生态工业园区的模式

1、化工过程设计概论第第7 7章章 化工化工过程分析过程分析, ,安全工程安全工程与与生态生态工业工业系统系统化工过程设计概论第7章 化工化工过程分析过程分析, ,安全工程与安全工程与生态工业系统生态工业系统 教材依据教材依据本本“化工设计化工设计” ” 教材教材( (496496页页) )：是高等教育：是高等教育十五十五、十二十二. .五五国家级规划教材国家级规划教材, ,希望同学希望同学课下参考教材课下参考教材学习学习。 第一节第一节 系统可靠性与可靠度分析系统可靠性与可靠度分析 第二节第二节 安全性与损失的预防安全性与损失的预防 第第三三节节 风险性分析与评估风险性分析与评估 第四节第四节

2、工业系统安全工程工业系统安全工程 第五节第五节 化工厂安全设计概述化工厂安全设计概述 第六节第六节 单元操作的绿色环保措施单元操作的绿色环保措施 第七节第七节 工业生态系统工业生态系统 第八节第八节 产品生命周期分析与评价产品生命周期分析与评价化工过程设计概论第八节 产品生命周期分析与评价化工过程设计概论多目标优化问题不同于单目标优化多目标优化问题不同于单目标优化 多目标优化问题不同于单目标优化，它要同时优化多个、多目标优化问题不同于单目标优化，它要同时优化多个、可能相互冲突、不可公度的目标函数。可能相互冲突、不可公度的目标函数。多目标优化问题存在多目标优化问题存在一个非劣解集，而问题的解只能

3、是进行协调和折中后生成非一个非劣解集，而问题的解只能是进行协调和折中后生成非劣解劣解。1、数学规划法数学规划法：数学规划法是目前研究应用最多的方法数学规划法是目前研究应用最多的方法。数学数学规划法的基本思想是规划法的基本思想是先把多目标问题转化为单一目标的优化先把多目标问题转化为单一目标的优化问题问题（寻求非劣解集的方法寻求非劣解集的方法），然后应用各种决策分析方法然后应用各种决策分析方法得出非劣解得出非劣解（决策分析方法决策分析方法）。2、多目标进化算法多目标进化算法：从生成非劣解集的角度来看，求解多目标从生成非劣解集的角度来看，求解多目标问题的全局最优实际上是一个问题的全局最优实际上是一个

4、NPNP完全问题。以遗传算法为代完全问题。以遗传算法为代表的进化算法是建立在生物进化基础上表的进化算法是建立在生物进化基础上, , 借鉴自然选择和群借鉴自然选择和群体遗传机理的随机搜索算法。考虑到简单遗传算法（体遗传机理的随机搜索算法。考虑到简单遗传算法（SOGASOGA）计算的高效性计算的高效性，部分研究者在处理多目标问题时把部分研究者在处理多目标问题时把目标函数目标函数矢量标量化矢量标量化，即把多个目标函数整合成单一的目标函数即把多个目标函数整合成单一的目标函数。化工过程设计概论（1）多目标优化问题的表述）多目标优化问题的表述多目标综合问题可以多目标综合问题可以表示成多目标混合整数非线性规

5、划问题表示成多目标混合整数非线性规划问题（MCMINLP），其数学表达式如下），其数学表达式如下：. .max( , , )y d xp d s y. .min( , , )y d xw d s y. .( , )0sth d sAy( , )0g d sBydCyEex |0,1nyYy y1|,mludDd dRddd2|,mluxXx xRxxx式中，式中，p为利润为利润；w为废料为废料；y为定义超结构中不同操作单元是否存在的二元拓扑变量；为定义超结构中不同操作单元是否存在的二元拓扑变量；A、B分别为等式约束和不等式约束中分别为等式约束和不等式约束中y的系数矩阵；的系数矩阵；d为一组连续

6、决策变量为一组连续决策变量，一般表示描述过程，一般表示描述过程进料流和选定的设计或操作参数的独立变量；进料流和选定的设计或操作参数的独立变量；x为各操作单元的数学模型中的连续性变量。为各操作单元的数学模型中的连续性变量。化工过程设计概论（2）多目标优化求解算法）多目标优化求解算法对于多目标问题的求解技术，在学术著作和文献报道中所涉及的方法基本上可分为以下两大类：对于多目标问题的求解技术，在学术著作和文献报道中所涉及的方法基本上可分为以下两大类：1. 多目标数学规划法（多目标数学规划法（mathematical programming multiobjective optimization te

7、chniques） 2. 基于进化策略的多目标优化法（基于进化策略的多目标优化法（evolutionary algorithms-based multiobjective optimization techniques）。）。到目前为止，研究者们共发展了到目前为止，研究者们共发展了20余种数学规划法和余种数学规划法和10余种多目标进化优化法余种多目标进化优化法，例如：遗传算法例如：遗传算法（NCGA、NSGA、FFGA、NPGA 和和SPGA 等），线性加权法，逐步宽容约束法，等），线性加权法，逐步宽容约束法，P模理想点法，模理想点法，最短距离法，极大模理想点法，目标规划法，目标点法，二元相对

