環(huán)保化工技術(shù)在化學(xué)工程工藝中的應(yīng)用

靳慧軒(海灣工程有限公司，河北 石家莊 050000)

0 引言

化學(xué)工業(yè)作為涉及多個(gè)領(lǐng)域的工程。傳統(tǒng)化工工藝在實(shí)際應(yīng)用中存在高能耗、高污染等問(wèn)題，與當(dāng)前所提倡的環(huán)保化工生產(chǎn)理念不相符。而環(huán)保化工技術(shù)是繼傳統(tǒng)化工技術(shù)優(yōu)點(diǎn)所形成的具有節(jié)能降耗、環(huán)保等特點(diǎn)的新型技術(shù)，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)化工技術(shù)的不足，減少化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)污染物，為化工行業(yè)的整體發(fā)展提供新的發(fā)展路徑和方向，所以，在化工工程中應(yīng)用該技術(shù)具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1 環(huán)保化工技術(shù)及其應(yīng)用的必要性

1.1 定義

環(huán)保化工技術(shù)指的是對(duì)現(xiàn)有化工技術(shù)、化學(xué)原理進(jìn)行優(yōu)化和改良，降低化學(xué)工程中原料、溶劑以及廢物等有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境污染，整個(gè)過(guò)程中可以體現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能等理念的技術(shù)[1]。隨著該技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)，可以從化學(xué)反應(yīng)、化工污染源頭處減少污染物的產(chǎn)生，在化工生產(chǎn)、加工中使用一些無(wú)毒害的原料、催化劑等實(shí)現(xiàn)無(wú)污染，比如在化工生產(chǎn)中多使用催化劑來(lái)促使反應(yīng)速率提高。在環(huán)保化工技術(shù)開(kāi)發(fā)中，可以使用一些無(wú)毒害的催化劑來(lái)提高反應(yīng)速率，從源頭處控制化學(xué)污染。

1.2 環(huán)保化工技術(shù)在化學(xué)工程工藝中應(yīng)用的必要性

第一，近年來(lái)，環(huán)保、環(huán)境以及資源等問(wèn)題成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，對(duì)各行業(yè)產(chǎn)生一定的影響。化學(xué)工業(yè)涉及冶金、合成纖維、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域，在滿足生活、生產(chǎn)等需求的同時(shí)，給自然、人類帶來(lái)一些負(fù)面影響，不利于化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。而在化學(xué)工程工藝中應(yīng)用環(huán)保化工技術(shù)，不僅可以緩解資源、環(huán)境等問(wèn)題，而且為化學(xué)工程行業(yè)的發(fā)展提供新的思路和方向。從預(yù)防入手，對(duì)化工生產(chǎn)環(huán)境污染問(wèn)題進(jìn)行有效控制，比如利用廢棄物資源回收技術(shù)減少有害廢物的排放，使污染物的量得以控制，突顯出環(huán)保化工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。第二，在以往化學(xué)工程生產(chǎn)中，受工藝的約束，所排放的部分廢水、廢物未進(jìn)行有效處理而排放，不僅會(huì)污染周圍河流、土壤以及空氣，而且霧霾等惡劣天氣出現(xiàn)的頻率增多，對(duì)人類身體健康、出行等帶來(lái)不良影響。此外，傳統(tǒng)化學(xué)工程生產(chǎn)中所消耗的原材料比較多，且資源利用率相對(duì)較低，加之目前化工資源比較短缺，不利于該行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。因此，在化學(xué)工程工藝中應(yīng)用環(huán)保化工技術(shù)具有一定的必要性[2]。

2 化學(xué)工程工藝中環(huán)保化工技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

2.1 開(kāi)發(fā)

2.1.1 使用環(huán)保原料

化學(xué)原料多通過(guò)化學(xué)方法生產(chǎn)所得，是化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)不可或缺的原料，所使用的原料是否滿足環(huán)保要求，會(huì)直接影響化工行業(yè)污染的治理。這就要求選用環(huán)保性的化工原料，即在化工生產(chǎn)中使用純天然原料代替以為有毒害性的原料，達(dá)到無(wú)污染、零排放的目的，比如在生產(chǎn)酸、醇等化工原料過(guò)程中，可以使用一些天然植物纖維(樹(shù)木、蘆葦)、農(nóng)副產(chǎn)品廢棄物(麥秸、稻草) 替代以往的化學(xué)原料。

2.1.2 催化劑選用

大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都需要催化劑的參與。催化劑性能會(huì)直接影響目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量、速率，在化學(xué)反應(yīng)中起到加快反應(yīng)速率，確保各類原料充分反應(yīng)的作用，在促使資源利用率提高的同時(shí)，能夠降低化工生產(chǎn)成本。在環(huán)保化工技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物、催化劑的性能等條件選擇無(wú)害且具有回收價(jià)值的催化劑，在滿足目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量的同時(shí)，提高催化劑的利用率。

