绿色化学化工概论
化学工艺学 第 9 章 绿色化学化工概论
27
9.2 绿色化学工艺的途径及实例 9.2.2 绿色化工过程实例
一、环己酮肟的绿色生产工艺 （1）环己酮肟传统生产方法
① 环己酮-羟胺（HSO）工艺/拉西法：
缺点： 原料液 NH3· H2O 和 H2SO4 消耗量大，在羟胺 制备、环己酮肟化反应和贝克曼重排反应过程中 均副产大量经济价值较低的(NH4)2SO4； 能耗（水、电、蒸汽）高，环境污染大，设备 腐蚀严重，三废排放量大。 28
一、环己酮肟的绿色生产工艺 （1）环己酮肟传统ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ产方法
② BASF/Polimex-NO还原工艺：
优点：
避免羟胺制备过程中产生(NH4)2SO4
缺点：
投资大、工艺路线长、工艺过程复杂、生产成本高
无法避免肟化、重排过程中产生(NH4)2SO4
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9.2 绿色化学工艺的途径及实例 9.2.2 绿色化工过程实例
二、苯与乙烯烷基化制备乙苯
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以AlCl3为催化剂的生产方法
以固体酸为催化剂的生产方法 气相法 液相法
无水AlCl3法
苯：脱除硫化物水； 乙烯： C2H4>90%(V) C3H6,C4H8<1.0%(V) H2S<5mg/m3 C2H2<0.5%(V) 2.9~3.3
均相AlCl3法
苯：脱除硫化物和水； 乙烯： H2S、O2、CO2、H2O 需净化至质量分数 5×10-6 1.3
20
9.2 9.2 绿色化学工艺的途径及实例 绿色化学工艺的途径及实例 9.2.1 绿色化学工艺的途径
绿色化工技术的研究与开发主要围绕“原子经 济”反应、提高化学反应的选择性、无毒无害原料、
催化剂和溶剂、可再生资源为原料和环境友好产品
绿色化工概论
绿色化工
1.1-3产业系统
产业系统或产业体系：在国民经济体系中，相互关联
结合起来的所有生产系统，构成了社会总的产业系统。
产业系统，作为各种生产活动的“集合”，是国民经 济的载体，对人类社会的经济发展、满足人们的消费需
求发挥着直接贡献作用。
我国三次产业划分： 第一产业：农业（包括林业、牧业、渔业等） 第二产业：工业（包括采掘业、制造业、自来水、电力、蒸汽、
环境保护工作应是发展进程中的一个整体组成部分
各国应当减少和消除不能持续的生产和消费方式
绿色化工作为实施可持续发展战略的关键措施正式 写入实施可持续发展战略行动纲领《21世纪议程》
在联合国的大力推动下，绿色化工逐渐为各国企业
和政府所认可，绿色化工进入了一个快速发展时期
绿色化工
（4）联合国工业发展组织和联合国环境署（UNIDO/U
是指对于产品生产、使用和最终处理处置所产生的
污染，要最大限度地并尽可能地靠近源头削减，使其
达到最小化。 荷兰，绿色化工是在污染防治的意义下使用 污染防治是减少源头、实行再生利用或减少对环境 有害的物质总量入手，避免或尽量减少废物和排放物
的产生。
污染防治涵盖的技术包括：改进管理、改进工艺过程、 改变原材料、实施循环利用、改进产品。
煤气）和建筑业
第三产业：除第一、第二产业以外的其他各行业
绿色化工
1.1-4传统生产模式的环境经济特征
资源 产品 污染物排放
生态系统
经济社会系统
能量 资源
生产系统
消费系统
废 弃 物
末端治理弊端