8、比较法，模糊关联度法，基于最短距离法，极大模理想点法，目标规划法，目标点法，二元相对比较法，模糊关联度法，基于模糊模拟、神经元网络和遗传算法的混合智能算法（模糊模拟、神经元网络和遗传算法的混合智能算法（ Genetic Algorithms and Fuzzy Multiobjective Optimization etc.），基于模糊集理论的一主多从多目标优化方法，新粒子群优化），基于模糊集理论的一主多从多目标优化方法，新粒子群优化算法，算法， Iterative co-evolutionary algorithm，Optimization technique based on progre

9、ssive articulation of preference information，Immune genetic algorithms等等等等 。 同学们，你们风华正茂同学们，你们风华正茂, , 你们是中国的希望，中国可持续发展的你们是中国的希望，中国可持续发展的未耒将靠你们去创造！世界生态园区的建设与优化问题仍处化研未耒将靠你们去创造！世界生态园区的建设与优化问题仍处化研究发展中，也有待你们去开拓创新！究发展中，也有待你们去开拓创新！化工过程设计概论到目前为止，鉴于生态工业园具有突出的环境保护及显著的到目前为止，鉴于生态工业园具有突出的环境保护及显著的社会经济效益，己受到世界先进国家的

10、广泛重视。社会经济效益，己受到世界先进国家的广泛重视。 美国自二十世纪七十年代开始建设生态工业园美国自二十世纪七十年代开始建设生态工业园区，至少有区，至少有4040个社区建立了生态工业园区项目个社区建立了生态工业园区项目，涉及生物能源的开发、废物处理、清洁工业、固体和涉及生物能源的开发、废物处理、清洁工业、固体和液体废物的再循环等多种行业，形成了各自的特色。液体废物的再循环等多种行业，形成了各自的特色。 美国美国布朗斯维尔生态工业园区布朗斯维尔生态工业园区采用采用“虚拟虚拟”生生态工业园区的模式，依托现有企业进行能量与态工业园区的模式，依托现有企业进行能量与物质的共享，物质的共享，并招募新的工

11、业企业与现有企业互补并招募新的工业企业与现有企业互补和增强废物交换和增强废物交换。化工过程设计概论序号序号E E，P P项目项目地址地址涉及行业特点涉及行业特点1 1查尔斯角查尔斯角弗古尼亚弗古尼亚农业、海产品及海水养殖、旅游艺术品，高新农业、海产品及海水养殖、旅游艺术品，高新技术产品技术产品2 2费尔菲尔德费尔菲尔德马里兰马里兰石化、有机化学品、废物再利用、环境技术石化、有机化学品、废物再利用、环境技术3 3布朗斯维尔布朗斯维尔得克萨斯得克萨斯炼油、沥青、化工、纺织、车罩部件、热电、污炼油、沥青、化工、纺织、车罩部件、热电、污水处理、溶剂回收水处理、溶剂回收4 4河岸河岸佛蒙特佛蒙特生态农业

12、，生物能源，废物处理生态农业，生物能源，废物处理5 5绿色协会绿色协会明尼苏达明尼苏达绿色产业孵化器、废物再利用绿色产业孵化器、废物再利用6 6普拉兹堡普拉兹堡纽约纽约军事设施再开发、资源和废物管理军事设施再开发、资源和废物管理7 7东海岸东海岸加利福尼亚加利福尼亚资源再生、自然美化、提高能源效率资源再生、自然美化、提高能源效率8 8特灵顿特灵顿新泽西新泽西现有工业区的再开发，清洁工业现有工业区的再开发，清洁工业9 9沙为昂沙为昂 亚利桑那亚利桑那商工一体化开发；环境，自然特色商工一体化开发；环境，自然特色1010富兰克林富兰克林卡罗莱纳卡罗莱纳可更新能源与环境技术的商贸联合体可更新能源与环境

13、技术的商贸联合体国际生态工业园区发展趋势国际生态工业园区发展趋势: : 美国生态工业园区美国生态工业园区化工过程设计概论到目前为止，鉴于生态工业园具有突出的环境保护及显著的到目前为止，鉴于生态工业园具有突出的环境保护及显著的社会经济效益，己受到世界先进国家的广泛重视。社会经济效益，己受到世界先进国家的广泛重视。 自自19951995年以来，加拿大开始建设生态工业园区，现有年以来，加拿大开始建设生态工业园区，现有4040多多个工业园区个工业园区中有中有9 9个被认为具备生态工业发展的可能性个被认为具备生态工业发展的可能性，其中涉及的核心工业组合有造纸厂、包装业、副产蒸汽；其中涉及的核心工业组合有

14、造纸厂、包装业、副产蒸汽；聚氯乙烯、苯乙烯、发电、生物燃料；钢铁厂、造纸厂、聚氯乙烯、苯乙烯、发电、生物燃料；钢铁厂、造纸厂、刨花板厂、发电；炼油、化工、热电联产、水泥厂等。刨花板厂、发电；炼油、化工、热电联产、水泥厂等。 印度已在不同工业系统进行了印度已在不同工业系统进行了4 4个工业代谢研究个工业代谢研究，包括位包括位于它日坡（于它日坡（TirupurTirupur）的棉织品生产中心、位于傲尔）的棉织品生产中心、位于傲尔（HaoraHaora）的铸造厂、位于泰米尔的内迪（）的铸造厂、位于泰米尔的内迪（NaduNadu）皮革工）皮革工业和沙谁州利（业和沙谁州利（SeshasayeeSesha

