绿色化工研究进展解析30页PPT

+
O
O
O OH
O H
O
O
C l
O
Cl
++
O
O H
OH
3-氯过苯甲酸氧化剂，原子经济性42%，产生3-氯苯甲酸废物
➢ 绿色工艺
O
锡/沸石
O O
+ H 2O 2
+ H 2O
负载锡的沸石催化剂，过氧化氢氧化剂，原子经济性86%，
副产物只有水
医药、农药、功能化学品的研究
——绿色化学最活跃的前沿领域
• 大力研究原子经济反应和手性合成 等
– 政府支持 – 与农业生产结合（农业加工工业） – 种植低成本油料作物 – 改进工艺，利用副产品（甘油、润滑剂、清洁溶剂等）
降低成本
（六）永恒的主题——设计、生 产和使用环境友好产品
环境友好产品——在加工和应用 过程中及功能消失之后均不会对人 类健康和生态环境产生危害
美国“总统绿色化学挑战奖”的
➢ 伯胺和二氧化碳或碳酸二甲酯反应 ➢ 伯胺和一氧化碳进行氧化羰化 ➢ 硝基苯和一氧化碳羰基化
正在小试、中试，比光气法生产 成本高10％，需要降低成本
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
对于替代剧毒光气、氢氰酸等原料 的制造大宗有机化学品
需要努力开发低成本技术，形成 规模经济的生产厂以利竞争
➢ 代替氟氯烃作泡沫塑料的发泡剂 ➢ 超临界CO2为溶剂，生产氟化物单体和聚合物
超临界二氧化碳代替有毒、 有害溶剂的发展
利用我国合成氨厂、炼油厂中制 氢装置大量排放的CO2，开发（或 引进） 超临界CO2技术在房屋装修 、泡沫塑料生产、服装干洗等中应 用，形成新兴产业。

化工设备应用中的绿色化工体现
汇报人: 指导老师：授
时间：2019年11月29号
在全球提倡可持续发展、绿色发展的今天，绿色化工责无旁
贷的成为了化工行业可持续发展的必然选择，它是人类和化工行 业可持续发展的客观要求。
化工生产中将原料加工成成品，需要经过原料预处理、化学反
应及产物分离和精制等一系列的化工过程。这些过程的实现就需 要许许多多的化工设备。随着我国经济的发展，化学工业生产水
4 加强设备维护检修工作
化工设备日夜运行，总会有出现问题的时候，如同人 的生病需要医生治理一样，化工设备也需要检修和维护。 化工设备的维护和检修技术性强，危险性大并且次数频繁 ，手法复杂，因此，企业必须要加强维护检修工作。只有 化工设备的维护及检修工作做好了，才能实现日常生产的 良好进行。
拟解决的关键问题：
创 新 的 设 备 管 理 方 式
设备储备要合适
技术管理和经济 管理相结合
注重化工设备的节能
1、加强能源管理 目前，日本在能源管理方面处于领先地位。工业发达国家在化工生 产领域通过加强能源管理，可使生产能耗降低7%~20%。加强能源管理的 基础工作具体表现在，建立能耗计量，测定热平衡，严格岗位责任制，建 全操作管理和设备管理制度，杜绝跑、冒、滴、漏现象，提高保温效果， 改善设备状况，在安全稳定生产基础上长周期运转。
2、采用新的节能工艺和设备
改进工艺过程是化工企业节能降耗的重要手段。通过改进
工艺，降低工艺总用能和过程火用损耗，从源头实现节能降耗。
工艺改进主要包括采用新的催化剂和助剂等提高目的产品收率； 开发新工艺，提高装置操作弹性，从而降低能耗。
（1）工艺装置热集成，优化换热网络。能量回收系统的热
集成，主要是通过换热网络的优化提高能量回收率，减少冷却 负荷，减少燃料消耗。