①工业污染物种类多、控制与治理要求严格，企业的治理费用不断提高，经济负担不断 加重 ②治理技术有限，难以彻底消除污染，存在污染物在不同介质中转移，如有毒有害物质 ③不仅投资增加，而且可回收的资源没有得到有效的利用，使企业原材料消耗增高、产 品成本增加、经济效益下降，企业治污积极性下降
绿色化工介绍绿色化学品与绿色生产在化工行业中的应用
绿色化工介绍绿色化学品与绿色生产在化工行业中的应用绿色化工是指在化学产品的生产、使用及废弃物处理过程中，尽量减少对环境的负面影响，保护人类健康和生态环境的一种化学工程和技术模式。
绿色化学品和绿色生产成为绿色化工的关键要素，在化工行业中得到了广泛的应用与推广。
一、绿色化学品的概念及应用绿色化学品，又称环境友好型化学品，是指在其生产过程中使用可再生资源、能源和环境友好的原材料，并采用绿色工艺生产出的化学品。
绿色化学品具有低污染、环境友好、安全无害等特点，广泛应用于多个领域。
1. 绿色溶剂：传统的有机溶剂常常对人体健康和环境产生负面影响，而绿色溶剂则采用可再生原料或生物基原料制备而成，具有低毒、低挥发性、循环可再生等特性，如水、CO2、生物酯等。
2. 绿色催化剂：传统的催化剂常常采用稀有金属等昂贵原料，而绿色催化剂采用环境友好的原料制备而成，具有高效、再生性好等特点。
如以金属氧化物、生物质等为基础的催化剂。
3. 绿色添加剂：绿色添加剂是指在化学工艺中加入的对环境和人体无害的物质，如绿色阻垢剂、绿色缓蚀剂等。
4. 绿色染料与颜料：传统染料与颜料中常常含有对人体和环境有害的重金属离子，而绿色染料与颜料采用环境友好原材料合成，并且在使用和废弃过程中对环境无污染。
5. 绿色聚合物：绿色聚合物是指在合成过程中使用环境友好原料，并且具有良好的可再生性、可降解性、耐高温性能等。
二、绿色生产的概念及实践绿色生产是指在化工产品的生产过程中，以节约能源、减少废弃物、降低环境污染、提高资源利用率为目标的生产方式。
通过改进生产工艺、优化能源结构、提高资源利用效率等手段，实现绿色生产。
1. 清洁生产技术的应用：清洁生产技术是指在原料选择、生产工艺、废弃物处理等方面优化和改进化工生产过程，以减少对环境的负面影响。
通过采用高效“三废”处理技术、闭塞式生产工艺、循环利用等手段，减少废水、废气和废弃物的排放，实现资源的高效利用。
2. 节能减排的实践：化工行业是能源消耗较大的行业之一，通过采用先进的节能技术和设备，提高能源利用效率，减少二氧化碳等温室气体的排放，并且改变过去单纯依赖化石能源的生产模式，转向可再生能源的应用，如太阳能、生物质能等。
《绿色化学化工技术》课件
• 详细描述：在制药领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、安全的合成方法和药物制剂，降低药物生产和应用对环境的影响。在农业领域，采用绿色化学化工技术可以开发 出更加环保、安全的农药和化肥，减少对土壤和水资源的污染。在能源领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、环保的燃料和能源生产工艺，降低对化石燃料的依赖和环境 污染。在环保领域，采用绿色化学化工技术可以处理各种污染物，如废水、废气、固体废物等，降低对环境的负面影响。
案例二
原子经济性反应在绿色合 成中的应用
案例三
绿色合成中的环境友好介 质
案例一
生物催化在绿色合成中的 应用
案例四
绿色合成中的高效合成策 略
绿色分离实践案例
案例一
膜分离技术在绿色分离中的应用
案例二
超临界流体萃取在绿色分离中的 应用
案例三
绿色分离中的新型吸附剂
案例四
绿色分离中的节能减排技术
绿色过程实践案例
总结词
绿色过程技术是指采用高效、低能耗、环境友好的过程控制方法，实现化工生产的优化和节能减排。
详细描述