15、sayee）造纸制糖联合体等等。）造纸制糖联合体等等。化工过程设计概论加拿大部分生态工业园区加拿大部分生态工业园区序序号号生态工业生态工业区名称区名称园址园址主要生产企业主要生产企业1伏特萨斯喀彻温伏特萨斯喀彻温(FortSaskatchewan)萨斯克萨斯克(Sask)化学品，聚氯乙烯、苯乙烯、电力、生物燃料等化学品，聚氯乙烯、苯乙烯、电力、生物燃料等2康沃尔康沃尔(Cornwall)安大略湖安大略湖(Ontario)热电联产、造纸、化工、电力设备和水泥等热电联产、造纸、化工、电力设备和水泥等3比勘克比勘克(BecancouE)魁北克魁北克(Quebec)氯碱盐酸、双氧水、烷基苯磺酸盐等化工

16、氯碱盐酸、双氧水、烷基苯磺酸盐等化工4东蒙特利尔东蒙特利尔(MontrealEast)魁北克魁北克(Quebec)炼油石化、工业气体，石膏板、冶金等炼油石化、工业气体，石膏板、冶金等5圣乔尔圣乔尔(SaintJohn)新布伦瑞克新布伦瑞克(NewBrunswick)电力、造纸，炼油、酿酒、制糖等电力、造纸，炼油、酿酒、制糖等化工过程设计概论到目前为止，鉴于生态工业园具有突出的环境保护及显著的到目前为止，鉴于生态工业园具有突出的环境保护及显著的社会经济效益，己受到世界先进国家的广泛重视。社会经济效益，己受到世界先进国家的广泛重视。近年亚洲生态工业园区也发展迅速，日本近年亚洲生态工业园区也发展迅速

17、，日本先后建成了先后建成了藤泽生态工业园区藤泽生态工业园区和卡克博（和卡克博（KokuboKokubo）生态工业园区及扎幌市）生态工业园区及扎幌市( (循环再利用工业园区循环再利用工业园区) )、北海道、北海道( (循环再利用和促进副产品交换循环再利用和促进副产品交换) )、千叶县、千叶县( (能源中心、零排放园能源中心、零排放园) )、歧阜市、歧阜市( (循循环再利用工业联合体环再利用工业联合体) )、大牟田市、大牟田市( (循环再利用工业园区循环再利用工业园区) )、秋田辖区、秋田辖区( (电子产电子产品循环利用品循环利用) )，莺池市，莺池市( (循环再利用矿业工业园循环再利用矿业工业园

18、) )、北九州城、北九州城( (生态工业园区生态工业园区) )和和川崎市川崎市( (循环再利用工业园区循环再利用工业园区) )等十个生态工业城项目等十个生态工业城项目。泰国正在对泰国正在对2828个工业园区进行绿色工业园区试验个工业园区进行绿色工业园区试验，并将其中并将其中5 5个建成生个建成生态工业园区态工业园区。 我国从我国从19991999年己开始循环经济和生态工业园区的试点工作年己开始循环经济和生态工业园区的试点工作，20012001年年8 8月广西贵港正式被国家环境保护总局确认为第一月广西贵港正式被国家环境保护总局确认为第一个国家生态工业个国家生态工业( (制糖制糖) )建设区；建设

19、区；目前国家环保局按照循环目前国家环保局按照循环经济理念，率先领导与创建我国各省市生态工业示范园区经济理念，率先领导与创建我国各省市生态工业示范园区，并在不断探索以循环经济为特色的生态城市建设模式。并在不断探索以循环经济为特色的生态城市建设模式。 化工过程设计概论 建设生态工业园区是世界应对全球资源、建设生态工业园区是世界应对全球资源、能源与环境危机的挑战，保持世界可持续能源与环境危机的挑战，保持世界可持续发展的重要战略举措发展的重要战略举措。我国化工界也必须。我国化工界也必须与时俱进，与时俱进，开拓创新，参与设计并建设好开拓创新，参与设计并建设好具有中国特色的一大批生态工业园区，具有中国特色

20、的一大批生态工业园区，走走新型工业化道路，为把我国建设成世界制新型工业化道路，为把我国建设成世界制造强国贡献力量！造强国贡献力量！化工过程设计概论化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势为了实现为了实现化学工业的可持续发展化学工业的可持续发展，近年来，国际上有关国家政府，近年来，国际上有关国家政府和化工产业界都高度重视和化工产业界都高度重视推动化工产业推动化工产业向绿色化方向发展。向绿色化方向发展。化学产业化学产业尊从尊从绿色化学与化工十二条原则绿色化学与化工十二条原则，绿色化包括：绿色化包括：1.1.原料绿色化（原料绿色化（选择无毒、无害原料，以及选择无毒、无害原料，以及替代

21、性和可再生原料替代性和可再生原料的利用的利用）；）；2.2.化学反应绿色化，化学反应绿色化，目标是实现目标是实现“原子经济反应原子经济反应”；3.3.反应介质绿色化（反应介质绿色化（采用无毒、无害的催化剂、溶剂和助剂采用无毒、无害的催化剂、溶剂和助剂）；）；4.4.产品绿色化（产品绿色化（生产环境友好的石化产品生产环境友好的石化产品） ； 5.5.能源绿色化。能源绿色化。 化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势1 1、是原料绿色化。、是原料绿色化。例如，目前生产聚碳酸酯的主要工艺技术需用剧毒的光气做原料，为了使原料绿色化，为了使原料绿色化，美国美国TexacoTexaco公司

