化的前提和關鍵。工業(yè)化關鍵問題2CH3CHCH2

2HOClCH3CHCH2OHCl+ClOHCH3CHCH2++CH3CHCH2OHClClOHCH3CHCH2+Ca(OH)2CH3CHCH22O++CaCl22H2OH2O2CH3CHCH2H2OCH3CHCH2OTS-1次氯酸石灰廢渣污水傳統(tǒng)工藝—氯醇法:原子經(jīng)濟性=31%綠色工藝—鈦硅分子篩催化:原子經(jīng)濟性=76%1-氯丙醇2-氯丙醇12.3.2環(huán)氧丙烷的綠色生產(chǎn)工藝丙烯環(huán)氧化生產(chǎn)環(huán)氧丙烷?國外以過氧化氫和丙烯直接合成環(huán)氧丙烷技術也已成熟,正在建工業(yè)裝置。?目前我國正在積極研發(fā)。例如集成工藝蒽醌制備H2O2,其反應方程式為:蒽醌法與環(huán)氧化集成工藝氫蒽醌(AQH2)蒽醌(AQ)蒽醌法與環(huán)氧化集成工藝特點:將兩個氧化階段集成,即氫蒽醌的氧化和H2O2氧化丙烯置于同一反應器。O2AQH2氧化C3H6環(huán)氧化精餾PO甲醇AQ氫化H2精餾CH3OH重組分萃取

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論