绿色过程技术包括反应动力学模型、过程强化、能量回收等。这些技术能够提高反应效率，降低能耗 和资源消耗，减少废物产生，是实现化工生产节能减排和可持续发展的重要手段。
04
绿色化学化工技术实践案例
绿色合成实践案例
详细描述
20世纪90年代初，绿色化学的概念被提出，强调在化学品的设计、开发和生产中考虑环境影响。随后，绿色化学 化工技术在多个领域得到应用，如制药、农业、能源等。进入21世纪，随着环保意识的提高和技术的发展，绿色 化学化工技术的研究和应用越来越广泛，成为化学和化工领域的重要发展方向。
化工13级绿色化学知识点
第一章绿色化学与化工原理
1.绿色化学原则解释+举例
2.绿色工程原则解释+举例
3.生命周期评价的定义
第二章绿色合成
绿色工艺举例说明（绿色磺化绿色氯化绿色硝化环氧丙烷与双氧水的集成与生产）
第三章绿色溶剂
1.二氧化碳超临界萃取的规律
2.离子液体的开关原则--------油品脱酸过程
3.萃取精馏的概念设计（根据残余曲线判断塔顶与塔底的产物、设计流程）
4.根据图判断哪个萃取剂更好并解释
5.共沸精馏的概念设计（分离过程及原因、根据进料组成和共沸点组成进行物料
衡算、塔顶油相回流量）
6.根据有机概念图选择最佳萃取剂并解释原因
7.绿色溶剂选择通用步骤（英文图）
第四章过程强化
1.过程强化的基本原则（每一个原则对应举例）
2.根据设备图，叙述工作原理及优点
3.反应精馏的基本原理（判断是否可以使用反应精馏，确定进料位置和塔顶塔底
出料）
4.重（轻）相连续萃取塔的重相出口高度
5.介绍一种强化设备（原理+优点+应用）。
《绿色化学化工技术》课件
绿色催化剂的分类和应用
生物催化剂
利用微生物、酶、细胞等 生物系统实现芳香品的生 物转化工艺。
金属催化剂
金属与配体法、热解法、 溶胶-凝胶法等方法制备新 型复合催化剂。
有机小分子催化剂
使用有机小分子作为催化 剂，在剂量少的情况下实 现绿色催化反应的高效化。
绿色溶剂的应用领域
水作溶剂
生物质作溶剂
超临界流体作溶剂
水是一种最为常见的优秀绿色 溶剂，无污染物排放，无毒害， 安全可靠。
利用生物质生产新型液态溶剂， 具有废弃物资源化利用、能源 可持续利用等优势。
超临界流体因具有高物理性质、 低环境影响、易处理等特点而 广泛应用于溶剂领域。
可持续利用技术
1
催化裂解
应用催化裂解将废物加工转化为高附加值生产物，实现产值提高与环境保护的双 赢。
2
热解和气化
通过高温热解、氧化热解等技术将生物质转化为燃料、气体、炭黑等多种产品。
3
化学回收
通过提高生产中的资源回收率，更合理利用资源、降低能源消耗、延长能源的使 用寿命。
绿色能源在化学工业中的应用
太阳能电化学合成
通过光电化合成反应，利用太阳能转化电子将CO2还原，实现太阳能直接转化为化学能。
酶催化生产生物燃料
绿色化学化工技术
本PPT课件介绍了绿色化学化工技术的概述，原则，催化剂，溶剂，循环利 用、能源应用和案例研究等全方位信息。
什么是绿色化学？
可持续性
通过最小化化工过程中的废弃物和污染物排放， 实现对环境的保护和可持续性发展。
循环使用
通过高效催化剂、溶剂、精细化工、废物回收利 用等措施，实现废物`资源化利用。
新型绿色化学催化剂
福建师范大学化学科学学院相 关研究者团队新近在催化领域 取得突出进展，具备干细胞分 离、化学性质研究、表面物理 化学表征与催化反应以及机制 研究等多方面的能力。
绿色化学化工概论PPT文档45页
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
绿色化学化工概论
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
