浅谈绿色化工的重要性

浅谈绿色化工的重要性

张燕

安徽雪郎生物科技股份有限公司（安徽 蚌埠 233000 ）

摘要：自国家提出“碳中和”、“碳达峰”愿景。为贯穿碳达峰、碳中和两个阶段的顶层设计，化工行业中的“绿色”尤为重要。要想达到“绿色”循环，必须对化工产业进行“链条化”，“循环化”的设计。今年来绿色化工技术的使用，提高了人们对绿色环保理念的理念。结合具体实际，如何能将传统工艺通过合理设计来达到产业循环，上下游供应循环有着比较重要的考验。

关键词;苯；顺酐；苹果酸；L-天门冬氨酸

“绿色”化工的重要性，传统化工的初级阶段，粗放型，破坏环境型的工艺屡见不鲜。由于化工产品初期产品厂家少，有一定的需求量这个就造成在生产化工产品的工艺更多地是考虑如何能把化工产品给生产出来，消耗和能耗放在一边。而其中产生的三废更多的就是就地排放或者是找一个囤积起来。典型的欧美国家走的就是先污染，后治理的道理。随着大众对物质文明建设的的满足，慢慢转移到精神文明建设的要求来，化工做为污染的大源头，如何能更好的运用绿色化工技术成为焦点。例如在利用co₂合成淀粉的新工艺就是说明可再生资源的重复利用。清洁化是针对生产工艺过程的控制，降低三废的排放大幅度降低，co₂严格控制排放，并且在源头要消除或是减少固废的产生，进一步降低副产物的产生，最终达到碳中和。

1. 顺酐生产工艺

国内目前以原料为分类，顺酐的生产工艺为苯法和正丁烷法。苯法顺酐工艺中主要是苯氧化水吸收为主，正丁烷法中有水吸收和溶剂吸收，近年来考虑到正丁烷法水吸收中的能耗和单耗的问题，现在基本上以溶剂吸收为主导。溶剂吸收主要有点为能耗低，连续性好，产品质量相对水吸收好。但是丁烷法顺酐工艺中所用到的球罐以及投资大，原料运输等问题造成建造难题。而雪郎公司依据自身特点和实际情况采用苯法水吸收工艺，通过固定床反应器管束装填催化剂进行氧化反应，反应出口温度较高进行热量回收，气冷将大部分顺酐气体的热量进行回收产生高压蒸汽。大多数下游厂家，以苹果酸为例子在生产过程中顺酐是在高温高压的情况下进行水合反应生产的，在水合反应过程中顺酐中的杂质会影响主反应的生产导致苹果酸合成收率低等问题。

2. 苹果酸生产工艺

苹果酸生产工艺主要有发酵法、固定化法以及过程集成技术在苹果酸生产中的应用。在前两种的生产工艺中都或多或少用的一些发酵用的菌种或催化剂。苹果酸做为食品添加剂要求苹果酸中的杂质非常严格，前两种工艺路线中或多或少接触到非食品类的物质，需要通过额外增加处理工序来达到要求，雪郎公司采用高温高压水合法生产苹果酸，在合成釜中产生水合反应的合成物经过回收热量后进入冷却釜冷却，由于合成釜处于高温高压的工艺条件下会生产一定比例的富马酸，在进入浓缩前需要将富马酸通过刮刀卸料离心机分离出来，分离过后的合成液变成大部分苹果酸母液，因生产过程和原料难免会存在部分杂质，这时需要用阴阳树脂过滤其中的杂质确保苹果酸溶液达到食品级的要求，最后通过两效蒸发器将苹果酸溶液中多余的水分蒸发出去，最后通过移动式烘干床烘干结晶水得到固体苹果酸产品。在生产过程中不添加任何物质，完全靠顺酐和无离子水自身生产。这样产出的产品纯度好，成本低廉。

