2023年12月14日发(作者：)
浅谈化工前沿所学知识
听完了各位老师精心串讲的化工前沿讲座课程，收获颇多。下面我就谈谈自己通过听讲、查资料，经过思考后对化工前言知识的理解。主要包括离子流体的发展及应用发展、己二酸制备的回顾及展望、干熄焦技术（HPF脱硫）等，针对这些前言知识谈谈自己的感悟。
一、离子流体的发展及应用发展
离子液体是指全部由离子组成的液体，如高温下的KCI, KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。在离子化合物中，阴阳离子之间的作用力为库仑力，其大小与阴阳离子的电荷数量及半径有关，离子半径越大，它们之间的作用力越小，这种离子化合物的熔点就越低。
离子液体具有不挥发、不可燃、导电性强、黏度低、热容大、蒸汽压小、性质稳定，对许多无机盐和有机物有良好的溶解性，在电化学、有机合成、催化、分离等领域被广泛的应用。在与传统有机溶剂和电解质相比时，离子液体具有一系列突出的优点：（1）液态范围宽，从低于或接近室温到300摄氏度以上，有高的热稳定性和化学稳定性；（2）蒸汽压非常小，不挥发，在使用、储藏中不会蒸发散失，可以循环使用，消除了挥发性有机化合物（VOCs，即volative organic compounds）环境污染问题，（3）电导率高，电化学窗口大，可作为许多物质电化学研究的电解液；（4）通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，并且其酸度可调至超酸。（4）具有较大的极性可调控性，粘度低，密度大，可以形成二相或多相体系，适合作分离溶剂或构成反应—分离耦合新体系；（5）对大量无机和有机物质都表现处良好的溶解能力，且具有溶剂和催化剂的双重功能，可以作为许多化学反应溶剂或催化活性载体。由于离子液体的这些特殊性质和表现，它被认为与超临界CO2，和双水相一起构成三大绿色溶剂，具有广阔的应用前景。
二、己二酸制备的回顾与展望
己二酸（ADA），又称肥酸。常温下为白色晶体, 熔点152 ℃，沸点337.5 ℃，主要用于生产尼龙66盐、聚氯酯、合成树脂及增塑剂等；目前世界上己二酸主要用于生产尼龙66盐，进而生产尼龙 66树脂和纤维、聚酯多元醇、增塑剂等。由于己二酸生产技术在不断提高。原来传统的工艺主要有环己烷法和苯酚法。由于苯酚法消耗高，正逐步被淘汰。环己烷法占主导地位。并且新的工艺也不断推出。
传统己二酸的生产工艺主要是硝酸氧化KA油。所以传统的生产工艺分为两步：KA油
的生产和KA油的氧化。KA油可从环己烷、苯和苯酚为原料制得。
环己烷为原料，环己烷氧化制备KA油是现在工业上广泛采用的方法。技术较成熟可靠。是以苯为原料，进行催化加氢制成环己烷，再利用空气氧化制成KA油（环己醇和环己酮的混合物）。
苯为原料，该方法主要是以苯为原料，采用部分加氢路线，以Ru为催化剂加氢生成环己烯，环己烯进行水合反应生成环己醇。
苯酚为原料，将苯酚催化加氢生成生KA油。如多相催化，在150 ℃，在1 Mpa下加氢可将苯酚还原成KA油。这种方法设备投入和生产复杂程度与环己烷法相差不大，工艺安全，投资费用低，但是苯酚原料的成本高，适合在苯酚原料相对丰富的地区，如美国、巴西、西欧和前苏联等部分地区。
硝酸氧化KA油或环己醇制己二酸（ADA），目前工业上被广泛采用硝酸氧化KA油或环己醇制备己二酸的工艺流程是：在0.1-0.5% Cu与 0.1-0.2% V为催化剂催化下，用60%
HNO3在60-80 ℃，0.1-0.9 MPa 氧化KA油，KA油的总转化率为100%，ADA选择性约95%。该法的主要副产物是戊二酸和丁二酸。其中催化剂铜和钒各有作用：钒适合低温，其优点在于使生成的中间体选择性地转化成ADA，从而提高反应收率。
我国己二酸最大的消费领域是聚氨酯（PU）行业，约占总消费量的63.2％，尼龙66盐约占33.8％，其它领域约占3％。由于我国尼龙塑料工业发展较缓慢，而聚氨酯工业发展迅速，因此我国己二酸的消费结构与国外差距较大。我国不仅聚氨酯工业对己二酸需求强劲，而且尼龙66盐对己二酸的潜在需求也十分巨大。
三、干熄焦技术
干熄焦主要由干熄炉、装入装置、排焦装置、提升机、电机车及焦罐台车、焦罐、一次除尘器、二次除尘器、干熄焦锅炉单元、循环风机、除尘地面站、水处理单位、自动控制部分、发电部分等组成。根据设计的不同，干熄焦系统包含的主要设备也不尽相同，比如德国1mA设计的干熄焦就没有一次除尘器，其进锅炉的循环气体中粗颗粒焦粉的去除由于熄炉本体完成；有的干熄焦直接采用外供除盐水，因此省略了干熄焦除盐水生产这一环节，只是对外供除盐水进行除氧处理即可；有的干熄焦没有设计发电装置，锅炉产生的蒸汽经减温减压后直接并网使用.从炭化室推出的红焦由焦罐台车上的圆形旋转焦罐(有的干熄焦设计为方形焦罐)接受，焦罐台车由电机车牵引至干熄焦提升井架底部，由提升机将焦罐提升至提升井架顶部；提升机挂着焦罐向干熄炉中心平移的过程中，与装入装置连为一体的炉盖由电动缸自动打开，装焦漏斗自动放到干熄炉上部；提升机放下的焦罐由装入装置的焦罐台接受，