22、公司研究成功用研究成功用环氧乙烷、环氧乙烷、COCO2 2和甲醇为原料，两步法制备碳酸二甲酯（和甲醇为原料，两步法制备碳酸二甲酯（DMCDMC）技术，）技术，用碳酸二甲酯苯酚酯交换法可合成碳酸二苯酯（用碳酸二甲酯苯酚酯交换法可合成碳酸二苯酯（DPCDPC），而碳酸二苯），而碳酸二苯酯是非光气化生产聚碳酸酯的主要原料。酯是非光气化生产聚碳酸酯的主要原料。近斯近斯ShellShell公司开发公司开发了以了以COCO2 2、苯酚和环氧丙烷为原料生产丙二醇和碳、苯酚和环氧丙烷为原料生产丙二醇和碳酸二苯酯，酸二苯酯，可显著降低生产成本，是典型的绿色工艺技术。是典型的绿色工艺技术。化工过程设计概论世界世界

23、绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势1 1、是原料绿色化。、是原料绿色化。碳酸二甲酯已被国际化学品权威机构确认为毒性极低的绿色化学品，碳酸二甲酯已被国际化学品权威机构确认为毒性极低的绿色化学品，它还可以替代光气用于异氰酸酯的绿色生产以及碳酯甲乙酯、碳酸二它还可以替代光气用于异氰酸酯的绿色生产以及碳酯甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二丁酯（亚、仲、叔）等系列绿色合成工艺。乙酯、碳酸二丁酯（亚、仲、叔）等系列绿色合成工艺。又如，为了克服以苯为原料制取己二酸的工艺过程存在流程长、原料又如，为了克服以苯为原料制取己二酸的工艺过程存在流程长、原料苯致癌、副产物多、硝酸等反应介质易腐蚀等诸多问题，苯致癌、副产物多、硝

24、酸等反应介质易腐蚀等诸多问题，美国密执根美国密执根州立大学开发出了以蔗糖为原料，生物转化生产己二酸的工艺，从而州立大学开发出了以蔗糖为原料，生物转化生产己二酸的工艺，从而实现了原料与生产过程无毒无害，为此荣获美国实现了原料与生产过程无毒无害，为此荣获美国“总统绿色化学挑战总统绿色化学挑战奖奖”。化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势2 2、是化学反应绿色化，即实现、是化学反应绿色化，即实现“原子经济反应原子经济反应”。理想的原子经理想的原子经济性反应应是原料分子中的原子百分之百地转化成产品，不产生副济性反应应是原料分子中的原子百分之百地转化成产品，不产生副产品和废物产品和废物

25、。如乙烯、丙烯、长链-烯烃与苯合成乙苯、异丙苯、长链烷基苯，乙烯聚合生产聚乙烯、丙烯聚合生产聚丙烯，对苯二甲酸和乙二醇聚合生产聚酯以及杜邦公司从丁二烯和HCN合成己二腈、用甲醇羰化制醋酸等都是原子经济反应，提高了资源利用率。3 3、是反应介质绿色化、是反应介质绿色化。例如，在钛硅分子筛催化剂存在下，利用在钛硅分子筛催化剂存在下，利用H H2 2O O2 2作氧化剂直接氧化丙烯生产环氧丙烷是一条工艺简单、反应条作氧化剂直接氧化丙烯生产环氧丙烷是一条工艺简单、反应条件温和、选择性高、无污染的绿色工艺路线件温和、选择性高、无污染的绿色工艺路线。前面提及的巴斯夫公司和陶氏化学巴斯夫公司和陶氏化学联合开

26、发的H2O2氧化丙烯生产环氧丙烷（HPPO）新技术，即是反应介质绿色化的典型工艺即是反应介质绿色化的典型工艺。 化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势4 4、是产品绿色化，生产环境友好的石化产品。、是产品绿色化，生产环境友好的石化产品。例如，利用生物质转化可生产聚酯系列产品例如，利用生物质转化可生产聚酯系列产品。目前利用天然生物质制备聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二酯（PBS）、聚对苯二甲酸丁二酯-丁二酸丁二酯（PBTS）等聚酯产品以及主要原料乙二醇（EG）、1.3-丙二醇（PDO）、1.4-丁二醇（BD）等已得到工业化开发和应用。PLA、PBS、PBTS等生物基聚酯产品具有可

27、降解性，最终可成为有机肥料。采用生物基原料合成的聚对苯二甲酸丙二醇酯（采用生物基原料合成的聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTTPTT）、聚对苯二甲）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（酸丁二醇酯（PBTPBT）等产品与常规聚酯产品一样具有可回收性。生物）等产品与常规聚酯产品一样具有可回收性。生物基聚酯的生产具有成本低、污染少、能耗低等优点，属环境友好产品基聚酯的生产具有成本低、污染少、能耗低等优点，属环境友好产品。 化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势4 4、是产品绿色化、是产品绿色化，生产环境友好的石化产品。，生产环境友好的石化产品。又如，二氧化碳和环氧化合物共聚制备脂肪族聚碳酸酯不仅具有光

