面向循環經濟的ODS替代品生產技術創新

郭 荔 沈煜鋼 趙 翀 王進純

（1.中化藍天研發中心ODS替代品研究所，浙江 杭州 310023；2.中化藍天ODS替代品事業部，浙江 杭州 310023）

0 前言

我國是氟資源大國，隨著含氟物種性能特點為人們認識，含氟物種運用領域快速拓展，這將推動氟化工行業的飛速發展。與此同時人們環保意識的加強，氟化工行業走循環經濟發展模式是必由之路。

1 循環經濟

科技進步提升了人們的生活質量，而發展與環境、資源的矛盾卻日益突顯：資源過度消耗、環境污染和生態破壞，成為人類生存和發展的威脅。循環經濟作為一種與環境和諧發展的經濟發展模式，成為當前研究的熱點，而技術創新是實現循環經濟的技術基礎，為其提供技術支撐。

循環經濟倡導的是一種與環境和諧的經濟發展模式。它要求把經濟活動組織成一個"資源-產品-再生資源"的反饋式流程，其特征是低開采、高利用、低排放。循環經濟帶來了新的系統觀、新的經濟觀、新的價值觀、新的生產觀和新的消費觀。

2008年8月29日全國人大常委會通過了《中華人民共和國循環經濟促進法》，該法自2009年1月1日起正式施行。該法的通過和實施體現了我國政府對循環經濟的重視及大國的責任。該法的主要內容就是"減量化、再利用、資源化"，這也是循環經濟的本質特征。

基于循環經濟的新生產觀，就是要從循環意義上發展經濟，用清潔生產、環保要求從事生產。它的生產觀念是要充分考慮自然生態系統的承載能力，盡可能地節約自然資源，不斷提高自然資源的利用效率。并且是從生產的源頭和全過程充分利用資源，使每個企業在生產過程中少投入、少排放、高利用，達到廢物最小化、資源化、無害化。

2 ODS替代品的發展

大氣臭氧層的保護是當今世界環境保護的重大課題之一，我國于1989年和1991年分別簽署了《保護臭氧層維也納公約》和《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》（倫敦修正案），并于1991年成立國家保護臭氧層領導小組，編制了《中國逐步淘汰消耗臭氧層物質國家方案》，并得到國務院批準。

ODS替代品就是消耗臭氧層物質（ODS）的替代物質，其出現的本身就是為了保護臭氧層，保護人類共有的地球，是出于生態經濟的需求而發展起來的。它的生產過程與其它化工生產一樣，要從循環意義上發展，用清潔、環保要求生產。

ODS替代品的開發最初是以氫氟氯烴（HCFCs）系列為主，這些物質相對于CFCs的消耗臭氧潛能（ODP）值有較大降低；而氫氟烴（HFCs）系列的單一工質或HFCs為基礎的混合工質，其消耗臭氧潛能值（ODP）為0，全球變暖潛能值（GWP）低，成為目前主流替代物。七氟丙烷（HFC-227ea）和五氟乙烷（HFC-125）是符合ODS替代品要求的物質，兩者物性如表1。

表1 七氟丙烷和五氟乙烷的物性

HFC-227ea已作為潔凈的氣體滅火劑成為哈龍1301的替代產品。它具有無色、無味，滅火后無固、液相殘留物，不導電、不擊穿電子電器設備等良好的性質，液相儲存具有良好的穩定性，應用于全淹沒系統，滅火以冷卻、降低氧濃度和化學抑制作用為原理，滅火效果好；被美國環境保護署推薦，得到美國NFPA 2001及ISO的認可。

HFC-125是環保型混合制冷劑的重要組分，廣泛應用于R402A、R404A、R410A、R407C和R507，它們主要是替代R502和HCFC-22，其市場前景廣闊。

3 HFC-227ea和HFC-125的制備

HFC-227ea和HFC-125主要的制備方法如表2所列。

表2 制備方法

工業上制備HFC-227ea的主要路線是全氟丙稀與氫氟酸的加成，而制備HFC-125則以四氯乙烯與氫氟酸的加成取代為主。兩者都需要固體氟化催化劑，HFC-227ea氟化反應所需的活化能較HFC-125氟化反應低，讓我們想到是否能利用HFC-125氟化反應后失活的催化劑作為HFC-227ea氟化反應用催化劑。

固體氟化催化劑是一種固體強酸，活性物質在合適的酸載體上就會顯現優越的氟化活性。通過EDS、TPD檢測，失活的HFC-125氟化催化劑流失的活性物質不到20％，而催化劑酸度有較大減弱。大略知道失活原因后，我們進行了失活催化劑的酸度再造，部分恢復酸度后在催化劑評價裝置上與工業催化劑進行了實驗比較，結果見表3。

表3

比較表3中的數據得出：再造的廢催化劑性能除了轉化率有所降低，其它數據與工業催化劑相當，而再造費用比工業催化劑制造費用底1萬元/t左右，并且該催化劑可再生。

我們進行了再造催化劑的中試實驗，總氟化時間2060h以上，生產出合格HFC-227ea 300t左右。其中大約在氟化反應800h時進行了催化劑再生，再生后催化性能完全恢復。中試結果見圖1。

圖1

中試結果表明，再造催化劑制備HFC-227ea技術可行。按現有HFC-227ea工業生產數據計算，生產每千噸HFC-227ea可節約成本10萬元左右，同時千噸HFC-227ea可減少固廢排放3t左右，經濟和環境效益凸現。

4 結論

發展循環經濟，建設資源節約型、環境友好型社會是我國一項基本國策。技術創新是實現循環經濟的基礎，技術創新可以實現企業經濟效益與人類生態環境雙贏的良好局面。

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