在提升机下降的过程中，焦罐底闸门自动打开，开始装入红焦；红焦装完后，提升机自动提起，将焦罐送往提升井架底部的空焦罐台车上，在此期间装入装置自动运行将炉盖关闭。
装入干熄炉的红焦，在预存段预存一段时间后，随着排焦的进行逐渐下降到冷却段，在冷却段通过与循环气体进行热交换而冷却，再经振动给料器、旋转密封阀、溜槽排出，然后由专用皮带运输机运出。为便于运焦皮带系统的检修，以及减小因皮带检修给干熄焦生产带来的影响，皮带运输机一般设计有两套，一开一备。冷却焦炭的循环气体，在干熄炉冷却段与红焦进行热交换后温度升高，并经环形烟道排出干熄炉；高温循环气体经过一次除尘器分离粗颗粒焦粉后进入干熄焦锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，温度降至约160~(2的低温循环气体由锅炉出来，经过二次除尘器进一步分离细颗粒焦粉后，由循环风机送入给水预热器冷却至约130~C，再进入干熄炉循环使用。
经除盐、除氧后约104℃的锅炉用水由锅炉给水泵送往干熄焦锅炉，经过锅炉省煤器进入锅炉锅筒，并在锅炉省煤器部位与循环气体进行热交换，吸收循环气体中的热量；锅炉锅筒出来的饱和水经锅炉强制循环泵重新送往锅炉，经过锅炉鳍片管蒸发器和光管蒸发器后再次进入锅炉锅筒，并在锅炉蒸发器部位与循环气体进行热交换，吸收循环气体中的热量；锅炉锅筒出来的蒸汽经过一次过热器、二次过热器，进一步与循环气体进行热交换，吸收循环气体中的热量后产生过热蒸汽外送。
干熄焦锅炉产生的蒸汽，送往干熄焦汽轮发电站，利用蒸汽的热能带动汽轮机产生机械能，机械能又转化成电能。从汽轮机出来的压力和温度都降低了的饱和蒸汽再并入蒸汽管网使用。
四、二氧化碳的综合利用及活化机理研究
近年来，随着国民经济的快速发展，我国的气体行业发展迅速，气体产品市场不断扩大，
气体工业年增长率达12%。目前全国气体产品市场年销售额约为250亿元，到2002年将达到280亿元。气体行业对新技术的应用以及大型先进设备的引进，使国内很多大型机组达到了 国际先进水平；变压吸附气体分离技术、膜分离技术的广泛推广应用，充分体现了我国工业气体行业正逐步走向成熟。
CO2化学自20世纪80年代以来已引起世界各国特别是工业发达国家的普遍关注。据统 计，全世界各种矿物燃料（煤、石油、天然气）燃烧排放到大气中的CO2量达到185～242亿吨／年，而其利用尚／不足1亿吨／年。CO2的大量排放，不仅造成资源严担浪费，
而且作为一种主要的温室效应气体，引起的环境公害举世瞩目，美国、英国和德国都研究制定了 队排放制度，日本则加快了CO2综合利用方面的研究，计划用10a时间建立起以CO2为化工原料的独立工业体系。
CO2在化工合成上的应用，CO2除了成熟的化工利用（例如合成尿素、生产碳酸盐、阿司匹林、制取脂肪酸和水杨 酸及其衍生物等）以外，现在又研究成功了许多新的工艺方法，例如合成甲酸及其衍生物， 合成天然气、乙烯、丙烯等低级烃类，合成甲醇、壬醇、草酸及其衍生物、丙酯及芳烃的烷 基化，合成高分子单体及进行二元或三元共聚，制成了一系列高分子材料等。
CO2在农业上的应用，作为一种廉价的原料，CO2可用于蔬菜、瓜果的保鲜贮藏。CO2也能用于粮食的贮 藏，它比通常所用的蒸蒸剂效果更好。把CO2引入蔬菜温室，能增加蔬菜的生长速度，缩短其生长周期，提高温室的经济效益。用飞机将于冰撒入云层施行人工降雨，能解决久旱无雨， 庄稼失收的问题。
CO2在一般工业上的应用，CO2是很好的致冷剂。它不仅冷却速度快，操作性能好，不浸湿产品，不会造成二次污 染，而且投资少，人力省。CO2在石油工业上的应用已较成熟。这首先体现在提高石油的采油率上。CO2作为油田注入剂，可有效地驱油。另外，CO2用作油田洗井用剂，效果也十分理想。
CO2用于超临界萃取，超临界CO2流体，由于具有与液体相近的密度，而粘度只有液体的l%，扩散系数是液体 的100倍，所以它的萃取能力远远超过有机溶剂。更为理想的是控制条件就可定向分离选定 的组分，可在常温和较低压力下工作，没有毒性和发生爆炸的危险，使用时不但有很好的工 作性能，而且可有效地浸出高沸点、高粘度、热敏性物质。
CO2作为化工单元的中间体，在催化有机合成方面已被得到大量开发，例如合成环内酯、羧酸类、甲酰胺类、烃类化合物，高分子聚合物等，而其在国内市场还未被广泛推广，主要 由于CO2的不活泼性，需要不用高温高压或使用催化剂才能反应，但发达国家都已投入大量的人力和物力开发CO2化学，一些国家已取得了不少成就。