28、降二氧化碳和环氧化合物共聚制备脂肪族聚碳酸酯不仅具有光降解和生物降解性，同时还具有优良的阻氧气和水的性能，具有良好的解和生物降解性，同时还具有优良的阻氧气和水的性能，具有良好的物理改性和化学修饰能力物理改性和化学修饰能力。可用作工程塑料、一次性医药和食品包装可用作工程塑料、一次性医药和食品包装材料、胶黏剂以及复合材料等。这种产品不仅实现了二氧化碳的资源材料、胶黏剂以及复合材料等。这种产品不仅实现了二氧化碳的资源化利用，而且不对环境造成污染。化利用，而且不对环境造成污染。国内外在二氧化碳基聚合物研发方面开展了大量工作，我国在工业化国内外在二氧化碳基聚合物研发方面开展了大量工作，我国在工业化生产方

29、面处于领先地位。生产方面处于领先地位。例如，中科院广州化学研究所与江苏玉华金例如，中科院广州化学研究所与江苏玉华金龙科技集团合作进行了龙科技集团合作进行了2Kt/a2Kt/a二氧化碳基聚合物中试，得到脂肪酸聚二氧化碳基聚合物中试，得到脂肪酸聚碳酯多元醇及聚氨酯泡沫塑料碳酯多元醇及聚氨酯泡沫塑料，在此基础上建成了世界首套在此基础上建成了世界首套0.02Mt/a0.02Mt/a的二氧化碳基聚合物装置，实现了工业化生产。的二氧化碳基聚合物装置，实现了工业化生产。 化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势5 5、开发石化替代原料，发展战略性新兴产业开发石化替代原料，发展战略性新兴产业在

30、油价高企、石油资源日益紧缺的背景下，开发石化替代原料，发开发石化替代原料，发展战略性新兴产业成了业界关注的热点。展战略性新兴产业成了业界关注的热点。为此，近年来国内外围绕1).1).生物质资源生产化学品生物质资源生产化学品 2).2).非石油原料生产化学品非石油原料生产化学品 3).3).二氧化二氧化碳为原料生产化学品碳为原料生产化学品 等方面开展了大量研发和产业化培育工作。等方面开展了大量研发和产业化培育工作。1)1)、是由生物质资源制备化学品是由生物质资源制备化学品。生物质气化可制得富含生物质气化可制得富含H H2 2气和气和COCO的合成气，由合成气可生产一系列化学品的合成气，由合成气可

31、生产一系列化学品。生物质还可经预处理，。生物质还可经预处理，通过微生物或酶将多糖转化为单糖，再经化学或生物技术转化为化通过微生物或酶将多糖转化为单糖，再经化学或生物技术转化为化学品。学品。目前采用生物资原料已可制取甲醇目前采用生物资原料已可制取甲醇/ /二甲醚、乙醇、丙二醇、二甲醚、乙醇、丙二醇、丙酮、丁醇、丁二烯、丁二醇、丙烯酸等产品。还有一系列品种正丙酮、丁醇、丁二烯、丁二醇、丙烯酸等产品。还有一系列品种正在加紧研发中。在加紧研发中。 化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势5 5、开发开发石化替代原料石化替代原料，发展战略性新兴产业，发展战略性新兴产业1)例如，马萨诸塞州

32、大学开发一种马萨诸塞州大学开发一种以纤维素作物为原料利用催化以纤维素作物为原料利用催化快速快速热解过程一步法制备苯、甲苯和二甲苯（热解过程一步法制备苯、甲苯和二甲苯（BTXBTX）的环境友好工艺）的环境友好工艺，该工艺不需要水和氢气，避免了废液产生，当原油价格为50-60美元/桶时，这种工艺比石油衍生的BTX更具有成本竞争力，目前正在中试阶段，预计2014年将有一套小规模生产装置投产。美国美国GenomaticaGenomatica公司开发出公司开发出由由C5C5或或C6C6糖类和水为原料制取糖类和水为原料制取1.4-1.4-丁二醇丁二醇（BDOBDO）工艺，）工艺，该工艺为以木屑、废纸、农业

33、废物等木质纤维素为原料的第二代BDO生产工艺提供了新途径。 化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势上述工艺生产成本较传统工艺大幅降低上述工艺生产成本较传统工艺大幅降低，BDO实验厂2010年投产。Genomatica公司在开发出1.4-丁二醇工艺的基础上，又开发出将糖和水转化成甲乙酮（MEK）的新型生物产品制造工艺，该工艺可采用与乙醇生产相同的设备和工艺，装置仅需极少投资便可生产出比乙醇具有更高市场价值的MEK产品。巴西巴西BraskermBraskerm公司目前正在建设一套公司目前正在建设一套0.20Mt/a0.20Mt/a的高密度聚乙烯装置，的高密度聚乙烯装置，采用甘蔗衍

