清洁生产技术.docx

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清洁生产技术

清洁生产技术

一．实行清洁生产的必要性

——生存与发展的出路

国情：

落后→生存压力

摆脱贫困→发展

问题：

巨大生存压力下的发展

保护环境难于得到

足够重视、有效保证

结果：

污染相当严重

发展态势很不乐观

原因：

政策、工作、现实、历史问题

原因：

（1）经济的超常发展给环境带来巨大冲击

（2）结构性污染问题突出

（3）工业总体技术水平低、物耗高、损失大

（4）工业布局不合理，加剧了污染的危害

（5）历史欠账太多，扩大环境投资的缺口

（6）经济发展中存在“政策失效”问题

（7）资源浪费惊人

（8）末端治理为主的环保策略

末端治理暴露出的问题：

（1）经济问题：

投资、运行、收效、沉重负担

（2）资源浪费问题：

浪费→污染

（3）技术效果问题：

不能从根本上解决，转移

（4）生产与环保对立问题：

生产与污染控制分割开

危机：

国情给经济发展构成巨大的、潜在的危机

三大矛盾：

经济增长可能速度--消费期望值

财力不足--环境治理紧迫性

人口过多--资源短缺

经济实力：

不可能进行大量的环境投资

怎么办？

经济发展--环境问题

世界形势，不能走发达国家的路子，多种压力

发达国家的实践告诉我们急功近利的模式不仅损害未来的发展基础，也不能彻底摆脱生存的危机

我国工业化起步时，全球环境危机。

历史规定了我国生存与发展的苛刻条件

出路：

以控制污染和节约资源为目标的清洁生产技术

成为我们势在必行、必然的选择。

二、清洁生产的内涵

（CleanerProduction），多种叫法

联合国发展规划署工业与环境规划行动中心提出

表征从原材料→产品→消费使用全过程的污染防治途径。

使生产发展和环境问题协调起来。

定义：

指将综合预防的环境保护策略持续地应用于生产过程和产品中，以期减少对人类和环境的风险。

两个全过程控制：

生产全过程；产品整个生命周期全过程

两个目标：

（1）资源利用（别于一般治理方法）

（2）减少污染、风险

从狭义上讲，它是一种具体技术

从广义上讲，它是一种思想方法，一门综合科学

哲学、经济学、环境科学、

企业管理学、生产工艺学等

清洁生产的内容：

（1）清洁的生产过程：

工艺内容

（2）清洁的产品

（3）清洁的能源

（4）清洁的后处理

清洁生产是一个相对的概念（Cleaner，非Clean）

与末端治理的又一区别:

末端治理：

标准越严，环境有利，企业压力大

清洁生产：

标准越严，环境受益，企业也有效益

清洁生产横向与纵向的含义（贯穿）：

横向：

原料→产品→使用→处置

纵向：

研究、开发、中试、工程设计、开工、运行。

（每一步骤中都有一个横向的内容）

清洁生产通过应用专门技术和转变人们的认识来达到

它是国内外20多年污染防治的成功经验

是最有效、最经济地消除污染的根本途径

三、清洁生产审计

是推行清洁生产，实行生产全过程控制的核心

是对企业现在的和计划进行的工业生产实行预防污染分析的过程

通过一套严格的审计程序，达到

核对有关资料；确定废弃物；判定物料流失的关键；......;判定企业低效率的瓶颈部位及管理不妥之处；提高认识（目的）

从而提出

一套节约原料及能源、减少浪费、减少废物产生量，

提高企业效率和产品质量行之有效的方法

清洁生产审计的七个步骤

（1）筹划和组织：

小组

（2）预评估：

重点

（3）评估：

实测

（4）备选方案的产生和筛选：

无、低、中、高费

（5）可行性分析：

技术、环境、经济等指标

（6）方案实施：

问题

（7）持续清洁生产：

措施、研究、开发、培训。

备选方案按投资额分类：

无费：

0元低费：

0-3万元

中费：

3-10万元高费：

>10万元

审计有：

初期、中期、终期

边审计边削减边实施：

七个步骤常交叉

世行援助项目B-4系项目“推行中国清洁生产”示范阶段

18家企业中期492个方案无、低费305个

终期461个方案无、低费274个

实施242个，大多无、低费，污染物减少20-50%

企业水平中等

审计工作涉及企业的

管理、生产、环保、贮运、安全、设备等部门

国外相关行业“行业污染控制指南或手册”

