時間:2023-09-22 09:43:00
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在我國化工產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的形勢之下,人們意識到化學污染的治理難度及其不可逆的后果,為此,在環(huán)保綠色的社會可持續(xù)發(fā)展理念之下,綠色化學的概念應運而生,人們在制造和應用化學產(chǎn)品的過程中,要避免使用有毒或危險性的試劑和溶劑,過氧化氫就成為了綠色化學中的極為重要的綠色化工產(chǎn)品,它運用新型的反應器,并基于過程集成與強化的視角,將氫氧直接合成過氧化氫的工藝與其他生產(chǎn)工藝相集成,從而實現(xiàn)了過氧化氫在有機化工合成應用中的安全性和環(huán)保性。
1過氧化氫應用概念分析
過氧化氫的化學式為H2O2,它在溶液的狀態(tài)下被稱為雙氧水。過氧化氫具有自身獨特的特性,它既具有氧化功能,同時還具有還原性能,可以當作催化劑在化工合成中加以應用。它在酸性介質(zhì)中的氧化性能強于在堿性介質(zhì)中的氧化性能;而恰恰相反,過氧化氫在堿性介質(zhì)中的還原性能強于在酸性介質(zhì)中的還原性能。過氧化氫的分子結構如下圖所示:過氧化氫的氧化反應或還原反應,都會生成沒有污染、沒有毒性的水和氧氣,可以說,是一種極為理想的綠色化學反應試劑。它在自然界中的植物和動物之中有少量的存在,如:放屁甲蟲。過氧化氫最早是采用硝酸酸化過氧化鋇制備而成,隨著時代的進步和發(fā)展,過氧化氫的全球產(chǎn)量已經(jīng)超過了220萬噸,并且其制備方法也改為蒽醌自氧化法(AO)制備。還有采用酸處理的碳載體Au—Pd納米催化劑催化O2和H2,即可以直接合成過氧化氫,這種新型方式極為經(jīng)濟,也較好地避免了蒽醌自氧化法的污染大、能耗高的劣勢。隨著過氧化氫的綠色化特性的不斷實現(xiàn),普遍性地應用于社會各個領域,如:紡織、造紙、電子、衛(wèi)生、軍工等。在過氧化氫中的催化活性組分,主要表現(xiàn)為:(1)Pd基催化劑。它在氫氣和氧化的直接合成過氧化氫的技術運用中,極為普遍。相較而言,單金屬Pd催化劑則無法獲得這種高選擇性和高產(chǎn)率的過氧化氫。這種Pd基催化劑摻雜有第二金屬活性組分,如:Pt、Ce、La、Fe、Co、Ni、Cr、Mn、Zn、Cd、Cu等,這些不同的第二金屬組份可以極大地提升Pd催化劑的活性,但是對催化劑活性的影響卻不盡相同。(2)Au基催化劑。Au催化劑對于氫氧直接合成過氧化氫的過程,具有一定的活性影響。如:SiO2—Al2O3、Al2O3、ZnO、MgO等載體,都可以產(chǎn)生對過氧化氫的催化活性影響。在氫氧直接合成過氧化氫的反應中,還有諸多新型的反應器的參與,這些新型的反應器,極大地提高了合成反應的安全性和生產(chǎn)能力。它們主要包括有:(1)膜催化反應器。在這種新型的膜催化反應器之中,主要是由膜分離技術和催化反應技術合成,在這個新型的反應器之中,可以使反應物選擇性地穿透膜,進入到反應區(qū)內(nèi),實現(xiàn)對某一反應物或產(chǎn)物的濃度調(diào)節(jié)。這種致密無機膜還可以將氫氣和氧氣活化為原子態(tài)或離子態(tài),提高反應的選擇性,并在無機膜的隔離作用之下,使易燃易爆的反應物從膜的兩側進料,從而極大地提高了反應的安全性。(2)介質(zhì)阻擋放電型反應器。這種新型的介質(zhì)阻擋放電,是指在放電區(qū)域內(nèi)插入絕緣介質(zhì)的氣體放電,并使絕緣介質(zhì)覆蓋于電極之上,當放電電極間施加有足夠高的電壓時,電極間的氣體就會被擊穿,而生成介質(zhì)阻擋電壓。(3)微通道反應器。這種新型的反應器具有良好的傳熱性能,由于其微通道的寬度和深度較小,反應物可以在流動中快速、充分地融合;合成反應中的反應物的用量也較少,對于昂貴、有毒的反應物的用量大量減少,對環(huán)境的污染也隨之減少,提供了環(huán)境友好合成研究的技術平臺;在連續(xù)流動的方式下實現(xiàn)反應過程,可以精準地控制反應物的反應時間。尤其適應用于異常激烈的合成反應,可以較好地規(guī)避爆炸的風險。
2過氧化氫人名反應簡述
2.1過氧化氫的Fenton反應這種反應是在過氧化氫和亞鐵鹽的條件下,將α—羥基酸氧化為α—酮酸、1,2—乙二醇氧化為羥基醛。其化學反應式如下所示:2.2過氧化氫的Ruff—Fenton降解反應這種反應可以應用于糖類的減鏈或脫羧,將過氧化氫、鐵鹽與醛糖酸進行反應,可以得到減少了一個羧基的醛糖。其化學反應式如下所示:2.3過氧化氫的Baeyer—Villiger氧化反應這種反應可酮或環(huán)酮轉化成酯或內(nèi)酯,這種合成反應要在過酸下實現(xiàn)。其化學反應式如下所示:2.4過氧化氫的Harries臭氧化反應這種反應將烯烴雙鍵斷開,并在還原條件下獲得醇或羰基化合物;在氧化條件下獲得羧酸和酮。其化學反應式如下所示:2.5過氧化氫的Dakin氧化反應這種反應是在堿性過氧化氫的存在前提下,將芳甲基醛或酮氧化轉變成酚。它的化學反應式如下所示:2.6過氧化氫的Algar—Flynn—Oyamada反應這種反應可以在堿性過氧經(jīng)氫的氧化反應條件下,將2—羥基查爾酮轉變?yōu)?—芳基—3—羥基四氫苯并吡喃—4—酮。其化學反應式如下所示:2.7過氧化氫的Milas烯烴羥基化反應這種反應是指烯烴在紫外光的照射下、釩或鉻氧化物的催化條件下,被過氧化氫氧化,轉變?yōu)轫樖洁彾?。其化學反應式如下所示:2.8過氧化氫的Baudisch反應這種反應是在過氧化氫和銅鹽的存在條件前提下,將苯轉化得到鄰位亞硝基苯酚。其化學反應式如下所示:2.9過氧化氫的Brown硼氫化反應這種反應屬于烯的硼氫化—氧化反應,通常應用于醇的化工合成。其化學反應式如下:由上可知,過氧化氫的有機合成人名反應,應用極其廣泛,具有極為重要的研究價值和意義。
3過氧化氫在有機化工合成中的實踐應用分析