五、纳米技术的应用
纳米是长度单位，原称毫微米，就是10的-9次方米（10亿分之一米）。纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米技术包含下列四个主要方面：
⒈纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。
⒉纳米动力学，主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统,用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。
⒊纳米生物学和纳米药物学，如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精细结构等。
⒋纳米电子学，包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。
六、膜技术
膜分离技术的发展和应用，为许多行业，如纯水生产、海水淡化、苦咸水淡化，电子工业、制药和生物工程、环境保护、食品、化工、纺织等工业，高质量地解决了分离、浓缩和纯化的问题，为循环经济、清洁生产提供依托技术。
膜是一种起分子级分离过滤作用的介质，当溶液或混和气体与膜接触时，在压力下，或电场作用下，或温差作用下，某些物质可以透过膜，而另些物质则被选择性的拦截，从而使溶液中不同组分，或混和气体的不同组分被分离，这种分离是分子级的分离。制膜方法一直是膜领域的核心研究课题，也是各公司严格保密的核心技术。把上述的膜制成适合工业使用的构型，与驱动设备(压力泵、或电场、或加热器、或真空泵)、阀门、仪表和管道联成设备。在一定的工艺条件下操作，就可以来分离水溶液或混和气体。透过膜的组分被称为透过流分。这种分离技术被称为膜分离技术。
膜技术在各化工工业生产过程中，往往有分离、浓缩、分级和纯化某种水溶液的需求。传统用的方法是沉淀、过滤、加热、冷冻、蒸馏、萃取和结晶等过程。这些方法表现出流程长、耗能多、物料损失多、设备庞大、效率低、操作繁琐等缺点，以超滤膜技术取代某种传统技术可以获得显著的经济效益。
七、超临界技术进展与绿色化学
超临界流体(Supercritical fluid，SCF)技术中的SCF是指温度和压力均高于临界点的流体,如二氧化碳、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水等。高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。处于超临界状态时，气液两相性质非常相近，以至无法分别，所以称之为SCF。
目前研究较多的超临界流体是二氧化碳，因其具有无毒、不燃烧、对大部分物质不反应、价廉等优点，最为常用。超临界流体萃取分离过程是利用超临界流体的溶解能力与其密度的
关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分萃取出来。并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加, 极性增大,
利用程序升压可将不同极性的成分进行分步提取。
绿色化学又称环境无害化学，与其相对应的技术称为绿色技术、环境友好技术。理想的绿色技术应采用具有一定转化率的高选择性化学反应来生产目的产品，不生成或很少生成副产品或废物，实现或接近废物的“零排放”过程。化学工艺过程中使用无毒无害原料、溶剂和催化剂。
绿色意识与环保不同，它们属于两个不同层次的概念。通常所说的“环保意识”带有明显的被动状态，带有比较强的功利目的。我们经常谈到环境污染给人类带来多少疾病和多大经济损失等等，实际上还是把人放在与自然相对立的位置上，在这种思想指导下，人们可以去治理和解决一些急迫的污染问题，但对于眼下不对人产生危害而仅仅对自然界产生危害的问题，反应就不那么积极了。只有在以绿色意识为核心谈环保意识的时候，才会有正确持续的产物。
绿色意识的发展产物就是绿色科技，绿色科技的范围比绿色化学广得多。所谓绿色科技是指以绿色意识为指导研究与环境兼容、不破坏生态平衡、节约资源和能源的绿色科学和工程技术，它的目标在于研究可持续发展的源头战略问题。
由于以上观点，绿色化学又可定义为以绿色意识为指导，研究和设计对环境负作用尽可能少，在技术和经济上可行的化学和化工生产过程。
绿色化学的最大特点在于它是在始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。显然，绿色化学技术不是去对终端或生产过程的污染进行控制或处理。所以绿色化学技术根本区别于“三废处理”，后者是终端污染控制而不是始端污染的预防。
以上是我通过学习化工前沿讲座的体会和简单理解。
