循环经济与社会可持续发展.ppt

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1、循环经济的循环经济的 工程科学基础工程科学基础推动循环经济不仅是我国经济可持续发展重要的、紧迫的、必然的、根本的重要的、紧迫的、必然的、根本的出路，出路，而且在工程科学层面上也是可行的。在工程科学层面上也是可行的。循环经济追求的目标v充分、重复、循环利用资源。v优化利用能源，可再生能源开发。v环境与生态保护v效率和利润最大化、精细化、高附加值化 同时用这四条标准，审视所有现行生产过程。自然生态的循环发展模式微生物植物动物C,H,O.C,H,O.C,H,O.CO2太阳能太阳能H2O,NH3,CH4,H2,N2 早期早期目前目前氨基酸氨基酸蓝、绿藻蓝、绿藻O2循环经济的工程技术基础生态农业生态工业

2、生态消费资源循环利用能源优化利用和可再生能源开发污染源头治理静脉产业向自然生态系统学习建立生态产业系统生态化清洁生产和静脉产业的企业层次生态园区产业链建设的区域层次循环经济型社会构建先进科技研发先进系统优化软科学生态法规教育和道德养成循环经济的三个层次和三个支撑工程科学技术是循环经济的基石，缺乏科学技术的支撑，循环经济的理念将成为海市蜃楼。循环经济的自然科学基础热力学第一定律：物质和能量转化过程数量守恒热力学第二定律：物质或能量在转化中，其品位将发生变化，遵守熵增原理：爱因斯坦能量与物质转化公式：E=mc2物质被使用能量对外体功都是熵增加过程自然生态过程（光合作用）工业代谢过程中负熵过程核能太

3、阳能Prigogine非平衡热力学远离平衡态耗散结构的子系统，可以实现自组织的负熵过程代谢社会Metabolic Society热损失dS=QTMC=IN“信息负熵”:通过减少不确定性，使负熵注入增效 Prigogine 的自组织概念退化物质能量信息物质能量信息简单子系统简单子系统简单子系统简单子系统结构、功能更为复杂、更为有序的新系统自组织远离平衡态非线性整合由于稳定性没有保证，某种被触发的涨落会被放大，而产生新的有序结构。生态工业工程技术开发原则v进化替代原则：新资源、新材料、新产品、新工艺引入,高附加值化v减量化原则：分子设计、智能化产品v再利用原则：梯级、重复、循环利用资源、能源v再资

4、源化原则：静脉产业开发、废物再利用v综合共生原则：共生多联产、综合利用v集成优化原则：区域内物流、能流、信息流、资金流的集成优化。I、进化替代原则 清洁生产替代技术一、使用无毒害原料、溶剂和催化剂的新工艺过程采用绿色原料代替光气（COCl2）为原料制备异氰酸酯，碳酸二甲酸，聚碳酸酯等代替氢氰酸为原料制备 甲基丙烯酸，叔丁胺，氨基二乙酸钠，丙烯腈等采用绿色催化剂与工艺采用分子筛、固体酸为催化剂代替HF，H2SO4，H3PO5，BF3，AlCl3 等污染催化剂采用绿色溶剂采用环戊烷，戊烷为发泡剂采用己烷油，碳酸二甲酯，N甲基吡啶烷酮为萃取剂采用超临界CO2，H2O为溶剂进行合成、聚合，氧化反应或造

5、粒、包涂二、环境友好产品的生产 将废弃物生物质转化为动物饲料、燃料等将废弃物生物质转化为动物饲料、燃料等 （获美国总统绿色化学挑战奖，（获美国总统绿色化学挑战奖，Texas A&M Texas A&M 学院学院Holtzappll Holtzappll 教授）教授）生物降解塑料生物降解塑料,清洁燃油技术，生物柴油制备清洁燃油技术，生物柴油制备三、提高反应产品的专一性，反应的选择性和收率 利用催化剂晶格氧进行烃类氧化反应，新催化剂（如钛硅分子筛）的利用等利用催化剂晶格氧进行烃类氧化反应，新催化剂（如钛硅分子筛）的利用等四、“原子节约”反应工艺路线的开发 异丙苯氧化法生产苯酚、丙酮等异丙苯氧化法生