過氧化氫在有機合成的中的實踐應用,自二十世紀九十年代開始,就有一些綠色介質(zhì)如:臨界流體、氟相、離子液體等參與其中。過氧化氫在有機合成中的應用有多種如:氧化反應、羥基化反應、氧鹵化反應等,并從反應起始物和目標分子而言,可以應用于如下有機物的合成過程:(1)過氧化氫在醇的氧化應用在醇系列的化工合成過程中,過氧化氫是必不可少的化學試劑,由于醇系列如:仲醇、脂肪族伯等產(chǎn)物,極易與過氧化氫試劑產(chǎn)生氧化反應,因而應用極為廣泛而重要。醇在過氧化氫的合成作用之下,便會生成羥基化合物,形成良好的循環(huán)狀態(tài)。然而,醇的氧化與其他化合物不同,在鎢、錳、硒的化合物之中,醇系列產(chǎn)物起到了“催化劑”的作用。甲醇是常用的醇系列產(chǎn)物,它在光照的條件下,可以生成乙二醇。由此可見,醇系列的氧化反應有其常見性和特殊性,需要在化工生產(chǎn)中加以嚴格而有效的控制,使其產(chǎn)品與市場的安全標準相契合。(2)過氧化氫在烯烴的氧化應用過氧化氫在烯烴中的氧化應用也是極為常見的類型。在不同的反應條件前提下,過氧化氫可以實現(xiàn)對烯烴的氧化,生成類型不同的混合物,在反應過程中使用催化劑,則可以對氧化反應條件實施有效的控制,使烯烴在過氧化氫的反應作用下,轉變?yōu)榄h(huán)氧化物。然而,對于分子量較大的烯烴來說,其氧化反應又有所不同,烯烴要與鎢酸鹽、磷酸鹽、轉移催化劑按照1:2:1的比例,加以混合反應。在這個反應過程中,轉移催化劑主要是采用常見的甲級三辛基氯化銨的環(huán)氧化催化劑。在這個氧化反應中,由于長鏈不飽和脂肪酸酯的環(huán)氧化物是塑料的增塑劑,因而顯現(xiàn)出氧化反應的重要性。在氧化反應之中,由于鎢酸的作用,過氧化氫對鏈烯的氧化,可以開環(huán)生成鄰二醇,隨后在催化的反應作用條件下,過氧化氫又將烯烴輕基化,使之成為順式鄰二醇,在這個反應中,過氧化氫對鏈烯具有立體的選擇性,當生成順式鄰二醇之后,如果條件充足,鄰二醇還可以被進一步氧化,生成酮和醛式酸,實現(xiàn)對植物生長的合理調(diào)節(jié),并可以廣泛應用于對芳香醛的制備生產(chǎn)過程之中。如:茴香腦制茴香醛。(3)過氧化氫在芳香烴中的氧化應用在金屬離子存在的前提下,過氧化氫可以與芳香化合物在氧化環(huán)境內(nèi),產(chǎn)生極為劇烈的反應,其反應后生成的產(chǎn)物錯綜復雜,具有較強的特殊性,這些反應后生成的產(chǎn)物主要有氧化偶聯(lián)、羥基化、支鏈氧化等混合物。在化工企業(yè)的冬麥制備芳香烴產(chǎn)品的過程之中,如果需要在制備條件具備的條件下,獲得最好的產(chǎn)品,就需要使過氧化氫與芳香烴產(chǎn)物充分結合,具體的方法是先利用鈷鹽、鐵實現(xiàn)催化作用,在過氧化氫參與的條件下,與20%~30%的苯酚產(chǎn)生化學反應;隨后,當化學反應終止之后,即會生成70%~80%的鄰苯二酚。這種化學反應極為迅速,也可以獲得較多的合成產(chǎn)物。另外,在乙酸存在的條件前提下,過氧化氫可以與芳香烴反應,使芳香烴物質(zhì)的側鏈與過氧化氫產(chǎn)生氧化反應,生成酮、醛的化學反應,具有極為重要的工業(yè)價值和現(xiàn)實意義。(4)過氧化氫在羥基化合物中的氧化應用醛是相較于醇而言的更易被過氧化氫氧化的化合物,它可以在缺少催化劑的環(huán)境下,與過氧化氫發(fā)生反應作用而被氧化,并生成羥酸。但是,醛與醇不同的一點在于,芳香醛物質(zhì)是極為特殊的物質(zhì),它在堿性環(huán)境下可以與過氧化氫產(chǎn)生“達金反應”,在這個環(huán)境作用下所生成的甲酸酯會在水的溶解下,得到比原料少一個碳的酚。它在酸性環(huán)境下,可以與過氧化氫產(chǎn)生反應,對環(huán)酮進行反應處理,生成二聚環(huán)烷和三聚環(huán)烷的過氧化物,在對其進行加熱和分解之后,又可以生成大環(huán)烷烴和內(nèi)酯,這是制備大環(huán)化合物的重要方法,但是產(chǎn)率較低。另外,在酸催化的條件前提下,羥酸可以與過氧化氫產(chǎn)生反應,生成過氧酸,并且在反應過程中一旦產(chǎn)生酸,則會迅速與反應物發(fā)生反應。這種過氧酸具有比過氧化氫更為優(yōu)良的氧化作用。(5)過氧化氫在含磷、氮、硫化合物中的氧化應用在堿性存在的條件前提下,含磷、氮、硫的化合物與會過氧化氫產(chǎn)生化學反應,得到產(chǎn)率較高的硫醚,硫醚還可以被氧化為亞砜或砜,在氧化反應中生成的二硫代氨基甲酸鹽與過氧化氫發(fā)生反應,便會生成四烷基秋蘭姆化二硫。硫醇、胺在與過氧化氫的氧化反應之下,可以發(fā)生偶聯(lián)反應,這種氧化反應通常用于制備炎黃酰胺。
4結束語
煤炭有機化工發(fā)展的目的與意義
1有利于替代石油能源,實現(xiàn)煤炭高效潔凈轉化
結合我國煤炭工業(yè)現(xiàn)狀,發(fā)展以煤炭為原料的有機化學工業(yè),是解決企業(yè)對能源需求穩(wěn)定而持續(xù)的要求,進而不斷推動我國經(jīng)濟發(fā)展。在實際操作中,主要應用煤炭液化的手法,使得傳統(tǒng)煤炭向高能石油的功效上相似的過度。其中液化的方法主要分為2類:直接液化與間接液化。直接液化是指工人在煤炭加工中通過對煤炭施加高溫高壓作用,使其直接加氫裂化成為油料產(chǎn)品;間接液化是指先直接對煤炭原料予以氣化凈化,得到氫氣與一氧化碳等初級產(chǎn)品,之后在高溫高壓及催化劑作用下,合成相應的油料產(chǎn)品。此種方法對煤炭資源高效率的應用有著很大的促進作用,有利于對石油能源的替代,對當下能源資源危機的化解起到一定的緩解,進而提高了我國在能源經(jīng)濟上的國際競爭力。
2促進煤炭焦化工業(yè),提高生產(chǎn)附加值
在傳統(tǒng)的煤炭能源利用方面,由于其使用的技術與設施的局限,使得煤炭的利用上低效化,為此在今后煤炭企業(yè)發(fā)展過程中,為減少這樣的浪費,我們需通過在原始煤炭利用的基礎上,融入有機化學的技術,從而獲得高效的能源利用效果,間接的對生產(chǎn)產(chǎn)品附加價值予以提升,其中煤炭焦化工業(yè)就是提升能源效率利用的典型代表。在煤炭焦化過程中,生產(chǎn)者一般以原煤為資源,在隔絕空氣的環(huán)境下,經(jīng)由高溫高壓的特殊處理,以此獲得焦炭及其相關煤焦油、煤氣等附屬產(chǎn)品。在獲得這些分解產(chǎn)品后,我們還需對其進一步加以處理與利用。如煤氣可以直接收集輸送給生產(chǎn)企業(yè)與大眾用戶使用,焦炭可用于制備水煤氣或是用來合成有用的原料氣體,對于煤焦油這一多成分混合物的利用,可采用提純分離的方法,以獲得多種原料產(chǎn)品,通過以上的方式有效提升煤炭資源的利用效率。
3綜合利用廢棄能源,促進能源可持續(xù)化發(fā)展
在煤炭開發(fā)過程中,一般伴隨著煤層氣的釋放,在過去由于開采與利用技術的限制,往往將其視為一種有害的氣體,加以隨意的排放。但隨著近代煤炭利用與有機化學工業(yè)的不斷進步與發(fā)展,科研人員現(xiàn)已探明,煤層氣實質(zhì)是一種新型的高效優(yōu)質(zhì)性潔凈化工能源,為此需對其認真利用,以此實現(xiàn)對于廢棄能源的綜合利用,變害為利,促進能源的可持續(xù)化發(fā)展。
未來煤炭有機化學發(fā)展目標與技術改革
1以煤炭為原料的有機化學工業(yè)發(fā)展存在的缺陷