05 结论
绿色化学的贡献
环境保护
绿色化学通过减少废物 和污染物的产生，有效 保护环境，降低对生态
系统的破坏。
资源高效利用
绿色化学提倡资源的循 环利用，提高资源利用 率，降低对自然资源的
依赖。
可持续发展
绿色化学有助于推动经 济、社会和环境的协调 发展，实现可持续发展
。
人类健康改善
绿色化学通过减少有毒 有害物质的产生和使用 ，降低对人类健康的危
感谢您的观看
THANKS
VS
详细描述
绿色催化剂是实现绿色化学的关键之一， 它们可以加速化学反应，提高产物的纯度 和收率，同时降低能耗和资源消耗，减少 废物和有害物质产生。常见的绿色催化剂 包括酶、金属催化剂和有机催化剂等。
绿色溶剂
总结词
具有低毒或无毒、低挥发性、可再生或可降 解的溶剂。
详细描述
在化学反应中，溶剂是必不可少的物质，但 传统的有机溶剂对环境和人类健康存在危害 。绿色溶剂是采用环境友好的、可再生或可 降解的溶剂，如水、离子液体、超临界流体 等，以替代传统的有机溶剂，减少对环境的 负担。
详细描述
随着人们对环境问题的关注，绿色化学逐渐发展起来。1998年，美国国家科学研究委员会发表了《绿 皮书》，提出了绿色化学的12个原则和25个研究目标，成为绿色化学发展的重要里程碑。此后，绿色 化学在全球范围内得到了广泛关注和应用，涉及领域包括能源、材料、医药、农业等。
02 绿色化学的核心原则
预防污染
03 绿色化学的应用实例
绿色合成路径
总结词
采用环境友好的合成方法，减少或消除对人类健康和环境的影响。
详细描述
绿色合成路径旨在减少或消除化学过程中产生的废物和有害物质，通过使用高效、选择性高的反应和催化剂，降 低能耗和资源消耗，实现可持续的化学工业发展。

高效分离技术
总结词
高效分离技术是实现化工生产绿色化的关键环节，通过高效 、低能耗的分离方法，减少分离过程中的能耗和物耗，降低 废物产生。
详细描述
高效分离技术包括超临界流体萃取、膜分离、吸附分离和结 晶分离等。这些技术能够提高分离效率和产品质量，降低分 离过程中的能耗和物耗，减少废物产生和排放。
新型反应技术
绿色合成技术
总结词
绿色合成技术是实现化工生产绿色化的重要手段，通过采用无毒或低毒原料、 催化剂和溶剂，优化反应条件，减少废物产生，提高资源利用率。
详细描述
绿色合成技术包括原子经济反应、环境友好催化、高效合成方法和新型反应过 程等。这些技术能够显著降低化工生产过程中的能耗、物耗和污染物排放，提 高生产效率和产品质量。
绿色过程强化技术
总结词
绿色过程强化技术是实现化工生产绿色化的重要手段之一，通过采用先进的工艺流程和设备，优化生 产过程，提高生产效率和产品质量，降低能耗和物耗。
详细描述
绿色过程强化技术包括热集成、能量集成、物料集成和信息集成等。这些技术能够优化生产过程，提 高生产效率和产品质量，降低能耗和物耗，减少废物产生和排放。同时，这些技术还能够提高化工生 产的自动化和智能化水平，降低人工成本和提高生产安全性。
绿色化工ppt课件
contents
目录
• 绿色化工概述 • 绿色化工技术 • 绿色化工的应用 • 绿色化工的挑战与解决方案 • 绿色化工的未来展望
01
绿色化工概述
定义与特点
定义
环保性
绿色化工是指采用无毒、无害的原料，在 清洁的生产工艺下，实现高效、安全生产 ，同时降低对环境的影响的化学工业。
使用无毒或低毒原料，减少废物排放。

• 总结词：绿色化学化工技术的应用领域非常广泛，包括制药、农业、能源、环保等。通过采用绿色化学化工技 术，可以开发出更加安全、环保的化学品和生产工艺，为人类健康和环境保护作出贡献。
• 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。