3. L-天门冬氨酸生产工艺

天门冬氨酸生产工艺中主要是通过菌种进行发酵，然后通过过滤、离心处理得到。延胡索酸和氨水放入反应釜中反应得到延胡索酸铉溶液；以一定的空间速度连 续流过填充式生物反应器;延胡索酸铉溶液流过含有天冬氨酸酶的固定化 E. Coli的填充式生物反应器,所得转化液中杂质就少，即后续步骤所得L-天门冬氨酸中副产物极大地减少,提取工艺较为简单。在天冬生产前进行配料，配料罐的顺酸进料阀门，启动顺酸泵，往配料罐内加顺酸10³-23m³，停顺酸泵，关闭顺酸进料阀，开启搅拌，打开配料罐的氨水阀门，缓慢调pH至7.8-8.6，配制马来酸含量在18-26%。在天门冬氨酸的工艺过程中较为重要的是酶的生产，利用生产菌的新陈代谢作用，采取单罐酶生产，通过代谢过程控制最大限度的积累菌体。酶的生产需要加入所需玉米浆干粉、富马酸、氯化钠，搅拌均匀后。打开离交柱进料阀门、柱底阀门和去结晶罐的出料阀门，启动天冬清液泵经过列管换热器将物料升温至一定温度，输入离交柱，调整到一定流量，当结晶罐物料漫第一层搅拌叶时，启动搅拌；当物料漫过所有盘管时，关闭列管加热器蒸汽阀、停天冬清液泵，关闭离交柱进料阀，打开冷凝水阀，将离交柱内的结晶冲至结晶罐，流量控制为1-15m³/h，清洗量为2-3m³，关闭冷凝水阀；打开空气阀，将离交柱内残余的部分压至结晶罐，关闭空气阀，关闭去结晶罐的出料阀门。最后通过浓缩、结晶进行成固体，用吨袋进行包装，达到防潮标准。

4. 绿色化工的“链条化”、“循环化”

雪郎公司从初始原料苯到最终做出食品添加剂的苹果酸、L-天门冬氨酸，从中可以看出整个过程中能做到三废最少、能耗最低的特点。苯氧化法制顺酐，因其整个氧化反应的过程为放热反应，所副产的蒸汽（包括催化焚烧所产生的蒸汽）除自身用外可以全部外供苹果酸装置和L-天门冬氨酸装置使用，苹果酸装置所用的导热油也可以通过顺酐装置的固定床氧化反应器来实现供给，这样进一步降低苹果酸合成工序中的能耗，在苯法水吸收中有两种产品，一种为部分冷凝下来的粗顺酐，粗顺酐通过精制得到成品顺酐供苹果酸使用。另外一种为通过无离子水来吸收的未被冷凝的顺酐形成顺丁烯二酸，俗称酸水。酸水做为L-天门冬氨酸的原料供其使用生产，在天门冬氨酸的生产过程中所产生的废水返回至顺酐装置的酸水罐中，循环使用达到完全不用无离子水的目前。

5. co₂在雪郎公司中的利用

绿色化工的理念已经形成，雪郎公司在装置设计过程中就将co₂的再次利用规划其中。co₂合成技术早在很多年前就开始研发。目前市面上最明显的就是煤化工中的合成氨工艺，利用co₂合成需要的NH₃然后供下游使用。中科院的co₂合成技术将绿色化工迈进了一大步。有这一步为后续的发展奠定了坚实地基础。重视绿色化工的技术、输入端的能量和过程的能量的控制、特别是重视co₂输入端的技术研发。过程控制能量的消耗，进一步优化改进过程端能量控制管理。通过发明研究新工艺的产生，替代那些能耗高、消耗高的老旧工艺，提高新能源的使用率，例如新能源的电能，太阳能等。

6. 总结

要遵守碳达峰、碳中和的目标就必须实现化工产品的“链条化”、“循环化”。碳达峰碳中和是一项复杂而长期的工作，需要久久为功，目标上要坚定不移，策略上要稳中求进，要充分考虑自身实际情况设计出一条绿色化工产业链。持续不断地进行改进，在最优的路上需要一直前行。目前，由于新能源的使用广泛，相对应地没有相关的绿色化工管理机制，可能会造成在新绿色化工中造成市场的不稳定性。甚至会造成某些人趁机钻空子的良好机会，促使绿色化工的畸形成长。绿色化工不光是口头上喊，而是需要需要长时间，甚至出现一代二代人前赴后继地研究才有可能实现的绿色技术。技术沉淀是我们现在都迫切需要的基础，可以说是根本原则。没有良好地技术沉淀无法将我们心中所想一步一步变成现实。在国家已做好的顶层设计，需要我们企业加大对绿色化工的关注、投入。我们有义务、有责任将绿色化工积极推广。只有加大了技术研发投入，在缓解环境的同时，进一步优化企业的生产，提高企业的经济效益，并提高企业对绿色化工的认知度，从而形成良性循环，促进企业可持续发展。

参考文献

【1】化工工程工艺中的绿色化工技术 金晓莉

【2】化工工程中绿色化工技术的应有 陈雄

【3】绿色化工技术研究新进展 杨贺勤 刘志成 谢在库

【4】绿色化工研究 丁杰

【5】试析化工工程工艺中的绿色化工技术 候利燕