6、产苯酚、丙酮等五、生化合成技术I.进化替代原则 清洁生产替代技术“原子节约”工艺优先 原子节约反应路径：原子节约反应路径：以合成环氧丙烷为例以合成环氧丙烷为例(原子利用率原子利用率)氯醇法(28.4%)CHCH3 3CH=CHCH=CH2 2+Cl+Cl2 2-CH-CH3 3CH(OH)CHCH(OH)CH2 2Cl+HClCl+HCl CH3CH(OH)CH2Cl+HCl+Ca(OH)2-+CaCl-+CaCl2 2液相氧化法(76%)CHCH3 3CH=CHCH=CH2 2+H+H2 2O O2 2-+2H-+2H2 2O O气相氧化法(100%)CH CH3 3CH=CHCH=CH2

7、2+O O2 2-CH3-CH-CH2OCH3-CH-CH2OCH3-CH-CH2O I.进化替代原则 解决白色污染的技术进化在塑料制品成型时，加入大量淀粉 纤维素，可以使废弃时，塑料制品分散成小粒。采用发酵法生产乳酸 聚乳酸可降解塑料。采用细胞培养法在大肠杆菌内生成可代谢塑料，聚羟基丁酸酯（PHB）用于人造血管 骨钉 缝线。美国“总统绿色化学挑战奖”一、更新合成路线奖1996Monsanto公司不HCN为原料，生产氨基二乙酸纳除草剂1997BASF与Hoechst合营公司消炎药（ibuprofen）新工艺，原子利用率从40801998Flexsys America公司4氨基二苯胺（4ADPA

8、）新工艺，用苯胺与硝基苯直接合成，不需加入氯或溴氧化剂1999Lilly实验室抗痉挛药（anticonvulsion）新工艺，避免了大量溶剂使用和污染物产生，采用生物酶（gosaccharomyces rouxii）固定化催化剂2000Roche Colorado公司抗病毒药（gallcicloui）新工艺，将反应物和中间产物数量从22种降低至11种，气体排放减少66，固体废物减少89，4/5中间产物可循环利用2001Bayer和Bayer AG公司可生物讲解的螯合剂氨基二琥珀酸盐，100无废物释放，用作助洗剂，漂白稳定剂，肥料添加剂等二、改进溶剂和反应条件奖1996Dow化学公司用CO2代替

9、FeCl作苯乙烯泡沫塑料发泡剂1997Imation公司（明尼苏达州）发明光热法，曝光胶片，显影只需加热，称Dryview技术，不需化学显影，定影1998阿员国家实验室高效，高选择性，乳酸酯工艺，可代替各种溶剂用量的80，目前美国此类用量为380万吨1999Naclo Chem.CO.开发带电聚丙烯酰胺的水基生产过程用于废水处理除去悬浮固体及污染物2000Bayer Corp.Pittsburgh开发了两组分水性多羟基化合物涂膜技术2001NOVOzymes 公司利用果胶裂解酶进行棉纤维润湿脱脂棉的Biopreparation工艺，纺织厂节水3050三、设计更安全化学品奖1996Rohm&Ha

10、as 公司环境友好海洋生物防腐剂，用于船舶表面防海洋动植物附着，选出4，5二氯2正辛基4异噻唑啉3酮（DC01）代替三丁基氧化锡（TBTO）1997Albright&wilson公司（弗吉尼亚州）开发四羟甲级硫酸磷（THPS）杀生物药剂，它有良性毒理，选择毒性（对人毒性小）1998Rohm和Haas公司开发二酰基肼杀虫剂（Confirm），除对毛虫外对所有生物无害）1999Dow Agrosciences LLC（Dow Chem.CO子公司）开发Spinosad高选择性，环境友好杀虫剂，对毛虫，苍蝇有害，而不影响益虫，环境中不累积，不挥发2000Dow Agrosciences开发除hexa

11、flum的白蚁诱饵，抑制昆虫角质素合成，使其在脱皮时死亡，为低害杀虫剂2001PPG工业集团把阳离子电沉积油漆用于汽车工业，用钇（在地壳中比铅丰富）代替铅，铬，镍而抗腐蚀性强四、小企业奖1996Donlar公司开发两种生产热聚天门冬氨酸代替聚丙烯酸，它可被生物降解1997Legacy System公司开发冷却臭氧过程，除硅晶片上有机物，清洁蚀刻电路板，代替溶剂清洗1998Pyrocool技术公司推出PyrocoolFEF灭火剂和制冷剂，环境友好产品1999Biofine公司废纤维素转化成乙酰丙酸新技术，用于处理造纸废物，垃圾，废纸，废木材，产率可达7090，可代替双酚A用于高分子材料（双酚A破