内含：

生产工艺过程；废物产生源；

废物毒性及危害性；废物最小化方法；

废物处理、处置；排放标准等

清洁审计是提高企业管理水平的重要手段

企业领导→产品成本和质量

环保人员→废弃物的量及危害

清洁生产综合了二者的焦点

清洁生产审计提出的许多方案，由简单的企业管理来实现，但方案本身是清洁生产思想指导下的产物

山东一个电镀厂

（1）防止劣质化工材料入槽5%Cu、Ni、Cr

（2）多停留10秒5%Cu、Ni、Cr

40项简单措施，废水减少38.8%，金属排放减少50%

钢管厂；小浪底；杨子石化公司

如何评价一个工艺过程尚无统一标准

物料利用率=产品总重量/原料总重量

前苏联排放达标前题下

一级企业：

物料利用率90-98%

二级企业：

物料利用率80-90%

三级企业：

物料利用率<80%,普通企业

级别与利益挂钩

重要的是：

衡量一个企业已经单纯由污染问题

走向结合资源利用问题了

英国ICI公司

环境负荷因子（ELF）控制原材料的消耗

ELF=（工厂所用原材料总量-售出产品量）/售出产品量

ELF集中反映单位重量产品消耗的

原料、溶剂和其它化学品重量

实际上不仅要看产出，也要看投入

不仅要看经济，也要看环境

（基于现代的技术及科学管理水平的一个评价）

不仅要看资源，也要看能源

清洁生产审计的很好开展及实施

取决于企业领导的知识、认识、管理水平

取决于企业的生产等技术水平

宋健指出：

推行清洁生产应解决的三个问题

（1）对清洁生产的指导思想和基本内容有正确的认识

（2）明确实行清洁生产的关键在于企业生产、经营、管理

的科学化

（3）实现清洁生产必须依靠科技进步

第一个问题：

认识问题（必要性）

第二个问题：

管理问题（无费、少费及持续性）

第三个问题：

技术问题（当技术需改革时，上述两种方法

无法解决时）

四、化工清洁生产

化工的重要性污染大户

化工技术在清洁生产中的作用（其它行业）

1．化学工业污染严重的原因

老企业，品种多，中小企业，技术落后，设备陈旧

从清洁生产和生产全过程控制的角度分析，有

（1）矿物原料品位较低

粗料多，原料都是粗加工的产品如粗盐

当含硫品位25%→42%

吨酸产废渣1174kg/t→605.7kg/t

（2）高污染的原料路线

聚氯乙烯：

（电石）乙炔→乙烯

合成氨：

用煤炭占63.49%→天然气、石脑油

硫酸：

80%硫铁矿→硫磺及冶炼烟气

（3）落后的生产工艺

环氧乙烷：

氯醇法（Cl2问题）直接氧化法

硫酸：

一转一吸占70%；二转二吸仅30%

（4）非经济的生产规模

中小型企业（手工操作，自动化低）达不到经济规模

磷酸：

规模1.5万→20万t/a

电耗328→104kwh/t

合成氨：

小厂/大厂（废水）10/1，能耗高70-80%

（5）不合理的企业产品结构

小型合成氨厂（<5万t/a）占生产厂总数90%

硫酸小型厂400多家

小型厂不该生产大宗化学品

应生产具高技术含量、专门化产品。

（6）落后的生产管理

a）原料、产品管理不严

贮运、混配、条件、措施不严

b）工艺参数控制不严

得率波动10-20%，钛白粉达56-80%

c）设备仪表维修不及时，跑冒滴漏，事故。

d）工作环境恶劣，导致野蛮操作

e）废弃物未妥善处理

（7）观念上重视不够

2．推行化工清洁生产的战略

（1）转变观念，确立清洁生产意识（尤其领导）

a）不要以环境为代价抓生产（生产+环保）

b）更新传统经济发展模式观念，从发展战略上减少污染

由高消耗、低产出→低消耗、高产出型

c）更新环保投入无经济效益的观念

酸气腐蚀、酸水管路、粉尘对产品

d）更新被动消极的防治观念，主动多快好省治理污染

末端→全过程；浓度控制→总量+浓度

点源防治→分散治理，集中控制

e）更新保护环境是环保部门的事的观念，调动各种积极性

（2）制定清洁生产法规、政策和标准，严格执法

清洁生产法、标准或指南

新建、技改项目都要考虑清洁生产

已有企业要进行清洁审计，推行清洁生产技术

（3）加强宏观指导和调控，制定有利于清洁生产的产业政策

a）把清洁生产纳入化学工业生产与科技发展的规划中，尤其是新产品的开发、研究都要进行综合评价