(1)煤炭有機化工技術水平不高,進步緩慢受我國科技水平的影響,我國在煤化工等方面的工業(yè)更新進展非常緩慢,雖煤化工供應發(fā)展至今已經(jīng)有100多年的歷史,但我國煤化工基礎技術工藝基本沒有突破性的大提高,做過的一些技術的改進真正應用與工業(yè)化的也不多。雖然在此期間,我國也做過向國外引進先進的技術,但總體而言,由于我國自身環(huán)境的限制,大型的煤化工設備與技術并不能完全適用于我國的發(fā)展,其引用技術對我國煤化工全局化技術改革的帶動作用極為有限。(2)全國煤炭有機化工低水平重復建設嚴重由于不同的化工產(chǎn)品應用范圍不同,市場廣度也有不同之處,為此我國煤炭有機化工發(fā)展出現(xiàn)了低水平重復化建設現(xiàn)象,主要表現(xiàn)在對于市場較廣,應用于生活生產(chǎn)較多的有機產(chǎn)品,全國煤炭化工企業(yè)集中向此方向生產(chǎn),由此導致了某些有機化工產(chǎn)品生產(chǎn)過量,造成市場供大于求,由此大大影響了煤炭化工企業(yè)的經(jīng)濟正常發(fā)展。(3)技術開發(fā)機制不完善在我國,煤資源是最為主要的能源主體,為此實際生產(chǎn)中,企業(yè)側重于其原材料的提取與開發(fā),但對于煤資源相應的轉換技術并未放在主要的地位,企業(yè)對其關心的投入力度遠遠不夠,為此造成了煤炭有機化工在技術提升上的缺陷,進一步造成了我國煤資源技術與國外的差距。
2未來工業(yè)發(fā)展改革與創(chuàng)新
(1)實現(xiàn)一體化構想根據(jù)現(xiàn)代煤化工技術密集型和投資密集型的特點,若想實現(xiàn)其經(jīng)濟效益的提升,需要實現(xiàn)其一體化的構想。所謂一體化是指,在具體的化工企業(yè)中,企業(yè)為將大型的煤化工應用設備、大型電力設施與實際煤礦相結合,而提出的一種整合式一體構想。其主要是將煤化工裝置直接建立于礦區(qū)或是臨近與礦區(qū)的地帶,實現(xiàn)煤化工與煤礦開采工作協(xié)同配合,以此達到減少煤炭運耗上的資金投入,實現(xiàn)對煤炭資源合理化優(yōu)化配置。(2)實行基地化生產(chǎn)所謂煤炭有機化工基地化,是指在有機化學工業(yè)中,企業(yè)團體內(nèi)部在布置相關部門企業(yè)的過程中,根據(jù)其內(nèi)部特有屬性與工業(yè)生產(chǎn)流程,對企業(yè)群體地理與配合上予以合理配置布局,以此發(fā)揮出企業(yè)集聚的效果,實現(xiàn)煤炭有機化工資源配置效率與效益的提高,謀求有機化學工業(yè)集約化經(jīng)營,真正做到對現(xiàn)有煤炭資源的高效合理化利用。(3)努力開發(fā)有機化工新技術為了實現(xiàn)我國有機化工發(fā)展向現(xiàn)代化與大型化轉變,提高煤炭化工水平,以此加強煤炭資源對石油能源的取代效果,相關工業(yè)部門必須在其企業(yè)發(fā)展過程中,努力加強有機化工新技術的開發(fā)工作。對于有機化學生產(chǎn)工業(yè)而言,只有在技術上尋求突破才能真正實現(xiàn)其企業(yè)的發(fā)展,與我國能源戰(zhàn)略目標的實施。
結語
關鍵詞 低碳經(jīng)濟;有機化工;能源發(fā)展;走勢
中圖分類號:TF761+.2 文獻標識碼:A 文章編號:
前言
隨著世界終將走進到工業(yè)化時代,各種制品的消耗也將會繼續(xù)增長。雖然物料的循環(huán)使用效率逐漸在強化,但地球范圍內(nèi)的金屬、非金屬礦藏是有一定限度的,而且正在逐漸面臨開采難度上和消耗過大的問題。有機化工科技百年來的進步已經(jīng)在很多領域內(nèi)以低得多的資源、成本、低碳放替代礦物材料,不斷滿足人們的需要
低碳經(jīng)濟發(fā)展背景下的能源發(fā)展
所謂低碳經(jīng)濟,是指在可持續(xù)發(fā)展理念指導下主要通過技術創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉型、新能源開發(fā)等多種手段,盡可能地減少煤炭的使用,以避免奢侈和浪費的碳排放。低碳經(jīng)濟的發(fā)展是根據(jù)目前整個國際社會都在關注碳排放,要求實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的背景下提出的。從19世紀 50 年代工業(yè)化時代的開始,150多年來,工業(yè)經(jīng)濟在不斷發(fā)展,帶來了社會上的很多變化,方便了人們的生活水平。工業(yè)化在帶來經(jīng)濟快速發(fā)展的同時,也給氣候帶來了一定的負面影響。據(jù)IPCC(政府間氣候變化專門委員會)的評估結果顯示,全球氣候正在變暖,導致變暖的原因主要是人類燃燒化石能源和毀林開荒等行為向大氣中排放大量溫室氣體,加劇了溫室氣體的效果。而據(jù) NOAA(美國國家大氣和海洋管理局)最新的調(diào)查結果,全球大氣中的二氧化碳濃度已從工業(yè)革命前的280ppm左右上升到了 2010 年的 389ppm。CO2等溫室氣體濃度的增加會造成地球表面溫度增加,造成冰雪的快速融化、海平面上升等氣候災害。整個國際社會對溫室氣體引起氣候變化的關注促成了聯(lián)合國氣候會議。對我國能源的發(fā)展來講,要結合低碳經(jīng)濟時代的要求,實現(xiàn)能源的合理利用。首先要調(diào)整改善能源消費結構,堅持以煤炭為主、電力為中心、油氣和新能源實現(xiàn)全面發(fā)展的戰(zhàn)略,制定一個科學的并趨向量化的使用標準,規(guī)范能源使用情況,建立低碳、高效、節(jié)能的能源結構,加快研發(fā)新能源,減少溫室氣體的排放;其次是要節(jié)約能源,提高能源的使用效率。在日常的生產(chǎn)和生活中重視能源的利用和開發(fā)。在經(jīng)濟上要通過實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整、管理體制創(chuàng)新的手段來促進能源消費,提高能源利用效率和利用范圍;三是要緊跟國際能源發(fā)展趨勢,各個國家都意識到能源的可持續(xù)性以及可替代性,都在積極的發(fā)展新能源,發(fā)展綠色可持續(xù)能源,都在為能源的發(fā)展進行著長遠的探討和分析,所以我國也要緊跟世界能源的發(fā)展步伐,大規(guī)模的開發(fā)利用新能源,實現(xiàn)新能源代替舊能源。從根本上實現(xiàn)能源的充分利用。
低碳時代有機化工的走勢探討