Advances in Green chemistry
Ⅰ原子经济合成反应
水溶性铑-膦络合 物 催化生产 制备高碳醛、醇 两相催化体系
烯烃氢 甲酰化
丙烯氢 甲酰化
加氢二聚、 加氢二聚、 选择性 加氢
C6以上烯 烯烃氨 甲酰化
问题： 油溶性均相铑络催 化剂与产品分离比 较复杂 钴催化剂运转仍 有废催化剂产生
Advances in Green chemistry
绿色化学是设计没有或只有尽可能小的 对环境产生负面影响的，并在技术上、 绿色化学是指在制造和应用化学产品时 经济上可行的化学品和化学过程的科学。 应有效利用（最好可再生）原料，消除 其目的是用化学方法在化学过程中预防 废物和避免使用有毒的和危险的试剂和 污染。绿色化学的发展还可能将传统的 溶剂。又称“环境无害化学”、“环境 化学研究和化工生产从“粗放型”转变 友好化学”、“清洁化学”。涉及有机 为“集约型”，充分地利用每个原料的 合成、催化、生物化学、分析化学等学 原子，做到物尽其用。要发展绿色化学 科，内容广泛。 意味着要从过去的污染环境的化工生产 转变为安全的、清洁的生产。 最大特点是在始端就采用预防污染 的科学手段。 核心是利用化学原理从源头上减少 和消除工业生产对环境的污染。按 清洁生产的重点在于设计比现有产 照绿色化学的原则、最理想的化工 品的毒性更低或更安全的化学品， 生产方式是：反应物的原子全部转 以防止意外事故的发生；设计新的 化为期望的最终产物。 更安全的、对环境良性的合成路线， 例如尽量利用分子机器型催化剂、 仿生合成等，使用无害和可再生的 原材料等等。
水溶性铑-膦、钌膦、钯-膦络合物催 化生产
由上可见， 由上可见，对于已在 工业上应用的原子经 济反应， 济反应，也还需要从 环境保护和技术经济 等方面继续研究， 等方面继续研究，加 以改进。 以改进。

• 选择菌种 • 利用基因工程处理（ DNA重组技术、克 隆技术）制得高效的酶，提高稳定性、 活性、和选择性 • 开发成功高效的生物反应器 • 副产物的综合利用（生物脱硫过程，有 机磺化物来生产表面活性剂）
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生物技术生产的特殊化学品
• • • • 生物制剂 生物制药（医药蛋白、手性药物） 生物农药（生物杀虫剂） 生物食品（果糖、赖氨酸、乳酸、柠檬 酸） • 生物聚合物等 • 品种不少，但目前比重还不到2%

降低H2O2费用
原位H2、O2合成H2O2，与丙烯环氧化集成 新氧化剂—异丙苯过氧化物

新氧化催化材料
Sn/沸石 有机氮络合Fe2+系催化剂 含钨的金属簇相转移催化剂
……
20
采用无毒无害原料 可再生资源
21
替代剧毒光气等原料的绿色技术
1984年印度博帕尔光气泄漏事件 2000年罗马尼亚一家氰化物泄漏到多瑙 河支流事件

造成人身伤亡、生态环境严重破坏
需要开发绿色技术
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替代光气制造异氰酸酯工艺


伯胺和二氧化碳或碳酸二甲酯反应 伯胺和一氧化碳进行氧化羰化 硝基苯和一氧化碳羰基化 正在小试、中试，比光气法生产 成本高10％，需要降低成本
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甲基丙烯酸甲工艺
投资、成本低
100%原子经济性
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大力发展可再生资源的利用技术
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
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生物催化
• 生物转化法是利用细菌(酶)将生物质降解为葡萄 糖，然后转化为各种化学品。 • 世界石油资源将在50年内面临枯竭的危险。 探 明石油储量为141.1Gt。目前消耗速度3.5Gt左右， 到2020年增加5.5Gt。 • 植物生物质的最主要成份---木质素和纤维素 （包括植物、农作物、林产物、林产废弃物、海 产物和城市废弃物）等每年以约1640亿吨的速度 不断再生（相当于目前石油年产量的15-20倍）。

7. Use of Renewable Feedstocks A raw material or feedstock should be renewable rather than depleting whenever technically and economically practicable.
(李朝军)
加拿大绿色化学首席科学 家 、 麦 吉 尔 大 学 (McGill Univ.) 教 授 。 美 国 总 统 绿 色化学挑战奖(2001) 和加 拿大华人教授优秀奖 (2011) 等 。 2012 年 当 选 加 拿大皇家科学院院士。“ 原子经济性”的绿色化学 有机合成研究。空气和水 中的过渡金属催化反应。
2. Atom Economy Synthetic methods should be designed to maximize the incorporation of all materials used in the process into the final product.
3. Less Hazardous Chemical Syntheses Wherever practicable, synthetic methods should be designed to use and generate substances that possess little or no toxicity to human health and the environment.
4. Designing Safer Chemicals Chemical products should be designed to affect their desired function while minimizing their toxicity.