b）利于清洁生产的产业政策

之一：

技改与新建厂平衡与限制

之二：

技术选择限制

离子膜法取代汞法、隔膜法

之三：

规模限制

硫酸>10万t;烧碱>5万t;乙烯>30万t

之四：

产品结构

有机金属农药→生物类；溶剂更换

之五：

原料改善

精料、替代品

之六：

三废治理技术的使用，已有的要投入

工程项目中环保投资占总投资

发达国家15-20%，我国5%

（4）建立化工清洁生产方法学，搞化工清洁生产审计示范工程

国情、编制手册、指南等

（5）建立化工清洁生产技术中心

信息、资料、培训、技术指导等

（6）公众的社会监督作用

3．化工生产的全过程控制

污染防治机会存在于整个化工过程的整个生命周期中（即上述的横向和纵向）

对新产品或新工艺的研究开发和设计阶段中，污染预防的可能性最大，效果最好（一旦工艺确定，工厂建好，设备选好了，不但困难，而且往往要付出很高的代价）

通过工艺化学和过程概念化可了解所产生废物的特征，评估它潜在的环境影响。

在研究开发阶段需要选择的许多因素（原料、溶剂、工艺条件等）都会影响到废物的产生及特征，这一阶段为从源头削减或回收利用废物提供了可能性最大、效果最好的污染防治途径

研究开发的三个不同阶段之污染防治目标

过程概念化实验室研究中间试验

（定性）（半定量）（定量）

设计阶段（初步设计和工程设计）之预防目标

初步设计：

废物在厂内或厂外的循环、回收利用

工程设计：

设备与材料、操作运行事故

研究开发与设计阶段污染预防基本方法

（1）了解过程的特点：

全部，但优先考虑的问题

（2）评估对环境的影响：

人、自然

尤其高迁移性、持久性、积累性和富集性

（3）确立预防的可能途径

库存→设备→过程→循环

通过多种技术替代、变化

（4）方案的比较分析：

技术性、经济可行性

比较环境成本是重要内容

环境成本：

直接费用、间接费用、

法规费用（许可费）、责任费（罚款）

（5）总结：

文件，作为后续阶段防止污染的起点

实行化工清洁生产的主要途径

更注意工艺技术部分

（1）改变原料路线：

便宜、少污染

（2）原料的综合利用：

矿分选后用于生产其它

如前苏联磷铁矿

（3）改变旧工艺，开发新工艺

a）烧碱：

汞法→隔膜法→离子膜法

b）苯胺：

苯→（硝化）→硝基苯→（Fe粉）→苯胺（多污）

硝基苯→（催化+N2还原）→苯胺（少污）

苯酚→（NH3）→苯胺

（4）工艺过程的闭路循环

HNO3等离子体合成（闭路），原来的NH3+O2（开路）

国别

年代

工业水循环率

美国

1980

67%

1985

87%

2000

97%

苏联

1988

84%

中国

现在

60%

（5）工业废料再利用（转化为二次资源）

国外：

硫铁矿烧渣中，Fe,Au,Ag........精

选后，回收重金属

国内：

硫铁矿烧渣制水泥

磷石膏制硫酸联产水泥

（鲁北化工集团冯怡生）

年产6万吨磷胺，联产80万t硫酸，

12万t水泥，再利用的好例子。

（6）产品的更新换代

电器中的多氯联苯（PCB）绝缘介质但致癌

农药、塑料等

4．化工清洁生产的目标与层次

目标

（1）完全清洁（无废）

现阶段有困难，较长远目标，依靠技术进步

（2）尽量清洁（少废）

过程是现有技术水平上清洁的

污染有但可达标

治理不了的可转化为二次资源

其中

（2）是现阶段更现实的清洁生产目标，不少企业可通过加强管理及重视污染防治来达到

层次

考虑化学品、化学反应、单元操作、配套技术及工程（绿色科技中“绿色化学与化工”是个关键问题）

审视化学反应过程的新观点

原子经济的反应（化学家追求的目标）：

A+B→C（产物）+D（副产物）

C>>D或D=0

审视化工过程的新观点

“零排放”过程（化工学者的理想）：

原料→化工过程→产品

污染物排放为零

（光合菌利用NH3-N处理）

原子不经济的反应也可以做到零排放

如副产物无害（如水）或可以综合利用

绿色的化工过程

不仅要包括原子经济、零排放等含义

也要包括使用清洁能源为动力

（否则转嫁环境负荷于过程之外）