1、煤化工有機化工的發(fā)展與能源的發(fā)展有著緊密聯(lián)系。所謂有機化工,即為有機化學工業(yè),也可稱之為有機合成工業(yè),它的原料包括氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烯等。有機化工原料發(fā)展到現(xiàn)在也歷經(jīng)近百年的發(fā)展歷程。有機化工原料最早是從19世紀的煤化工發(fā)展起來的,煤化工的發(fā)展伴隨著煉焦副產(chǎn)品以及電石工業(yè)的發(fā)展,利用焦炭通過電石生產(chǎn)乙炔和聚氯乙烯,利用焦爐煤氣生產(chǎn)城市用煤氣以及甲苯、瀝青等化工用品。到20世紀初,隨著石油的出現(xiàn),石油以其流動性強、高氫碳比的優(yōu)勢以及汽車和飛機制造業(yè)的發(fā)展而逐漸取代了煤化工,成為有機化工的新主體。隨著技術的不斷發(fā)展,出現(xiàn)了現(xiàn)代煤化工,現(xiàn)代煤化工不同于傳統(tǒng)煤化工,現(xiàn)代煤化工更加注重了技術對有機化工的影響?,F(xiàn)代煤化工起源于第一次世界大戰(zhàn)之后,德國因缺乏油氣資源無法維持戰(zhàn)爭,開展了煤化工和由煤制取液體燃料的研究,并成功發(fā)明了克虜伯一魯奇外熱式煤低溫干餾爐及魯奇一斯皮爾蓋斯內(nèi)熱式干餾爐。二戰(zhàn)后國際社會對南非實施石油禁止政策,這一政策進一步促成了煤化工業(yè)的發(fā)展,并成功開發(fā)了大型流化床反應器及成功建成兩座規(guī)?;娜斯な蜕a(chǎn)工廠。隨后煤化工業(yè)進入短暫的慢發(fā)展期,于73年國際石油大幅漲價后重新受到重視,在以后的發(fā)展中隨著技術的不斷發(fā)展,現(xiàn)代煤化工業(yè)在規(guī)模、成本及效能上都得到了快速的進步和長遠的發(fā)展。有機化工在低碳經(jīng)濟的發(fā)展背景下,未來的發(fā)展趨勢也是要實現(xiàn)低碳、綠色可持續(xù)發(fā)展,符合我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求,這也就要求有機化工在未來的發(fā)展中要不斷實現(xiàn)技術創(chuàng)新,通過技術創(chuàng)新和科學創(chuàng)新來實現(xiàn)有機化工的綠色可持續(xù)發(fā)展。
2生物質(zhì)從化學角度來看,狹義的天然氣可以作為有機化工原料,因為甲烷轉化為合成氣之后,能夠形成各種化學品。但是從一般情況分析,天然氣化工不能夠成為有機化工原料的主流產(chǎn)品。以甲烷為主要原料的天然氣主要應用在燃料上是經(jīng)濟、高效、潔凈的,但是制除氫氣和甲醇等一些一碳化合物是遠遠不如石油的。當然,在一定的條件之下,天然氣一碳化工也能夠得到很好的發(fā)展。生物質(zhì)作為有機原料有著非常獨特的優(yōu)勢,很多自然界及其人工種植的作物主要成分是淀粉和纖維素等大分子碳水化合物。在酶的作用之下經(jīng)過進一步加工,能夠生產(chǎn)乙醇等產(chǎn)品。最早的乙烯工業(yè)原料路線就是由發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇脫水。由太陽能夠經(jīng)過光合作用產(chǎn)生的,我們可以認為是資源無限的生物質(zhì),經(jīng)過干餾和氣化的諸如煤氣化,獲得合成氣。藻類及其一些植物種子經(jīng)過加工可以獲得生物柴油,這也是化工原料。從另外一個方面分析,生物質(zhì)在生長的過程當中吸收了非常多的二氧化碳,所以生物質(zhì)化工具備著“碳中和”的能力,這是化石能源完全不具備的。所以,生物質(zhì)作為有機化工的原料具備著非常廣闊的前景。21世紀將會出現(xiàn)石油化工、煤化工和生物質(zhì)化工共同競爭和發(fā)展的趨勢。
3、乙烯和丙烯乙烯是有機化工原料中的標志性產(chǎn)品,乙烯主要用來生產(chǎn)聚乙烯、二氯乙烯、乙苯等,據(jù)統(tǒng)計我國 2010 年乙烯的消費量達到了 26Mt,而預計到2020年乙烯的消費量將達到36Mt。要實現(xiàn)單位乙烯產(chǎn)能的增加及運行成本的降低,可以采用大規(guī)模裝置的生產(chǎn)方式。丙烯主要采用在生產(chǎn)聚丙烯、環(huán)氧丙烷、丙烯酸上,根據(jù)對丙烯的現(xiàn)有量及使用數(shù)量的研究,未來丙烯的需求增速將炒股乙烯,因此在現(xiàn)有狀況下要注重丙烯的使用效率,通過技術創(chuàng)新實現(xiàn)丙烯的有效利用。提高丙烯的收率可以通過使用催化劑的方式,在催化劑中加入ZSM一5沸石,另外還可以通過調(diào)整裝置結構的方式縮短停留時間來提高丙烯收率。
4、芳烴及苯芳烴的生產(chǎn)過程主要是通過是有種的環(huán)烷烴脫氫等反應生成。對芳烴的創(chuàng)新方式主要是通過生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新,像近期研發(fā)出的抽提蒸餾工藝及與液液抽提工藝相結合的生產(chǎn)方式的創(chuàng)新,還可以進行轉化工藝的創(chuàng)新,像正在研究的以甲苯和甲醇為原料,通過催化劑的轉化形成芳烴。苯是重要的基本有機產(chǎn)品中的一種。苯的工藝創(chuàng)新主要是體現(xiàn)在提取工藝上,近年來由于生產(chǎn)無苯清潔汽油的需要,采取了抽提蒸餾方法將汽油中的苯分離出來,這也是未來苯的主要來源之一。
結語
低碳、環(huán)保是現(xiàn)代環(huán)境迫切需要的,低碳時代的發(fā)展之路是一個漫長的過程,而有機化工在低碳時代的發(fā)展中起著重要作用,同時也需要進行長遠的謀劃。未來我國有機化工原料主要將來源于石油、煤、生物質(zhì)碳化工三方面,因此要實現(xiàn)有機化工的長遠發(fā)展,也要積極采取措施保證石油、煤、生物質(zhì)碳化工的長遠發(fā)展,同時政府也要從宏觀角度上因地制宜制定天然氣資源的優(yōu)化利用,才能從戰(zhàn)略角度上實現(xiàn)資源的長遠發(fā)展和利用。
參考文獻
[1]石海佳,石磊.中國有機化工原料供應鏈結構——復雜網(wǎng)絡視角[J].化工學報,2009(6).
[關鍵詞]煤炭行業(yè);節(jié)能減排;煤炭資源;有機化工技術
根據(jù)我國的經(jīng)濟發(fā)展形勢來看,煤炭資源作為工業(yè)發(fā)展急需的各種資源中成本低技術低的優(yōu)先選擇,可是目前世界資源都處于一個匱乏的大趨勢下,在這種大趨勢中,對煤炭使用的節(jié)能減排會成為企業(yè)能否真正獲得經(jīng)濟效益的重要環(huán)節(jié),煤炭行業(yè)在有機化學的應用中可以找到新的節(jié)約資源的方式,從而促進企業(yè)經(jīng)濟效益的提升。
一、煤炭行業(yè)中有機化工技術的前景與特點
(一)有機化工技術與煤炭行業(yè)結合的前景