34、生的乙醇作原料，该装置将于采用甘蔗衍生的乙醇作原料，该装置将于20112011年投入工业生产。该公年投入工业生产。该公司还正在与总部在丹麦的工业酶生产商司还正在与总部在丹麦的工业酶生产商NovozymesNovozymes公司合作开发由甘公司合作开发由甘蔗大规模生产聚丙烯技术，等等。蔗大规模生产聚丙烯技术，等等。化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势2)2)、非石油原料非石油原料生产化学品生产化学品。埃克森美孚围绕埃克森美孚围绕MTOMTO工艺和催化剂开展了大量研发工作工艺和催化剂开展了大量研发工作，并完成了中试，但仅作为技术储备，从未见其工业化计划的报道。国内中国科学院大连

35、化学物理研究所与中国石化洛阳工程公司国内中国科学院大连化学物理研究所与中国石化洛阳工程公司等单位合作开发的DMTO技术已完成50t/d工业试验，20102010年年8 8月月8 8日神华集团日神华集团公司建设的公司建设的1.80Mt/a1.80Mt/a甲醇进料生产甲醇进料生产0.30Mt/a0.30Mt/a乙烯和乙烯和0.30Mt/a0.30Mt/a丙烯的工丙烯的工业示范装置已成功投产。业示范装置已成功投产。中国石化上海石化研究院研发了中国石化上海石化研究院研发了S-MTOS-MTO技术，技术，在燕山石化完成了0.36Mt/a甲醇制烯烃中试，目前正在进行0.6Mt/aMTO工业示范装置建设工作

36、。 化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势2)2)、非石油原料非石油原料生产化学品生产化学品在在MTPMTP工艺技术方面工艺技术方面，国外具有代表性的工艺是由德国由德国LurgiLurgi公司开发公司开发的技术的技术，该工艺采用改性ZSM分子筛作催化剂，已完成中试。我国大唐国际发电股份公司和神华宁煤集团公司均引进了Lurgi公司MTP技术，正在分别建设生产0.46Mt/a丙烯的MTP装置。伊朗伊朗FanavaranFanavaran公司公司也与Lurgi公司签订了技术许可协议，计划建设MTP工业装置。国内清华大学开发了流化床型式的国内清华大学开发了流化床型式的MTPMTP工艺

37、，中科院大连化物所开展工艺，中科院大连化物所开展了实验室研究了实验室研究。中国石化上海石化研究院也正在研发S-MTP技术。此外，国内外对甲烷或甲醇直接转化成烯烃和芳烃的工艺研究也很重国内外对甲烷或甲醇直接转化成烯烃和芳烃的工艺研究也很重视，对甲烷氧化耦联制乙烯（视，对甲烷氧化耦联制乙烯（OCMOCM）技术、甲烷脱氢芳构化制芳烃技）技术、甲烷脱氢芳构化制芳烃技术、甲醇芳构化技术等开展了大量研究术、甲醇芳构化技术等开展了大量研究，但这些工艺距工业化应用还有相当的距离。 化工过程设计概论世界化工业世界化工业向绿色化方向发展趋势趋势2)2)、非石油原料非石油原料生产化学品生产化学品近年来合成气制乙二醇

38、技术取得重要突破近年来合成气制乙二醇技术取得重要突破。长期以来，国外在合成气制乙二醇技术研究方面曾进行过多条路线的研究，但均未实现工业应用。中国科学院福建物质结构研究所从中国科学院福建物质结构研究所从19821982年开始研究年开始研究COCO气相催化合成草酸气相催化合成草酸酯、草酸酯水解制备草酸和草酸酯加氢合成乙二醇的工艺研究酯、草酸酯水解制备草酸和草酸酯加氢合成乙二醇的工艺研究，2006年该所与上海金煤化工新技术公司、江苏丹化集团合作进行300t/a草酸二甲酯和100t/a乙二醇中试及万吨级合成气制乙二醇工业试验。在工业试验成功的基础上，在内蒙通辽建成了0.20Mt/a煤制乙二醇工业示范装

39、置，并于2009年12月7日投运成功。此外，中原大化中原大化0.20Mt/a0.20Mt/a煤制乙二醇项目已全面启动。煤制乙二醇项目已全面启动。近年巴斯夫公司正在开发直接由合成气生产烯烃技术，而不需由合成气近年巴斯夫公司正在开发直接由合成气生产烯烃技术，而不需由合成气通过甲醇制烯烃，以减少投资通过甲醇制烯烃，以减少投资。巴斯夫已将该工艺从实验室推进到小型巴斯夫已将该工艺从实验室推进到小型装置上做试验。装置上做试验。 化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势3)3)、以二氧化碳以二氧化碳为原料生产化学品。为原料生产化学品。为寻找石化工业的替代原料为寻找石化工业的替代原料，降低工业

40、排放到环境中的温室气体二氧，降低工业排放到环境中的温室气体二氧化碳量，全球的化学家正在致力于将二氧化碳转化成高附加值的化学化碳量，全球的化学家正在致力于将二氧化碳转化成高附加值的化学品的研究。品的研究。目前全球每年排放的二氧化碳量为目前全球每年排放的二氧化碳量为24000Mt/a24000Mt/a，通过化学，通过化学利用消耗的二氧化碳仅为利用消耗的二氧化碳仅为115Mt/a115Mt/a。在二氧化碳的化学利用中，生产尿素约消耗二氧化碳在二氧化碳的化学利用中，生产尿素约消耗二氧化碳90Mt/a90Mt/a，由合成，由合成气添加适量二氧化碳生产甲醇消耗约气添加适量二氧化碳生产甲醇消耗约3.0Mt/