绿色化学概述
第一章绿色化学概述1.1 20世纪化学工业的贡献及其带来的环境污染20世纪是化学工业蓬勃发展的世纪，也是人们逐步认识其对人类健康、社区安全、生态环境也有危害的世纪。
1913年合成氨化学肥料的生产，1941年主要杀虫剂DDT进入市场，这些成就为粮食、蔬菜等食品的丰收起到重要作用，减轻了人口增长对食品需求的压力。
1930年开始生产聚氯乙烯，1938年生产出化纤尼龙，1939~1945年第二次世界大战期间，开始生产顺丁橡胶，这些都是化纤、塑料、橡胶开拓的先例。
由于廉价的石油、天然气大量供应，导致石化行业的蓬勃发展，许多石油化工产品如合成纤维、合成橡胶、合成塑料以及洗涤剂、涂料、粘合剂等渗入到人类生活的各个方面，遍及衣食住行。
1928年第一个抗生素——盘尼西林（Penicillin）的发现，开创了一系列抗生类药物开发的先河。
1953年又发现了DNA的双螺旋结构（double-helix structure），为研制基因工程药物奠定了基础。
这些成就在减轻人类病痛、预防疾病、保障健康、延长寿命方面起到十分重要的作用。
展望21世纪，化学工业还将在衣食住行、保健和娱乐等方面更高层次上继续发展，为满足人类日益增长的物质需求服务。
然而，从20世纪50年代起，由于化学品产量的剧增，化学产品种类的增多，其对人类健康的危害性和对环境、生态的破坏也逐渐暴露出来，特别是几件重大事故的发生，更引起政府和社会的警觉。
例如1961年，在欧洲引起了对一起药物Thalidomide 的恐慌，妇女在孕期为了减轻恶心和呕吐而服用这一药物，却发现所生的小孩带有严重的缺陷，最严重的情况，会产生缺胳膊少腿或严重畸形，估计由此生下的小孩全世界有10000人，其中德国既有5000人。
这一悲剧导致在新药上市时，政府部门要对新药进行严格的致畸性药理试验，也引起社会关注合成化学品作为药物时对人类产生的影响。
1962年女海洋生物学家Rachael Carson所著的《寂静的春天》出版，书中详细地叙述了DDT和其它杀虫剂对各种鸟类所产蛋的影响。
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超临界二氧化碳代替有毒、有害 溶剂正在推广应用
超临界二氧化碳溶剂的优点
? 二氧化碳在常温下是气体，无色、无味、不燃烧 、化学性质稳定。
? 容易实现超临界状态（31.06℃ 7.39MPa） ? 来源丰富，价格低廉。 ? 超临界二氧化碳可很好地溶解一般有机化合物。
（1）绿色催化剂
开发新一代苯与烯烃烷基化 无毒无害固体酸催化剂
工艺 乙烯与法 USY、? 液相法
丙烯与苯烷基化 AlCl3
? 、MCM-22 液相法
长链烯烃与苯
HF
烷基化
固体酸-固定床
开发新一代芳烃烷基化 固体酸催化剂
? 分子筛固体酸催化剂 环境友好，但是：酸强度低，分布不均，酸
? 挥发性有机溶剂对环境的危害
-形成光化学烟雾 -引起和加剧多种呼吸系统疾病，增加癌症发病率 -导致谷物减产、橡胶硬化等，每年造成大量损失 -二氟二氯甲烷等破坏地球大气中的臭氧层
超临界流体
? 物质的温度和压力处于其临界值以上的一种特殊 状态的液体，处于气液不分的混沌状态。
? 具有液体的高密度、强溶解性； ? 具有气体的低粘度、高扩散性。
第十二章 绿色化学化工概论
§12.1 §12.2 §12.3
绿色化学的基本概念 绿色化学工艺的途径和手段 绿色化工过程实例
背景
当代全球十大环境问题是： 大气污染 臭氧层破坏 全球变暖 海洋污染 淡水资源紧张和污染 土地退化和沙漠化 森林锐减 生物多样性减少 环境公害 有毒化学品和危险废物
其中至少有 7 个直接与化学 和化工产品等 化学物质污染 有关!