有機化學工業(yè)是化學工業(yè)中對于含碳物質(zhì)的化工技術進行工業(yè)應用的化工產(chǎn)業(yè)統(tǒng)稱,所以又叫做碳化合物工業(yè)。有機化學工業(yè)發(fā)展到今天,從一般的動植物化學工業(yè)發(fā)展到不可再生能源行業(yè)中重要的技術手段。目前以煤炭為主要原料的有機化工技術具有良好的應用前景,在各種資源匱乏的條件下,有機化工技術可以和煤炭行業(yè)相結合,不僅成為了有機化學工業(yè)的一個重要的基礎增長點,也成為了煤炭資源在各種工業(yè)應用中節(jié)省成本提升效益的重要手段。
(二)有機化工技術和煤炭行業(yè)結合的具體應用
1.煤炭的液化技術
有機化工技術在煤炭行業(yè)中的應用有很多方面,其中比較重要的應用就是煤炭的制油技術,這種技術是比較先進的煤炭行業(yè)和有機化學技術相結合的技術,它的重要手段是利用煤炭來進行烴類化合物的提煉,一般情況下是對液體的烴類化合物的提煉,分為間接液化和直接液化兩種方式。直接液化的方式是指將煤炭進行直接的野花,通過催化進行加氫處理,然后使其變成液體。在這個過程中主要有以下幾個處理的步驟:煤炭的處理、對處理后的煤炭進行加強和液化、對煤炭野花后的固體和液體進行分離,對產(chǎn)出物進行油品的煉制和對工業(yè)殘渣進行一定的處理。間接液化的方式是指創(chuàng)造一定的條件,如一定的溫度和一定的壓強,使用煤基合成的氣體對化工類的原料和烴類的原料進行定向催化和處理,從而產(chǎn)生需要的產(chǎn)品。
2.煤炭的清潔技術
有機化工技術和煤炭行業(yè)的應用還體現(xiàn)在對煤炭的清潔,洗煤是針對不合格或者燃燒后污染比較嚴重的煤炭進行處理的一種方式,在對煤炭進行洗煤工作之后,可以對煤炭的效率有一個進一步的提升,從而進行以煤炭為原料的各種化學化工產(chǎn)品的合成,這種有機化工技術在國外的發(fā)展比較成熟,目前國內(nèi)還需要一定的技術和資源才能在這方面取得更好的發(fā)展。
3.煤炭的氣化技術
煤炭的氣化過程中有著大量的物理變化和化學變化,一般情況下煤炭的氣化技術是指把煤炭或者煤焦用氧氣和水蒸氣來作為氣化劑對高溫和高壓條件下的取值進行一定的化學反應,來把煤炭中的可燃物質(zhì)轉化為可燃氣體的過程,煤炭的氣化技術主要分為地面氣化和地下氣化兩個階段。
地面氣化是指在氣化爐內(nèi)對煤炭進行氣化,地下氣化指的是在地下的每層中就進行氣化操作,兩者的施工位置有所差別,但最后的結果卻基本相同,都是保障煤炭氣化的重要有機化工技術手段。
二、有機化工技術和煤炭行業(yè)結合的重要性
煤炭雖然說是成本很低的資源,但是在環(huán)境保護方面,煤炭的燃燒相對于其它能源會產(chǎn)生大量的環(huán)境成本,對于環(huán)境會造成極其惡劣的影響,煤炭燃燒產(chǎn)生大量的二氧化碳會產(chǎn)生臭氧層空洞等一系列的影響,而隨著煤炭需求量的增加,大量的不合格煤炭也進入了煤炭的需求行列,這些不合格的煤炭還會產(chǎn)生大量的二氧化硫等,對環(huán)境有更加嚴重的影響。在煤炭行業(yè)中使用有機化工技術可以對這種現(xiàn)象進行有效的遏制和改善,通過復合型的硫酸鈣載氧體的制備來對固體類的燃鏈化學鏈進行一定的強化和改善。
有機化工技術在煤炭行業(yè)的結合方面也有像前文提到的洗煤技術的改進,在這種技術中,對于潔凈的生產(chǎn)技術、加工技術和轉化技術都有較高的要求,對煤炭資源進行高效率和清潔的利用也是目前我國對于節(jié)能減排和提高企業(yè)效益的強大的企業(yè)技術需求,也是解決我國能源短缺等環(huán)境和能源問題最根本也是最有效的途徑。有機化工技術在洗煤的工序中可以減少這部分的污染物排放和加強煤炭在加工轉化和燃燒過程中的污染程度的控制。
有機化工技術還對煤炭在形態(tài)的轉化和利用方面起到很大的作用,煤炭在經(jīng)過形態(tài)的轉換,尤其是氣化和液化之后對于其他工業(yè)有著很重要的原料作用,煤炭的氣化對于化工產(chǎn)業(yè)來說具有很重要的作用,煤炭的氣化是指對煤的熱作用以及一定的化學作用進行利用從而對煤炭中產(chǎn)生的可燃氣體進行提取和開發(fā),使得煤炭的利用從傳統(tǒng)的物理開發(fā)方式轉化為物理與化學方式相結合的煤炭利用方式,將采煤工藝和氣化工藝結合在一起的采煤方法被稱為第二代采煤方法。煤炭的轉化技術對于企業(yè)經(jīng)濟效益的提升以及國家能源基本結構的改善起著重要的作用,其顯著的影響就是減少煤炭開采廢棄物對于環(huán)境的印象和煤炭大幅度開采造成的地面沉降與他先,使得煤炭的利用率得到大幅度的提升。
而煤炭的液化則有利于煤炭資源的運輸和使用,可以作為同等液化燃料――石油的替代品來使用,從而節(jié)省大量的稀缺資源,在液化煤炭的過程中,也能把煤炭對環(huán)境產(chǎn)生的影響降到最小,從而維護地區(qū)的生態(tài)環(huán)境,提高企業(yè)的生態(tài)環(huán)境效益。
三、煤炭產(chǎn)業(yè)和有機化工技術結合的有效策略
(一)實現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)與其它產(chǎn)業(yè)的一體化發(fā)展
煤炭產(chǎn)業(yè)是工業(yè)發(fā)展的能源基礎性產(chǎn)業(yè),將煤炭產(chǎn)業(yè)與其它產(chǎn)業(yè)進行一體化的設計可以對整體產(chǎn)生較大的幫助,如把煤炭產(chǎn)業(yè)和化學化工產(chǎn)業(yè)進行生產(chǎn)鏈上的深度結合,把化工裝置和煤炭開采結合起來,實現(xiàn)企業(yè)之間的協(xié)同配合,從而促進有機化工技術在煤炭行業(yè)中的應用,節(jié)省雙方的成本。
(二)對煤炭產(chǎn)業(yè)和化工產(chǎn)業(yè)結合的新技術發(fā)展改革提出重視
煤炭產(chǎn)業(yè)和有機化工產(chǎn)業(yè)的結合在于對于高新技術的應用,所以為了適應當前我國經(jīng)濟的發(fā)展趨勢,煤炭產(chǎn)業(yè)必須進行相應的技術研發(fā),以提高煤炭化工技術的水平,實現(xiàn)我國能源結構的調(diào)整和企業(yè)經(jīng)濟效益的改善。
結語
煤炭產(chǎn)業(yè)之中對于有機化工技術的使用應該體現(xiàn)在方方面面,這是煤炭產(chǎn)業(yè)未來更加節(jié)能更加環(huán)保發(fā)展的大趨勢,煤炭產(chǎn)業(yè)的工作者一定要對這種問題產(chǎn)生重視。
參考文獻
[1]賴寒.以煤炭為原料的有機化學工業(yè)發(fā)展的分析與探究[J].煤炭技術,2012,09:256-257.