• 微波干反应通常将反应物分散担载在无机载体上 进行。无机载体如蒙脱土、氧化铝、硅胶等本身 同微波耦合作用较弱，而且可以透过微波，因而 可以作为良好载体，有时还可以起到催化剂作用。
• 应用实例：P97～99
(4)微波技术在其它化学化工领域中的应用 (P99)
• 微波技术还广泛应用在高分子、生物化学、 金属有机、同位素取代及低碳烃的研究等 方面。
❖超临界流体用作助剂 ❖生产工艺过程集成、优化控制 ❖超声波技术 ❖微波技术
➢思 考 题
➢2.6.2 强化绿色化工过程的设备
2.6.1.1 绿色化工过程集成
• 绿色化工过程集成 P78：
涵盖从分子聚集体界面单元过程多 元过程工场工业园的全过程，主要解决与 “化学供应链”的过程工程和产品工程相关的创 造、合成、优化、分析、设计及控制等的多元复 杂问题，以建立环境友好的、可持续发展的化工 过程或产品为最终目标。
微波在化学反应中的作用原理
• 一种看法认为微波技术仅仅是一种加热手 段，无论微波加热还是普通加热方法，反 应的动力学不变。
• 另一种看法认为微波技术除具有热效应外， 还存在微波的特殊效应，微波催化了反应 的进行，降低了反应的活化能，也就是说 改变了反应动力学。
➢目前，学术界多以第一种观点来解释实验 中出现的各种现象。
超声波的作用： P84
• 1)超声波引起的微泡爆裂时所产生的机械效应； • 2)微泡爆裂时产生的高能环境（高温、高压）； • 3)微泡爆裂时从溶剂或反应试剂产生的活性物质，
如离子和自由基存在竞争，则有可能产生不同的 产物； • 4)超声波对溶剂本身结构的破坏，这些效应单一 或共同作用的结果，使得反应体系的反应性能大 大增强。
(2)超声波在强化有机合成中的应用

125000 万平方米
中国钢产量
1949-2003 20000
城镇房屋新建面积
1950-2002
1999～2002 3年
450
110217
万辆
22234
中国汽车产量
400
1953-2003
444.37
2001～2003 2年
100000
350 300
2002～2003 1年
15163 15000
1996～2001 5年
中国经济的高速发展，带动了钢铁、建筑、汽车等各行各业的加速发展。 ppt课件
12
各国工业化程度
一些工业国家的工业生产率比较
国家 挪威 美国 日本 法国 英国 德国 韩国 中国 位次 1 2 7 16 17 22 25 47 工业生产率 102.734 89.711 64.081 51.479 50.954 42.723 29.755 3.963 中国相当（％） 3.59 4.12 5.76 7.17 7.25 8.64 12.40 -
2000年世界能耗构成
石油 39 29 天然气 23 3 能源种类 世界 中国
占百分比（ % ） 占百分比（ % ）
煤炭 22 65
核能 9 0.6
可再生能 源*
7 2.4
9
※
ppt课件 可再生能：太阳能、风能、水利发电、生物能
（3）全球环境处于危险的十字路口 如温室气体排放，臭氧层破坏等,过去10年里全 球水文气象灾害数量增加了一倍。 若化石燃料不加限制地消耗下去，2030年CO2浓 度可达到550 ppm,到2050年气温会上升1.5－4.5℃。 那时生态灾难又会比现在上升几倍？ 全球的生态系统正在向危险的临界值接近， 环境的恶化导致自然灾害，近十年中导致世界６ ０８０亿美元的损失，过分对矿物燃料的使用， 使气温变暖，北极冰盖已减少4２％，继续变暖 会导致水资源的极度缺乏，食品的减少，和诸如 疟疾、登革热之类致命的疾病广为扩散。

克莱森重排：烯醇或酚的烯丙基醚当加热到一定温度时，可发生分子内 重排。苯酚的烯丙基醚在200℃时，不用催化剂顺利的重排。
原子利用率100%
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反应类型及其原子经济性
⑴ 分子重排反应。原子利用率100%
重排反应是构成分子的原子通过改变相互的位置、连接、键 的形式等产生一个新的分子的反应。
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2.5 采用安全的溶剂和助剂 Use safer solvents and auxiliaries
The use of auxiliary substances (e.g. solvents, separation agents, etc.) should be made unnecessary wherever possible and, innocuous when used.
NC CH2 CH2 CH2 CH2 CN
CH2
CH CH
CH2
2HCN
Ni，Complex 30～50℃
NC CH2 CH2 CH2 CH2 CN
其原子利用率为100%。
乙酸合成
Kolbe合成法:
甲醇羰基化法:
2009
C Fe CS2 Cl2 CCl4 红热管 Cl2C=CCl2
Cl2C=CCl2
A raw material of feedstock should be renewable rather than depleting wherever technically and economically practicable.
environmental and economic impacts and should be minimized. Synthetic methods should be conducted at ambient temperature and pressure.