41、a3.0Mt/a，其他的利用途径还包还包括水杨酸、聚碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯和可降解塑料等，消耗的二氧括水杨酸、聚碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯和可降解塑料等，消耗的二氧化碳均在万吨级。化碳均在万吨级。化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势3 3、以二氧化碳以二氧化碳为原料生产化学品。为原料生产化学品。目前，世界有关石化公司正在加快二氧化碳化学利用的研究。例如，世界有关石化公司正在加快二氧化碳化学利用的研究。例如，日本旭日本旭化成公司化成公司已将其开发的以已将其开发的以COCO2 2为原料生产聚碳酸酯技术推向海外；为原料生产聚碳酸酯技术推向海外；日本三井化日本三井化学学已开发出以二氧化

42、碳为起始原料的全新的制备甲醇工艺，并已建设已开发出以二氧化碳为起始原料的全新的制备甲醇工艺，并已建设100t/a100t/a中试；中试；住友化学公司正在与东京大学等单位合作住友化学公司正在与东京大学等单位合作开展以二氧化碳为原料制取脂肪族开展以二氧化碳为原料制取脂肪族聚碳酸酯的研发工作。聚碳酸酯的研发工作。巴斯夫公司正在与哈佛大学合作巴斯夫公司正在与哈佛大学合作研究如何在化工工艺中使用二氧化碳，等等。在二氧化碳化学利用的前沿领域，世界正在研究以二氧化碳为原料生产甲酸、在二氧化碳化学利用的前沿领域，世界正在研究以二氧化碳为原料生产甲酸、二甲醚、聚脲和喹唑啉诱导体以及二氧化碳基聚合物二甲醚、聚脲和

43、喹唑啉诱导体以及二氧化碳基聚合物等等。除了将二氧化碳直接作为化学原料外，还可将二氧化碳转化为更通用的化工除了将二氧化碳直接作为化学原料外，还可将二氧化碳转化为更通用的化工原料，如一氧化碳、合成气原料，如一氧化碳、合成气。其中，天然气与二氧化碳转化制合成气是未来其中，天然气与二氧化碳转化制合成气是未来二氧化碳利用研究的热点之一。二氧化碳利用研究的热点之一。 化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势4).4).近年来，国外大型石化公司通过开发国外大型石化公司通过开发实施节能实施节能新工艺新技术，采新工艺新技术，采用各种用各种提高燃料效率和节能提高燃料效率和节能措施，开展措施，开展碳

44、捕集碳捕集研究，在研究，在节能减排方面节能减排方面取得了重要进展。取得了重要进展。例如，巴斯夫公司例如，巴斯夫公司通过热电联产和生产过程中的能量优化，20200808年能效在年能效在20022002年基础上提高了年基础上提高了25%25%。巴斯夫对路得希港地区的17套装置实施上门解决方案，为其提供能源和原材料消耗的实时数据，自2006年以来使这些装置每年降低成本超过150万欧元，其中降低能源消耗的成本占主要组成部分。埃克森美孚公司埃克森美孚公司通过全球能源管理系统的实施，每年节约的能源量可供100万欧洲家庭使用，减排量相当于100万辆汽车的排放量。该公司该公司通过通过热电联产提高能源使用热电联

45、产提高能源使用效率，效率，已在全球已在全球3030家炼厂、化工厂安装了家炼厂、化工厂安装了8585套热电联产装备，套热电联产装备，使炼厂和石化厂减少使炼厂和石化厂减少30%30%的能耗，并减少外购电的能耗，并减少外购电力。力。化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势国际石油石化公司在大力推进节能减排的同时国际石油石化公司在大力推进节能减排的同时，也着力于也着力于COCO2 2的捕集的捕集与封存与封存技术研究。技术研究。BPBP公司率先进行碳捕集研究，开展了投资为公司率先进行碳捕集研究，开展了投资为25002500万万美元的碳捕获项目（美元的碳捕获项目（CCPCCP），），资助了

46、一系列有关碳捕获与埋存的研究。挪威国家石油公司预计到挪威国家石油公司预计到20202020年其新的年其新的碳捕集与封存项目将拥有碳捕集与封存项目将拥有300300万吨的万吨的COCO2 2减排能力。减排能力。据美国化学周刊网站2009年11月30日报道，DOWDOW化学与化学与DenburyDenbury石石油公司联合实施了二氧化碳捕集项目油公司联合实施了二氧化碳捕集项目，DenburyDenbury将从将从DOWDOW化学位于路易化学位于路易斯安那州的环氧乙烷装置捕集二氧化碳，斯安那州的环氧乙烷装置捕集二氧化碳，然后通过管道输送至休斯顿然后通过管道输送至休斯顿附近的附近的HastingsHa

47、stings油田，用于提高采收率。油田，用于提高采收率。又据美国又据美国化学周刊化学周刊20102010年年1 1月月1515日报道日报道，巴斯夫公司与林德公司巴斯夫公司与林德公司将联合开拓捕集废气中二氧化碳的技术将联合开拓捕集废气中二氧化碳的技术许可及设备销售许可及设备销售，将向客户提将向客户提供集成式的工程解决方案及二氧化碳捕集整套设备。供集成式的工程解决方案及二氧化碳捕集整套设备。 化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势4)4)利用利用工艺技术的改进工艺技术的改进和和采用先进控制技术采用先进控制技术实施节能实施节能。例如，例如，DOWDOW化学和化学和BASFBASF公