有機化工廢水成本比較復雜,處理難度較大,尤其是濃度在1-20%的廢水更需要綜合多方面因素進行處理工藝的選擇。本文對有機化工廢水處理技術進行了簡要分析,并對處理技術的發(fā)展前景做了簡單預測。
關鍵詞:
有機;廢水;處理技術
1概述
化工、農(nóng)藥、制藥、皮革、金屬表面處理等行業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的母液、濃縮液、清理液、槽液以及乳化液等,含大量的難降解有機物質(zhì),若不對其進行有效的降解處理,不僅會影響企業(yè)的長遠發(fā)展,還會給周邊的環(huán)境造成污染,進而影響整個生態(tài)平衡。有機物濃度低于1%的廢液,可經(jīng)過稀釋或簡單預處理后即可進入污水處理站處理;若有機物濃度超過20%的,則可通過焚燒法處理;而處于1-20%范圍內(nèi)的有機化工廢液處理難度較大,不僅要考慮處理效果,還應考慮成本問題。本文主要以1-20%范圍內(nèi)的有機化工廢液為例,對其處理技術進行分析。
2有機化工廢水處理技術分析
高濃度有機化工廢水處理問題是國內(nèi)外學者廣泛關注的一個問題,經(jīng)過多年的研究和試驗,已經(jīng)形成了一系列較為成熟的處理體系。
2.1物理處理法
2.1.1吸附法
吸附法原理是利用疏松多孔結構的吸附劑吸附廢液中的污染物,從而達到凈化廢水的目的?;钚蕴?、樹脂等物質(zhì)是常用的吸附劑,如印染廢水通過活性炭后,可除去大部分的有機成分,取得良好的處理效果;樹脂在處理頭孢G酸醫(yī)藥廢水時,可取得很好的處理效果。李麗娟等人利用多種樹脂,多級串聯(lián)的方法對醫(yī)藥廢液進行了試驗處理,結果發(fā)現(xiàn)該法對頭孢G酸的去除率可達95%以上,CODCr的去除率也達到了90%;而樹脂經(jīng)過5%的NaOH處理后,還可恢復吸附功能。吸附法應用過程中也存在一定的不足,吸附劑容易達到飽和狀態(tài),影響后期的處理效果;吸附劑再生工藝難度大,且成本高,一定程度上限制了該法的推廣。
2.1.2萃取法
萃取法原理是利用一種溶劑對不同物質(zhì)的溶解度具有明顯差異的性質(zhì)而達到分離物質(zhì)組分的目的。處理時,向有機廢水中投入萃取劑,萃取劑不溶于水,且對有機物的溶解性較高,因而廢水中的有機物質(zhì)溶解到萃取劑中,實現(xiàn)與水相的分離。王曉兵等人將叔胺N235、乙苯和煤油按比例混合成萃取劑,對含羧酸的有機化工廢液進行處理,經(jīng)過三次萃取后,去除率達到96%以上;處理含苯酚的有機化工廢液時,可選用脂肪酸甲酯為萃取劑,萃取率可高達99.97%,基本實現(xiàn)了苯酚的循環(huán)再利用。
2.1.3膜分離法
膜分離法是借助外力作用使廢水中的物質(zhì)選擇通過薄膜,進而達到去除有機物的目的。如在處理城市污水時,超濾法的使用能去除水中95%以上的濁度;納膜處理染料廢水時,可將廢水中96%以上的染料成分截留,不受溶液pH的影響。膜分離技術運行成本低,操作簡單,但容易發(fā)生結構現(xiàn)象,影響處理效果,限制了膜分離技術的使用。
2.2化學氧化法
2.2.1濕法氧化法
高溫、高壓條件下,廢水中大分子有機物與氧化劑反應,生產(chǎn)無機物或小分子有機物的過程,稱為濕法氧化法。濕法氧化法可應用在印染廢液處理工藝中,提高水的可生化性。濕法氧化法反應時間短、處理效果好,不易產(chǎn)生二次污染,因此具有廣泛的應用領域;但該法對設備要求較高,因此運行成本相對較高,無法在大規(guī)模廢水處理中進行推廣。
2.2.2催化氧化法
催化氧化法作用原理與濕法氧化法運行條件相似,但是通過催化作用將大分子有機物轉化為低污染或無污染的小分子物質(zhì),Cu、Fe、Ni、Mn等是常用的催化劑。例如,利用該法處理有機廢水,當溫度控制在240℃,壓強控制在6.5MPa時,CODCr的去除率可達到96.9%;催化氧化法適應性較好,但反應條件苛刻,只能在有限范圍內(nèi)處理少量有機廢水。
2.2.3超臨界水氧化法
超臨界氧化法在催化劑作用下,有機物在超臨界水中與氧氣反應,導致有機物結構發(fā)生重組,進而達到分解大分子有機物的目的。利用超臨界水氧化法處理造紙黑液時,廢液內(nèi)的CODCr和色度去除效果十分理想,控制實驗條件時,廢水中CODCr的去除率可達到99.8%。超臨界水氧化法反應速度快,處理效率高,但由于反應條件仍為高溫高壓,因此限制了該法的大范圍應用。
2.2.4其他氧化法
除以上幾種氧化法外,還有臭氧氧化法和光催化氧化法。其中,臭氧氧化法氧化能力強,無二次污染,殺菌和脫色效果好,但對廢液pH、反應時間要求較高;光催化氧化法氧化能力強,處理速度快,效果好,可用于ABS有機廢水的處理,但應用也受到了限制,對廢液顏色、成本均有一定要求。
2.3生物處理法
生物處理法是好氧或厭氧微生物利用廢水中的有機物進行新陳代謝,從而達到去除有機污染物的目的。在對味精工業(yè)廢水進行試驗時,SBR法對CODCr的去除率達到90%以上,達到國家二級排放標準。生物處理技術能耗低,符合綠色環(huán)保的要求,但占地面積大,管理過程相對復雜,對CODCr以及色度的去除率相對較低,且受溫度、pH影響較大,因此一般不宜單獨使用。
2.4微電解法
微電解法是利用金屬腐蝕原理,構建原電池從而達到對有機廢水進行處理的目的。處理時,在廢水中填充的微電解材料可在自身電位差的作用下自行電解,消耗廢水中的發(fā)色基團、助色基團、甚至斷鏈,降低CODCr的含量。在利用微電解法對有機廢水進行預處理時CODCr的去除率可達到39%,廢水的可生化性由0.28上升至0.36。微電解法占地面積小,工藝簡單,處理效果好,使用壽命長,便于維護,成本較低,因此可在大范圍內(nèi)推廣使用;但該法存在的不足是鐵耗量與碳耗量不均衡、容易生銹結垢,影響處理效果。
3有機化工廢水處理技術發(fā)展前景
有機化工廢水中組分含量復雜,使用單一的處理方法難以得到理想的處理效果,因此,多種處理方法的聯(lián)合使用將是未來發(fā)展的主要趨勢;另一方面,在我國提倡綠色經(jīng)濟的大背景下,發(fā)展綠色環(huán)保、低成本的處理技術將是未來研究的難點和重點。
作者:王亞偉 單位:石家莊昊普化工有限公司
參考文獻:
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關鍵詞:低碳時代 有機化工 生物質(zhì)能源 可持續(xù)發(fā)展
隨著世界工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展,人口劇烈增長,人類欲望的無限增長和生產(chǎn)生活方式的無節(jié)制,地球面臨越來越嚴重的環(huán)境問題,二氧化碳的排放量愈來愈大,地球臭氧層面臨前所未有的危機,全球災難性氣候?qū)覍页霈F(xiàn),已經(jīng)嚴重危害到人類的生存環(huán)境和健康安全。因此,創(chuàng)新發(fā)展清潔煤技術、節(jié)能減排技術及可再生能源技術,大力推進節(jié)能環(huán)保和資源循環(huán)利用,加快構建以低碳排放為特征的有機化工體系,將成為發(fā)展低碳經(jīng)濟的重要內(nèi)容。
一、低碳時展下的能源格局
低碳經(jīng)濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經(jīng)濟模式。低碳經(jīng)濟實質(zhì)是高能源利用效率和清潔能源結構問題,核心是能源技術創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和人類生存發(fā)展觀念的根本性轉變。低碳經(jīng)濟的發(fā)展模式,為節(jié)能減排、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟提供了操作性詮釋,是一場涉及生產(chǎn)方式、生活方式和價值觀念的全球性革命。工業(yè)革命不僅豐富了人們的經(jīng)濟生活,還給人們帶來了諸多的方便,但同時又給人們帶來了生態(tài)環(huán)境破壞等環(huán)境問題。由于問題的嚴重性,我國已經(jīng)開始改變能源格局,合理使用現(xiàn)有的能源,并注重其它新能源的開發(fā)與利用,希望能從根本上解決能源短缺的問題。