各国政府推动绿色化学的措施
★ 美国
1990年美国颁布了《污染防治条例》， 将 污染的防治定为国策
1996 年设定“总统绿色化学挑战奖”
★ 日本
制订“ 21世纪重建绿色地球”的新阳光计划， 设立“为地球创新技术的研究院”
★ 欧盟各国
德国 1991年制订“为环境而研究的计划” 英国 2000年设立“ Jerwood Salters 环境奖” 荷兰 制订“清洁生产手册”
反应物中原子有多少转化成了产物。
产物
废物或副产物
A＋B A＋B
C ＋D
废物
为零
C＋
甲基丙烯酸甲酯的生产工艺
传统工艺
绿色工艺
47%原子经济性
投资、成本低
100%原子经济性
不同工业部门生产中的废物排放量
工业部门 炼油
大宗化学品 精细化工 制药
每吨产品排放的废物（吨/吨） ～0.1 1～5 5～20
25～100
? Cargill―DOW 公司正在建设一个14万t/a 的 聚乳酸工厂，用于生产塑料、纤维 。
美国国家研究委员会
（National Research Council)
从生物质原料所制产品的目标
产品种类
生物质原料产品所占比例/%
当前
2020年
2090年
液体燃料
1~2
10
50
有机化学品
10
25
90
2.过程绿色化
滞留于环境中，而可降解为无毒的产品； 11.分析方法也需要进一步研究开发，使之能做到实时、现场监
控，以防有害物质的形成； 12.化学过程中使用的物质或物质的形态，应考虑尽量减少实验
事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。
原子经济性
Barry Trost：原子经济性(Atom Economy)概念
要用，也应使用无毒物质； 6.能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的考虑所接受；
绿色化学的12条原则
7.只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的； 8.应尽量避免不必要的衍生过程（如基团的保护，物理与化学过
程的临时性修改等）； 9.尽量使用选择性高的催化剂，而不是提高反应物的配料比； 10.设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后，不再
环境治理的历史回顾
★ 20世纪40~50年代 —— 稀释废物
★ 20世纪60~70年代 —— 废物后处理
★ 20世纪90年代 —— 从源头消除污染源
12.1 绿色化学的基本概念
绿色化学(Green Chemistry) ——环境无害化学 ——环境友好化学 ——清洁化学
★ 从源头消除污染的途径
★ 新设计化学合成方法和化工产 品来根除污染源
制药、精细化工——更需开发原子经济反应
绿色化学工艺的主要内容
原料绿色化： 无毒无害原料 可再生资源
绿色化学工艺
产品绿色化： 安全 可降解
过程绿色化： 原子经济性反应 绿色催化剂 绿色溶剂 过程强化—外场强化
—流程集约化 —装备微型化
12.2 绿色化学工艺的途径和手段
1.原料绿色化
利用可再生资源生产 大宗有机化工产品方兴未艾
绿色化学的12条原则
1.防止废物的产生而不是产生后再来处理； 2.合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入到最终产物中； 3.只要可能，反应中使用和生成的物质应对人类健康和环境无
毒或毒性很小； 4.设计的化学产品应在保护原有功效的同时尽量使其无毒或毒
性很小； 5.尽量不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等），如果一定
? 以植物为主的生物质资源是一个可再生的巨大 资源宝库，利用可再生资源可以消除污染，用 之不竭，实现可持续发展。
? 开发生物催化技术是关键。
国外生物技术生产大宗 化工产品已取得突破
? Du Pont 和 Genecor International 等合作建 成由玉米生产1，3―丙二醇(PDO) 装置，成 本比化学法低15％ 。
★ 中国
◆ 1995年中国科学院化学部组织了《绿色化学与
技术——推进化工生产可持续发展的途径》。 ◆ 1997年国家自然科学基金委“九五”重大项目： 环境友好石油化工催化化学与反应工程 ◆ 1997年5月，香山科学会议第72次学术研讨会： 可持续发展问题对科学的挑战 ——绿色化学 ◆ 1998年合肥第一届国际绿色化学高级研讨会 ◆ 1999年北京第16次九华山科学论坛“绿色化学 的基本科学问题” ◆ 2000年科技部《国家重点基础研究发展规划项 目》立项——石油炼制和基本有机化学品合成的绿 色化学
中心少；因而反应温度和压力高，产品杂质增 多。
? 为克服上述缺点，下一代固体酸催化剂 杂多酸、包裹型液体酸、 Nafion/SiO 2复合材
料、纳米分子筛复合材料、离子液体等 。
2.过程绿色化
（2）绿色溶剂
? 挥发性有机溶剂有广泛用途
–涂料和油漆的溶剂 –泡沫塑料的发泡剂 –微电子器件等的精密清洗 –服装干洗的清洗剂 –化工生产过程中作为溶剂