2.1.3 高反應(yīng)速率

在化學(xué)工程工藝中，部分化學(xué)反應(yīng)需在高溫環(huán)境下進(jìn)行，即需要設(shè)置相應(yīng)的供熱裝置，如果使用傳統(tǒng)單線供熱方式，一方面在局部設(shè)備需要供熱的情況下，容易導(dǎo)致部分熱量浪費(fèi)；另一方面如果需對(duì)多種設(shè)備進(jìn)行供熱，存在熱能供應(yīng)不足的情況，會(huì)降低生產(chǎn)效率。因此，在化工工程工藝中，應(yīng)從節(jié)能、環(huán)保的視角出發(fā)，對(duì)反應(yīng)供熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，促使生產(chǎn)效率提高。

2.2 應(yīng)用

2.2.1 物技術(shù)

隨著科技的快速發(fā)展，為生物技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的環(huán)境，在醫(yī)藥、工業(yè)以及農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域中會(huì)應(yīng)用到該技術(shù)，不僅促使化學(xué)工程產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，而且會(huì)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。生物技術(shù)的應(yīng)用范圍還涉及到基因、細(xì)胞以及酶工程等方面，在生物制造業(yè)中能夠突顯出環(huán)保化工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。比如細(xì)胞與酶的反應(yīng)作為生物研究中常見(jiàn)的內(nèi)容，為了提高該反應(yīng)的速率，一般會(huì)添加合適的催化劑，使反應(yīng)更加充分。在該反應(yīng)中可以應(yīng)用環(huán)保化工技術(shù)所研發(fā)的丙烯酸胺作為催化劑，一方面可以實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約，反應(yīng)中所產(chǎn)生的廢棄物相對(duì)較少；另一方面該反應(yīng)可以體現(xiàn)生物與化學(xué)技術(shù)二者融合的優(yōu)勢(shì)，促使生產(chǎn)效率提高。同時(shí)，膜化學(xué)技術(shù)多應(yīng)用于大氣污染、水處理中，能夠?qū)崿F(xiàn)介質(zhì)的分離，達(dá)到較好的生態(tài)環(huán)境治理效果。

2.2.2 清潔、回收技術(shù)

清潔技術(shù)作為環(huán)保化工技術(shù)中的一種，主要應(yīng)用于造紙工業(yè)、廢水處理等領(lǐng)域，能夠起到環(huán)境保護(hù)的作用[3]。在化學(xué)生產(chǎn)中應(yīng)用該技術(shù)，對(duì)廢棄物進(jìn)行處理，使部分廢物通過(guò)轉(zhuǎn)化進(jìn)行再次利用，對(duì)有毒物質(zhì)進(jìn)行溶解處理，降低其對(duì)環(huán)境的威脅，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的目的。比如在造紙工業(yè)中，為了降低對(duì)環(huán)境的污染，使用木素降解菌對(duì)纖維原料進(jìn)行處理，替代以往的化學(xué)法制漿方式，并且在廢紙脫墨、改性中應(yīng)用纖維素酶，在漂泊工藝中使用木素酶等。同時(shí)，高分子材料在使用中降解的難度比較大，容易造成環(huán)境問(wèn)題，可以兩方面入手減少污染，一方面在材料合成制備過(guò)程中，將光熱、生物酶敏感基團(tuán)引入分子鏈中，目的是從源頭上防止高分子材料的污染；另一方面采取聚合物解聚、降解的方式收回廢棄材料中有價(jià)值的化學(xué)品，對(duì)部分塑料進(jìn)行生物降解；或者采取零污染的物理法對(duì)廢氣高分子材料的相容性、流變性進(jìn)行改變，實(shí)現(xiàn)高分子材料的再次利用，在降低環(huán)境污染的同時(shí)，促使資源的利用率提高。

2.2.3 催化技術(shù)

該技術(shù)作為化學(xué)工藝中不可或缺的一部分。目前，化工企業(yè)在化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)中多應(yīng)用該技術(shù)。與傳統(tǒng)化學(xué)技術(shù)相比較，該技術(shù)的應(yīng)用可以促使催化劑的利用率提高，降低化工污染，比如目前多使用固體催化劑，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)液體催化劑的缺陷，在保證化學(xué)產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)廢棄物的有效利用，降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。