二、中國有機化工趨勢分析
由于工業(yè)時代的到來,消費產(chǎn)品數(shù)量的持續(xù)上升,資源越來越短缺,而有機化工原料儲量畢竟是有限的,所以應采取多種渠道進行循環(huán)利用,以此最大程度滿足人們的需求。隨著有機化工科技的進步,能源消耗的減少以及替代相關礦物能源的出現(xiàn),為滿足人們的相關需求提供了可能。
1.煤化工的發(fā)展
伴隨化工技術的不斷進步與發(fā)展,有機化工領域出現(xiàn)了現(xiàn)代煤化工,其不同于過去的煤化工,在原來的基礎上進行了技術的改革。煤化工按其產(chǎn)品種類可分為傳統(tǒng)煤化工和新型煤化工。傳統(tǒng)煤化工是指煤制焦炭、電石、甲醇等技術成熟的產(chǎn)業(yè)。新型煤化工是指煤制油、煤制天然氣、烯烴、二甲醚、乙二醇等以煤替代能源為導向的產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,我國煤炭能源化工產(chǎn)業(yè)已經(jīng)擁有雄厚基礎。截至2013年底,我國焦炭產(chǎn)量為4.76億噸,電石產(chǎn)量2033萬噸,合成氨產(chǎn)量為5745萬噸,甲醇產(chǎn)量為2878萬噸,均位居世界前列。2013年,我國鼓勵發(fā)展新型煤化工。10多個新型煤化工項目相繼獲國家發(fā)展改革委批準建立,其中包括了煤制天然氣、煤制烯烴和煤制油等項目。目前,大多數(shù)新型煤化工項目仍處于產(chǎn)業(yè)化示范和開發(fā)研究階段,預計部分項目將在未來3-5年內(nèi)建成并投產(chǎn)。相信在未來的努力下,進行不斷的創(chuàng)新與技術改革,我國煤化工的綠色發(fā)展指日可待。
2.生物質(zhì)的發(fā)展前景
作為一種新型化工資源生物質(zhì),生物質(zhì)能是由植物的光合作用固定地球上的太陽能,這個過程當中吸收了非常多的二氧化碳,所以生物質(zhì)化工具備著“碳中和”的能力,這是化石能源完全不具備的,因此生物質(zhì)能最有可能成為新世紀主要的新能源之一。據(jù)估計,植物光合作用每年貯存的能量約相當于世界燃料消耗的10倍;而作為能源的利用量還不到其總量的百分之一。其實,生物質(zhì)能源是人類利用最多、最直接、最早的能源。生物質(zhì)燃燒是最原始的利用方式,不僅熱效率低,而且污染嚴重。通過生物質(zhì)能轉換技術可以高效地利用生物質(zhì)能源,生產(chǎn)清潔燃料,來替代煤炭,石油和天然氣等燃料。從而減少對礦物能源的依賴,以此達到保護國家資源,減輕能源消耗給環(huán)境造成污染的目的。
2.1生物柴油的研發(fā)
我國多年來開展了大量的生物柴油研發(fā)工作,為此也付出了相當大的人、財、物力?!鞍宋濉逼陂g,我國開始進行利用纖維素、廢棄物制取乙醇燃料技術的研究和探索,主要是研究纖維素、廢棄物的稀酸水解和發(fā)酵技術。目前,中科大、遼寧能源所、西北農(nóng)林科技大、石油化工研究院等分別進行了實驗研發(fā)及小型工業(yè)試驗,一系列關鍵技術已被攻克,我國生物柴油工業(yè)產(chǎn)業(yè)化已日見成效。我國正在進行和探尋著可持續(xù)性好、污染小、資源利用率高的綠色環(huán)保道路。探索生物質(zhì)合成液體燃料技術,對確保我國能源安全意義重大。
2.2生物質(zhì)-沼氣的應用
沼氣技術是我國發(fā)展最早的生物質(zhì)能源項目,是一種生物質(zhì)氣化技術。沼氣與其他燃氣相比,其抗爆性好,是一種很好的清潔燃料。此外,沼氣氣體調(diào)節(jié)技術作為一種新興科研技術廣泛應用于果蔬保鮮。以沼氣作為環(huán)境的氣體調(diào)節(jié)劑,用于糧食、果蔬的貯藏,可以降低貯藏物的呼吸強度,減弱其新陳代謝,推遲后熟期,并可以抑制貯藏器內(nèi)糧食、果蔬的生理病害,防止真菌病害及蟲害等。
結束語
低碳經(jīng)濟的發(fā)展和延伸將是一個持續(xù)升溫的發(fā)展話題,在這低碳時代里,以往作為主要化工原料的石油將失去它的主導地位,為各種新型綠色環(huán)保能源所取代,最終退出化工原料的舞臺??沙掷m(xù)發(fā)展是未來發(fā)展的主題,伴隨著經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,能源作為經(jīng)濟運行的血液,已成為經(jīng)濟、科技界及各國政府優(yōu)先考慮的問題。我們通過對石油、煤炭和生物質(zhì)這些有機化工原料進行科學合理的分析后,不難看出只有因地制宜,科學制定有機化工發(fā)展規(guī)劃,才能讓我們在低碳經(jīng)濟發(fā)展迅速的今天,使中國有機化工持續(xù)健康優(yōu)質(zhì)高效的發(fā)展下去。我們有理由相信,在可預見的未來,我國生物質(zhì)能的綜合開發(fā)與利用必將達到一個新的高度。
參考文獻:
關鍵詞: 《有機化工生產(chǎn)技術》課程 教學改革 教學目標
1.高職《有機化工生產(chǎn)技術》課程改革的必要性
《有機化工生產(chǎn)技術》課程是高職高?;ゎ惛鲗I(yè)必修的一門專業(yè)主干課程。它要求學生通過該課程中典型有機化工產(chǎn)品生產(chǎn)方法的學習,了解或掌握典型有機化工產(chǎn)品生產(chǎn)的原料路線、產(chǎn)品的主要應用、產(chǎn)品生產(chǎn)技術進展、反應原理、工藝條件、工藝流程、主要設備等知識,并能舉一反三,拓展到其它有機化工產(chǎn)品的工藝參數(shù)的確定和工藝流程的組織,以及生產(chǎn)中應注意的安全操作知識,等等。
我院《有機化工生產(chǎn)技術》課程采用的是教育部高職高專規(guī)劃教材,該教材是按照烴類熱裂解、碳一、碳二、碳三、碳四、芳烴系列典型產(chǎn)品和化工生產(chǎn)典型操作技術的順序編排的。本教材主要涉及的有機化工產(chǎn)品達18個之多,但每個產(chǎn)品闡述得不夠詳細。教師在上課時假如完全按照書本上的內(nèi)容,照本宣科,就會形式單調(diào),且內(nèi)容空洞,進而學生學起來會很乏味,失去興趣,或是所學的知識是孤立和片面的,不能前后聯(lián)系貫通,更不能舉一反三和應用。這也就無法達到融“知識、技能、態(tài)度”于一體的課程教學目標。怎么來避免這一現(xiàn)象?如何通過該課程的學習提升學生的職業(yè)能力?[1]-[2]進行課程教學改革是很有必要的,而教學改革可以從課程模式、內(nèi)容,以及教材、教學法、手段等多方面進行探索[3]-[5]。筆者認為可以從以下幾個方面進行教學改革。
2.課程教學改革探討
2.1重視對學生所學基礎知識的及時復習和應用
高職學生的基礎較差,有些學生前面所學的《有機化學》和《物理化學》的大部分知識掌握不扎實或已經(jīng)忘得差不多了。而在《有機化工生產(chǎn)技術》課程中,我們經(jīng)常涉及《有機化學》和《物理化學》的內(nèi)容。在講解“反應原理”時,我們要提到有機反應;在講解“反應溫度和壓力等工藝參數(shù)的確定”時我們要用到《物理化學》中的熱力學和動力學的相關原理。因此在該課程的教學中重視對基礎知識的及時復習和應用是很有必要的,及時的復習和應用可以收到事半功倍的效果。
例如在講“丙烯羰基合成丁辛醇”時,筆者先復習有機化學中的羥醛縮合反應,雖然教材中的主副反應列舉了很多,但學生找到了反應的規(guī)律以后,掌握起來就很輕松了。又如在講苯烷基化制乙苯時,筆者先復習苯的親電加成反應及其特點,于是該部分的主副反應就非常清晰了,如何盡量避免副反應、甚至工藝條件中的配料比等工藝參數(shù)如何確定也已基本說清楚了。再如,在講解“甲醇合成反應工藝參數(shù)的確定”時,它涉及反應的熱效應、化學平衡常數(shù)和平衡組成,以及催化劑的活性和選擇性等大量的《物理化學》中的知識,結合起來進行講解以后,學生對甲醇合成的工藝條件的確定,以及在工業(yè)上采用的高、中、低壓法流程等知識理解起來就水到渠成。在理解的基礎上掌握,才能加以運用,達到舉一反三的學習效果。