（这其实就是清洁生产的目标）

还要包括产品、原料是环境友好的

更要是经济有利的

绿色化学（原子经济反应）

不一定是绿色化工过程

（因为有附属过程所以不一定零排放）

但易于实现为绿色化工过程

绿色化学与化工的三个层次

（1）与环境友好的化学品

满足：

经济性、功能性和环境性三维

指标的原料、产物、副产物

（2）绿色化学与化工的单元过程

原子经济的化学反应过程

零排放的化工单元及加工过程

（3）绿色的组装过程

通过第一和第二层次的设计和组装，构成总体上原子经济和零排放的过程体系或生产过程。

在该体系中，用于组装的构件可以包括阶段性原子不经济和非零排放过程，但总的体系要是绿色的

第三层次在我国现阶段具有重要的现实意义。

它是当前我国绿色化学化工，即发展清洁化工生产的突破口，依靠传统的化学化工的科技基础，在较少的基础和应用研究与开发投资条件下，不仅可望解决现在许多化工生产过程存在的污染问题，还可提高资源利用率和增加经济效益

与传统的工业过程的组装不同，绿色组装过程更要充分依赖于绿色单元过程的研究、开发和应用，所以绿色单元过程的研究与开发是绿色化学与化工的关键任务

5．化工清洁生产中的技术进步

生产工艺方面

（1）重新审视衡量化学过程和产品的标准

E因子（副产/产品）

比较说明精细化工、制药比石化明显不清洁

原子利用率取代选择性

考虑化学反应过程的总化学计量关系对清洁路线的选择更有利

（2）催化科学的关键作用

E因子及原料有利的路线依赖于催化剂

同一反应路线，Cat可改进其环境友好程度

（减少副产物）

固态酸碱Cat的进展

选择性催化（择形）

催化原理对工艺的作用

（晶格氧减少副产物，工艺改进）

光催化的进展

（3）重新考虑化学化工过程中的溶剂

有机↔水互换有机污染严重

a）无溶剂合成

b）水为溶剂

b）超临界流体

c）离子流体（溶解度、防止溶剂化、分解等）

（4）重新重视电合成化学及电化学反应工程

清洁能源

电子取代氧化还原剂

易控制氧化还原深度

发酵工业产品的集中，易于清洁化

（5）面向市场的灵活工艺

有关产品分布控制的问题

甲醇+NH3→单甲胺、二甲胺、三甲胺

（MMA）（DMA）（TMA）

硅铝Cat：

TMA多；

沸石Cat：

DMA多

末端治理技术方面

（1）化工热力学在环境评价中的应用

（2）膜分离技术的应用

去除、浓缩、回收

（3）超临界技术的应用

萃取、反应

（4）核技术的应用

示踪分析、辐射技术、水、气

（5）周期操作（递向正向交叉）技术

减少反应器内的传热设备

（6）系统工程及集成化技术

控制及综合利用

（7）低浓度下的化学反应工程基础问题的进展

（8）复杂的物流成分

（9）高效的反应器技术（宠大的处理池）

（10）新颖的反应器及过程

五．环保产业与化工技术

化学工程师担负着既要治理本身污染

又要为其它行业提供先进治理技术的双重任务。

化学工艺学

（ChemicalProcessTechnology）

（适用于化学工程与工艺专业）

目的和要求

化学工艺学课程介绍以天然资源为原料生产基本化工原料的过程的基本原理、工艺过程与工艺条件和过程涉及的设备等。

具体包括基本无机化工、基本有机化工、生物化工等方面内容。

目的是使学生在对化学工业的发展史有初步认识的基础上，了解化工原料生产的资源变迁和发展历程，掌握化学工业的发展趋势并清楚化工清洁生产工艺的基本内容。

无机化工部分以合成氨生产工艺为例讲授从原料气制取、一氧化碳变换、原料气净化和氨合成等工序的生产原理及工艺安排。

有机化工部分主要讲授烃类蒸气裂解制烯烃的工艺、石油化工中的催化氧化工艺、催化加氢工艺、催化脱氢与氧化脱氢工艺。

生物化工部分则主要介绍部分成熟的生物工艺过程。

通过该课程的学习要求学生能掌握这些有代表性的化工过程的化学（生物化学）原理、过程热力学特征、动力学特征、催化剂应用、工艺设计要求与工程考虑，使学生对基本化学工业典型过程的共性和特性有深入的了解，并具有综合应用大学前三年所学知识对工业化实际化工过程进行分析的能力。

基本内容及学时分配

该课程总学时为60学时，具体内容及学时分配如下：

主体内容（60学时）

第一章绪论（5学时）