12、坏内分泌系统）2000Revlon公司发明Enbirogluv玻璃印花技术，原料不含重金属，成分有可生物降解性，美观耐久2001EDEN生物子公司Harpin（无毒性蛋白质）技术，用于激发植物自然分泌防御系统，抗病，害虫，已批准使用的Messenger产品已由40多种农作物证明有效五、学术奖1996Taxas A&M大学 M.Holtzapple教授把废生物质转化为饲料，化学品与燃料（用石灰水或高压低温液氨处理纤维素使膨化，再酶降解）1997北卡罗来纳大学J.M.Desimone教授开发能溶于CO2表面活性剂，用于微电子和光谱清洗1998斯坦福大学，特罗斯特教授创立“原子经济”概念1999Ca

13、rnegie Mellon大学 Collins教授发展了一系列Fe（III）配位化合物（TAML活性剂）增强过氧化氢的氧化能力低温下55）活化H2O2漂白木桨2000Scripps研究所的Chihuey Wong教授开发了不可逆的酶酶消化的酯转化反应，用药品生产2001Tulane大学，ChaoJun Li教授发展了“准自然”催化作用，使在空气和水中应用的过渡金属催化剂，用于以水为溶剂的多种合成反应I.进化替代原则 全生命周期清洁产品开发十二烷基苯合成催化剂：（1）HF（2）分子筛例：十二烷基苯生产的绿色工艺再生器反应器全生命周期清洁产品化学品从：化学品从：从摇篮到坟墓全过从摇篮到坟墓全过程没

14、有污染程没有污染十二烷基苯合成新工艺原料使用生产废弃回归自然异构体催化工艺性能HF分子筛2057易于自然分解2025高洗涤特性208205205消费消费,万吨万吨 总产量总产量 氮肥氮肥 磷肥磷肥 钾肥钾肥 2000 4146 2433 1034 679 2003 3925 2880 881 165 2030 预测预测 5850 3400 1500 950 我国化肥生产、消费和利用率我国化肥生产、消费和利用率 平均利用率平均利用率 氮肥氮肥 磷肥磷肥 钾肥钾肥 3035 1020 3550 化肥利用率低，化肥利用率低，不仅带来严重的经济损失，更带不仅带来严重的经济损失，更带来严重的来严重的环境

15、问题。环境问题。化肥污染的特点是量大、面源、潜伏性强。化肥污染的特点是量大、面源、潜伏性强。II.减量化原则 我国化肥污染严重 水体含氮量过高会导致富营养化水体含氮量过高会导致富营养化，水生生物大量死，水生生物大量死亡亡。60/13060/130大中型湖泊大中型湖泊富营养化，水体氮磷含量富营养化，水体氮磷含量严重超标。严重超标。地下水硝酸盐含量严重超标。地下水硝酸盐含量严重超标。京津唐地区京津唐地区1414个县市的个县市的6969个点的地下水、饮用水硝酸盐含量个点的地下水、饮用水硝酸盐含量高于高于50mg/L50mg/L的超过的超过50%50%，有的达，有的达300mg/L300mg/L，远高

16、于我国，远高于我国类水质指类水质指标标(20mg/L)20mg/L)。在蔬菜生产发达地区，地下水中硝态氮含量高达在蔬菜生产发达地区，地下水中硝态氮含量高达61.661.6120.4 mg/L120.4 mg/L。而。而WHOWHO饮用水质标准中硝态氮的最高允许浓度为饮用水质标准中硝态氮的最高允许浓度为10 10 mg/Lmg/L。我国一些大城市的蔬菜硝酸盐和亚硝酸盐含量偏高，有的。我国一些大城市的蔬菜硝酸盐和亚硝酸盐含量偏高，有的高达高达300030004000 mg/kg4000 mg/kg。饮用水中硝酸盐过量会导致高铁血红蛋白症，诱发饮用水中硝酸盐过量会导致高铁血红蛋白症，诱发癌症。癌症。4II.减量化原则减量化原则大颗粒尿素大颗粒尿素(46 mm)长效缓释包膜大颗粒尿素长效缓释包膜大颗粒尿素(46 mm)包膜缓释和控释化肥包膜缓释尿素Film CoatingNo.X502025，高效控释尿素包覆技术应用基础研究。，高效控释尿素包覆技术应用基础研究。中石化股份有限公司基础研究项目，中石化股份有限公司基础研究项目，2002.092005.09。II.减量化原则减量化原则灵巧化学品合成