2.2采用模塊式教學方法
對工藝參數(shù)的確定、反應器型式、化工操作單元等具有共性的產(chǎn)品我們采用模塊式教學方法,即打破教材中各章節(jié)的編排順序進行教學。由于本教材各章節(jié)的內(nèi)容相互之間沒有理論上的關聯(lián)性,因此各章節(jié)的內(nèi)容在教學時間上提前或推后是完全可行的。
2.2.1模塊之一――具有共性的作用或反應原理
例如:在烷烴熱裂解、甲醇氧化制甲醛、丙烯氨氧化制丙烯腈、丙烯氧化制丙烯酸、丁烯氧化脫氫生產(chǎn)丁二烯、乙苯脫氫制苯乙烯等,工業(yè)生產(chǎn)時在反應器中我們都要加入一定量的水蒸氣。加入水蒸氣的作用具有共性的是降低產(chǎn)物的分壓,促進平衡移動;穩(wěn)定操作溫度,避免局部過熱;清除催化劑表面積炭;提高催化劑的選擇性,等等。因此教師在教學中可以把教材中的某些內(nèi)容的順序作適當?shù)恼{(diào)整,并作一定的補充和歸類。
某些反應的反應物的配比如何確定是相通的。例如在苯與乙烯烷基化生產(chǎn)乙苯中,因乙苯的活性比苯更大,所以它與乙烯繼續(xù)反應生成二乙苯,進而生成三乙苯的趨勢很大,工業(yè)上通過控制苯與乙烯的配比來抑制副反應的發(fā)生。在環(huán)氧乙烷水合生成乙二醇的生產(chǎn)過程中配比的確定與此類似。在環(huán)氧乙烷水合生成乙二醇中,由于生成的乙二醇更容易與環(huán)氧乙烷繼續(xù)反應生成二乙二醇,因而會生成三乙二醇、多縮乙二醇等副產(chǎn)物,生產(chǎn)中應通過增加水的配料比等來抑制副產(chǎn)物的生成。顯然其原料配比的確定具有共性。通過采用模塊式教學,把上述內(nèi)容作為一個模塊進行講授,效果顯然比孤立的講解要好。
2.2.2模塊之二――具有共性的反應設備
例如:對于氣固相強放熱催化反應,反應設備主要采用列管式固定床反應器和流化床反應器。但采用何種反應器,各有優(yōu)劣。一般來說,固定床反應器轉化率較高但溫度控制不夠均勻,而流化床反應器適用于大規(guī)模生產(chǎn),可以避免局部過熱,但其主要的缺點是催化劑會受磨損,以及單程轉化率較低,等等。
在乙烯氧氯化法生產(chǎn)氯乙烯(教材中未加以提及)、丙烯氨氧化法生產(chǎn)丙烯腈、丁烯氧化脫氫生產(chǎn)丁二烯等工業(yè)生產(chǎn)中,上述兩種反應器或兩床結合的型式都有采用。優(yōu)劣要依具體情況進行分析。這樣把上述教材中不在一起的內(nèi)容整合到一個模塊中進行教學,通過這一模塊的學習,學生對氣固相強放熱催化反應采用何種反應器會有一個比較全面的理解和掌握。
2.2.3模塊之三――具有共性的化工操作單元
工藝流程的組織中涉及很多的化工操作單元,而對于具有共性的化工操作單元,可以采用模塊式進行教學。
例如,吸收與解吸操作單元,在乙烯直接氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷、丙烯氨氧化制丙烯腈、丙烯氧化生產(chǎn)丙烯酸等生產(chǎn)中,都有直接的應用。
又如,教材幾處涉及萃取精餾在生產(chǎn)中的具體應用:在丙烯氨氧化生產(chǎn)丙烯腈中,在丁二烯的制備時,碳四餾分的分離過程中,等等。
這樣通過對相同的操作單元在不同產(chǎn)品中的應用的學習,可以讓學生較扎實地掌握相關的化工單元操作的原理及其在工業(yè)生產(chǎn)中的具體應用。
2.3采用探究式教學方法
在本課程的教學中,多設置情境,經(jīng)常鼓勵學生進行有目的性的探究,不但可以避免課堂單調(diào),提高課程的活躍度,提高學生學習本課程的積極性,而且無形中可以加強學生分析問題和解決問題的能力,有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。
上文已提到碳四餾分的分離是通過萃取精餾實現(xiàn)的。工業(yè)上根據(jù)所用的萃取劑的不同分為乙腈法和二甲基甲酰胺法等,教材上對這兩種不同萃取劑的流程都進行了描述,但對兩種流程的優(yōu)劣沒有進行比較。在講解完兩種流程以后,教師可鼓勵學生進行探究,對這兩種流程的適用條件和優(yōu)劣進行比較。從而加深學生對兩種工藝的理解。
又如,苯烷基化生產(chǎn)乙苯的工業(yè)生產(chǎn)中,烷基化液中主要含有苯、乙苯、二乙苯、多乙苯等,怎么對它們進行分離?除了書上所提及的分離流程以外還可以采用哪些流程?各有什么優(yōu)劣?與本課程開始時所學的裂解氣的深冷分離進行對比探究。讓學生體會化工產(chǎn)品分離的復雜性、重要性和分離方法的多樣性,在較為單調(diào)和機械的學習中增強學生學習的趣味性和主動性。
在探究式教學中教師要經(jīng)常采用對比的手段。進行對比學習,可以加深學生對內(nèi)容的理解,加深學生探究問題的深度與廣度。
2.4采用任務驅(qū)動式教學法
任務驅(qū)動式教學,可以讓學生的主體地位得到進一步的發(fā)揮。
任務驅(qū)動式教學的實施之一:在講解完工藝參數(shù)以后,在教師適當?shù)奶崾鞠?,要求學生對該產(chǎn)品的工藝流程進行簡單的設計和描述。之后再要求學生體會實際的生產(chǎn)流程是如何布置的。學生進行參與及對照,對提高學生合理設計工藝流程的能力是很有好處的。
任務驅(qū)動式教學的實施之二:可以在先一次課結束時把課程中的某些內(nèi)容以任務的形式布置下去,讓學生預習及準備幾個問題,并明確告之下次課請學生上臺講解或討論。每10―15名學生組成一個學習小組,每個小組輪流選派代表上臺講解或發(fā)言,學生講解完以后,其他同學或提問或補充或討論。最后教師進行點評和講解。該法鼓勵學生相互競爭,評價結果按適當?shù)谋壤嬋肫谀┛傇u成績,能培養(yǎng)學生的競爭意識、表現(xiàn)自我的意識和團隊協(xié)作精神。
2.5采用現(xiàn)場與課堂相結合的教學方法
《有機化工生產(chǎn)技術》是與生產(chǎn)實際緊密聯(lián)系的一門專業(yè)課程,甚至可以說是實際生產(chǎn)的縮寫。有條件的話,我們可以到學校附近的工廠去看看相同的產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)流程。把工廠的流程與課本上的內(nèi)容作比較,看看有何異同。我院對化工類各專業(yè)的學生都安排有專門的時間去附近的株洲化工廠等大中型化工企業(yè)去進行實習的時間。教師可以考慮把教室搬到車間進行教學,采用現(xiàn)場與課堂相結合的教學方法。請看以下教學案例設計:
課程教學單元設計案例:
不拘泥于傳統(tǒng)的教學模式,采用現(xiàn)場與課堂相結合的教學方法,能充分調(diào)動學生學習的興趣,充分發(fā)揮學生學習的主動性;有利于增加學生的感性認識,做到理論與實踐有機結合;有利于培養(yǎng)學生認真嚴謹、學以致用的工作態(tài)度,提高其表達能力。對學生的評價結果以適當?shù)谋壤嬋肫谀┛傇u成績。
3.結語
《有機化工生產(chǎn)技術》是一門專業(yè)課程,其相關內(nèi)容建立在《有機化學》與《物理化學》等基礎學科之上,教師在教學中要重視對學生所學的基礎知識的及時復習和應用,還應通過對傳統(tǒng)的教學方式方法進行改革。筆者結合對本課程的教學經(jīng)歷,對采用模塊式教學方法、探究式教學方法、任務驅(qū)動式教學,以及現(xiàn)場與課堂相結合等教學方法進行了探討。通過教學改革,可以提高學生學習與參與課程的積極性和主動性,提高學生運用所學知識分析和解決問題的能力,有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和競爭意識,能有效地培養(yǎng)其溝通與表達能力,使學生從“要我學”逐漸轉變到“我要學”,可以有效達到融“知識、技能、態(tài)度”于一體的課程教學目標。
參考文獻:
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