2.2.4 應(yīng)用環(huán)保產(chǎn)品

為了降低和防止環(huán)境污染問(wèn)題發(fā)生的幾率，化工企業(yè)應(yīng)站在行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的立場(chǎng)，生產(chǎn)出對(duì)環(huán)境友好的新型產(chǎn)品。如為了降低汽車燃料對(duì)環(huán)境的污染，減少對(duì)人體的傷害，可以應(yīng)用環(huán)保化工技術(shù)生產(chǎn)出新的環(huán)保產(chǎn)品，以乙醇汽油來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽油作為汽車的燃料。同時(shí)，在環(huán)保理念的倡導(dǎo)下，應(yīng)用生物航煤來(lái)替代普通的航煤，減少二氧化碳的排放，并且該燃料的應(yīng)用要求比較低，無(wú)需改裝原有的發(fā)動(dòng)機(jī)，突顯出該新型燃料在使用便捷性、環(huán)保等方面的優(yōu)勢(shì)。此外，所生產(chǎn)的可降解塑料袋不僅可以滿足人們實(shí)用性需求，而且這類材質(zhì)的塑料袋在短期內(nèi)可以分解，避免對(duì)環(huán)境的破壞。

3 基于環(huán)保化工技術(shù)提高化學(xué)工程工藝的策略

3.1 化工工藝流程改進(jìn)

化工生產(chǎn)工藝流程即原料預(yù)處理、加工以及生產(chǎn)成為半成品或成品的過(guò)程[4]。化工工藝流程設(shè)計(jì)要符合產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)以及易操作等方面的要求。而傳統(tǒng)化工企業(yè)在發(fā)展過(guò)程中，多使用單線、單一設(shè)備進(jìn)行能源的供應(yīng)，且部分反應(yīng)過(guò)程對(duì)壓力、溫度等條件要求比較高，比如在高溫、高壓條件下進(jìn)行，這種情況下會(huì)導(dǎo)致部分熱量浪費(fèi)，與環(huán)保化工理念相背離。因此，可以通過(guò)優(yōu)化化工工藝流程的方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能，如對(duì)化工反應(yīng)過(guò)程的熱能需求進(jìn)行分析，對(duì)反應(yīng)能源分配方式進(jìn)行重新規(guī)劃，以聯(lián)合加熱的方式對(duì)能耗進(jìn)行控制，促使能源利用率提高。另外，使用變頻電機(jī)代替以往的定頻電機(jī)，使反應(yīng)過(guò)程能源需求與供給相匹配，達(dá)到節(jié)約能源的目的。此外，針對(duì)化學(xué)反應(yīng)不充分，所產(chǎn)生的廢棄物量比較大的情況，應(yīng)對(duì)化工技術(shù)、設(shè)備進(jìn)行更新，使用專門的收集和回收設(shè)備對(duì)其處理，實(shí)現(xiàn)廢物的再次利用。

3.2 合理布局設(shè)備、場(chǎng)地

在當(dāng)前激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，化工企業(yè)在應(yīng)用環(huán)保化工技術(shù)的過(guò)程中，需綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)保以及安全等因素，通過(guò)成本的控制增強(qiáng)自身的競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于化學(xué)工程設(shè)計(jì)人員、技術(shù)人員而言，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)化工設(shè)備、場(chǎng)地進(jìn)行合理布局和規(guī)劃，比如設(shè)計(jì)新的設(shè)備系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，依據(jù)產(chǎn)品需求、設(shè)備要求等制定出簡(jiǎn)單、實(shí)用的設(shè)施布局方案。關(guān)于車間設(shè)備的布置，應(yīng)考慮地形、主導(dǎo)風(fēng)向等因素，充分發(fā)揮車間地理位置方面的優(yōu)勢(shì)，通常將配電室、控制室布置于生產(chǎn)區(qū)域的中心處，確保設(shè)備布局與工藝流程相適應(yīng)。此外，關(guān)于各車間、各部門位置的布局，應(yīng)遵循協(xié)調(diào)、緊湊以及整齊等布局原則，使各設(shè)備之間協(xié)調(diào)、配合運(yùn)作，對(duì)操作區(qū)域設(shè)備、管線進(jìn)行合理分布，對(duì)不同管道進(jìn)行標(biāo)識(shí)，確保有毒、腐蝕性介質(zhì)被集中放置、處理，防止對(duì)周圍環(huán)境的污染。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)化工企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中過(guò)分強(qiáng)調(diào)效益，忽視了資源、環(huán)境等問(wèn)題，給生態(tài)環(huán)境、人類帶來(lái)一些負(fù)面影響，一定程度阻礙了化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，在化學(xué)工程工藝中應(yīng)用環(huán)保化工技術(shù)具有一定的可行性，將環(huán)保化工理念融入化工生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)，對(duì)化工原料和催化劑質(zhì)量進(jìn)行把控，優(yōu)化化工工藝流程、設(shè)備以及整個(gè)反應(yīng)過(guò)程，在保證化工產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，盡可能地降低對(duì)環(huán)境的污染，為環(huán)保化學(xué)工程發(fā)展打下基礎(chǔ)。