48、司合作开发的公司合作开发的过氧化氢法制环氧丙烷过氧化氢法制环氧丙烷（HPPOHPPO）新工艺）新工艺，使使BASFBASF在比利时的在比利时的0.3Mt/a0.3Mt/a新装置和一般环氧丙烷新装置和一般环氧丙烷装置相比将节能装置相比将节能35%35%。DOWDOW化学公司在生产过程控制中使用了先进控制和优化系统化学公司在生产过程控制中使用了先进控制和优化系统（AC&OAC&O），），使装置生产能力提高了使装置生产能力提高了3%-5%3%-5%，而能耗却降低了，而能耗却降低了4%-6%4%-6%。CelaneseCelanese公司通过醋酸和醋酸乙烯工艺改进公司通过醋酸和醋酸乙烯

49、工艺改进，使近两年的能耗节省使近两年的能耗节省10-20%10-20%。化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势 绿色化工技术创新绿色化工技术创新仍是世界化工业不断发展的仍是世界化工业不断发展的推动力推动力近年来近年来，石化技术仍不断发展石化技术仍不断发展。以蒸汽裂解制乙烯为代表的传统工艺以蒸汽裂解制乙烯为代表的传统工艺技术持续改进和优化，技术持续改进和优化，清洁生产、绿色产品和节能减排技术受到高度清洁生产、绿色产品和节能减排技术受到高度重视重视;工程技术不断进步推进生产装置向更大型化方向发展工程技术不断进步推进生产装置向更大型化方向发展;新一代催化剂技术、新的聚合技术、纳米复

50、合技术将催生合成材料新新一代催化剂技术、新的聚合技术、纳米复合技术将催生合成材料新产品，新的替代燃料、替代原料技术和化工新材料技术快速发展产品，新的替代燃料、替代原料技术和化工新材料技术快速发展，正正孕育着战略性新兴产业等等。化工技术创新将继续对世界化工业的发孕育着战略性新兴产业等等。化工技术创新将继续对世界化工业的发展起重要的推动作用。展起重要的推动作用。化工过程设计概论世界世界绿色化工竞先化工竞先发展趋势趋势 5.5.能源绿色化能源绿色化在当今世界，在当今世界，发展面临着前所未有的良好机遇和严重挑战发展面临着前所未有的良好机遇和严重挑战，能源短缺、资源，能源短缺、资源枯竭、环境污染等问题已

51、严重影响人们的生活和制约社会的发展。面临着环枯竭、环境污染等问题已严重影响人们的生活和制约社会的发展。面临着环境保护与能源短缺双重压力。境保护与能源短缺双重压力。要加速发展，就必须在保护环境的前提下加快要加速发展，就必须在保护环境的前提下加快能源建设。能源建设。 下图是对下图是对2050年世界能源消耗的估计：年世界能源消耗的估计：化工过程设计概论5.5.能源绿色化能源绿色化: :可再生能源有以下八种可再生能源有以下八种 1、太阳能太阳能：直接来自于太阳辐射。主要是提供热量和电能。直接来自于太阳辐射。主要是提供热量和电能。 2、生物能生物能：由绿色植物通过光合作用，将太阳能转化为化学能，由绿色植

52、物通过光合作用，将太阳能转化为化学能，储存在体内，可沿食物链单向流动，最终转化为热能散失掉。储存在体内，可沿食物链单向流动，最终转化为热能散失掉。也可通过燃烧和厌氧发酵获得沼气来取得能量。也可通过燃烧和厌氧发酵获得沼气来取得能量。 3、风能风能：由太阳辐射提供能量，因冷热不均产生气压差异，导由太阳辐射提供能量，因冷热不均产生气压差异，导致空气水平运动致空气水平运动风的形成。主要是通过风力发电机来获得风的形成。主要是通过风力发电机来获得能量。能量。 4、水能水能：由太阳辐射提供能量，产生水循环，来自海洋的暖湿由太阳辐射提供能量，产生水循环，来自海洋的暖湿空气，受热上升，太阳能转化为势能，当在高山

53、上形成降水后，空气，受热上升，太阳能转化为势能，当在高山上形成降水后，水往低处流，势能转化为动能，就是水能。主要是通过水力发水往低处流，势能转化为动能，就是水能。主要是通过水力发电机来获得能量。电机来获得能量。世界世界绿色绿色化工竞先化工竞先发展发展趋势趋势化工过程设计概论 5、海洋能海洋能：包括潮汐、波浪、洋流等海水运动蕴包括潮汐、波浪、洋流等海水运动蕴藏的能量，也是取之不尽用之不竭的。潮汐能主藏的能量，也是取之不尽用之不竭的。潮汐能主要来自于月球、太阳等天体的引力，波浪、洋流要来自于月球、太阳等天体的引力，波浪、洋流的能量主要是受风的影响。主要是通过潮汐的动的能量主要是受风的影响。主要是通过潮汐的动能来发电。能来发电。 6、