缺点： 原子利用率低，仅为31%；消耗大量
的石灰和氯气，设备腐蚀和环境污染严重。
◎钛硅分子筛（TS-1）催化氧化法
Ugine公司和Enichem公司开发了TS-1 分子筛作催化剂的新工艺：
19
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新工艺的特点：
a. 反应条件温和。常压，40~50℃。
b. 氧源安全易得（30%H2O2），转 化率高（以H2O2计算为93%）。
C2H4 + ½ O2Ag催化剂 C2H4O
5
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解： （1）总包反应为
C2H4 + Cl2 + Ca（OH）2 →C2H4O+CaCl2+H2O
28 71
74
44
原子利用率=
44 100% 28 71 74
=25.4%
（2）C2H4 + ½ O2 → C2H4O
28
16
44
原子利用率=
c. 选择性高达97%以上，原子利用
率76.3%。
d. 仅联产水，是低能耗、无污染的
绿色化工过程。
e. 不足之处是H2O2成本高。
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2. 简化合成步骤
布洛芬，非类固醇消炎剂，具有 止痛消肿的作用。原来的合成方法有 六步，原料的原子利用率为40.03%。
德国BHC公司发明了新方法，只需
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和世界上首家实现三产品联产，实现了零排放。 创出了产量高、成本低、效益好、无污染、低 能耗、清洁生产的新路子。使得中国在这个领 域登上了当今世界科学的高峰。
这项技术除需要消耗一些燃料能源外，原料 成本达到了最小化。其重要经济利益在于：
第一，以工业废料为原料，大幅度降低了生产 成本；

总之，绿色化工技术在环境保护和可持续发展中发挥着越来越重要的作用。 虽然在实际应用中还面临着一些挑战和技术瓶颈，但随着科技的不断进步和社会 对环保的重视程度不断提高，绿色化工技术的未来发展前景广阔。
参考内容
随着环境保护和可持续发展的日益重要，绿色化工技术成为了当今研究的热 点领域之一。本次演示将探讨绿色化工技术的新进展，并从环境保护、经济发展 等方面分析其重要意义。
2、经济效益
绿色化工技术的经济效益表现在多个方面。首先，采用绿色化工技术生产出 的产品具有更高的附加值和市场竞争力，为企业带来了更多的收益。其次，绿色 化工技术可以有效地提高生产效率，减少生产成本，为企业创造更多的经济效益。
此外，绿色化工技术的发展还可以带动相关产业的发展，增加就业机会，进 一步推动经济的可持续发展。
1、利用可再生能源
随着化石能源的日益枯竭，可再生能源成为绿色化工技术发展的重要方向。 太阳能、风能、水能等可再生能源的利用，可以减少对环境的污染，同时为绿色 化工技术的发展提供新的动力。例如，利用太阳能进行光催化反应制备有机物， 利用风能发电解决农村电力需求等。
2、发展循环经济
循环经济是将经济活动组织成一个“资源-产品-再生资源”的反馈式流程。 在绿色化工领域，循环经济强调资源的最大化利用，同时减少废弃物的产生。例 如，采用循环流化床燃烧技术处理废弃物，同时产生电能和热能；将废弃物进行 发酵处理，制备成生物燃料等。
将废弃物进行燃烧发电和供热，从而实现了能量的最大化利用。经过改造后， 该厂的资源利用率提高了30%，能源消耗降低了20%，废弃物减少了50%。这一案 例充分说明了绿色化工技术在实践中的应用成效和重要性。
然而，在实际应用中，绿色化工技术也面临着一些问题。例如，可再生能源 的成本较高，循环经济的技术难度较大等。因此，未来需要进一步加大研发力度， 突破绿色化工技术的瓶颈和难题，推动绿色化工技术的广泛应用和发展。