基于循环经济的化工企业节能减排的研究
[摘 要] 循环经济是实现社会、经济与自然生态环境和谐相处、可持续发展的一种全新发展模式。循环经济作为一种新兴理论，正处在逐步发展和完善阶段。本文以化工企业为研究对象，以循环经济理论和思想为指导，重点探讨如何在化工企业这一层面发展循环经济即节能减排问题。重点论述了化工企业的工作与循环经济的联系，明确指出了化工企业作为我国企业中的环保隐患大户和资源消耗大户，应将发展循环经济作为自己发展战略中的一个重要课题。在发展循环经济和建立节约型社会中，化工企业可以做出突出的贡献。总结了大型化工企业在建立节约型社会方面的经验教训，以供有关企业和人员借鉴。
[关键词] 循环经济 化工企业 节能减排
一、引言
近年来，随着生产的发展和社会的进步，国家正在大力倡导，
专家和学者在强烈呼吁，媒体在积极宣传，民众在热切期盼着发
展循环经济和建立节约型社会，这是时代和社会进步到一定程度
的必然反映和要求，也是今后一段时间里世界各国, 尤其是我国
经济和社会发展的一项非常重要而紧迫的任务；同时，它也是企
业发展战略中的一个永恒的重要课题。说这一任务非常重要而紧
迫，是因为当前全球所面临着资源利用过度和资源的极度贫乏，
地球已经难以承担起人类的资源需求。根据联合国《2 0 0 2 年生
命地球》报告，人类目前对地球资源的掠夺性使用，已经超过了
地球承受能力的 2 0 % ，并且这个数字每年还在不断增加。全球森
林以每年 1400 万公顷的速度在减少，土地荒漠化以每年 600 万
公顷的速度在增加，石油、煤炭、金属等不可再生矿产资源的储
量在锐减。根据国际石油组织报道：目前人类已探明的石油储
量，按现在的开采速度，还不够人类使用 4 0 年；根据国际煤炭
组织报道：目前人类已探明的煤炭储量，按现在的开采速度，只
能够人类使用 2 0 0 余年, 这引起了全人类对石油和煤炭资源的极
度担忧。其资源维持现有人口的消耗已十分困难，何况世界上人
口、物资生产还在不断增长，地球资源已经不堪重负。我国人口
众多，自然资源极其匮乏，尤其是石油等关系到国计民生重要物
资的资源十分短缺，产量远远低于消费量。从 1 9 9 3 年开始，我
国已由石油输出国变为进口国；2003 年已一跃成为仅次于美国的
世界第二大原油消耗国；2004 年进口量已经突破了 1 亿吨。不但
自然资源严重不足，而且我国经济的发展模式相对国外先进水
平，甚至世界平均水平都显得比较落后，资源利用率也十分低
下。从工业的两大重要战略资源来看，我国工业万元产值用水量
为 103 立方米，是发达国家的近 20 倍；在石油资源短缺的同时，
我国石油有效利用率只有 1 0 % ，而 9 0 % 的石油资源在开采、加
工、转换、储运和终端利用中损失浪费掉了。自然资源的极其匮
乏和经济发展模式的相对落后，成为我国发展循环经济，建立节
约型社会的强大动力。
二、循环经济简介
循环经济是对物质闭环流动型经济的简称。它是以物质能量
梯次和闭路循环使用为特征，运用生态学规律来指导社会的经济
活动，因此其本质上是一种生态经济。循环经济是按照生态规律
利用自然资源和环境容量，实现经济活动的生态化转向。它是实
施可持续发展战略的必然选择和重要保证。
传统经济是一种“资源消耗——产品——废物排放”的单项
式（线性）流程，其特征是高投入、高消耗、高排放，以不断加
重生态环境的负荷来实现经济的增长。在这种经济模式中，人们
以越来越高的强度把地球上的物质和能源开发出来，在生产加工
和消费过程中又把污染和废物大量地排放到环境中去，也就是通
过把资源持续不断地变成废物来实现经济的数量型增长。它导致
了自然资源的枯竭，并酿成了灾难性的环境污染后果。作为一种
新的经济发展模式，循环经济强调自然资源的低投入、高利用和
废弃物的低排放甚至是零排放，它能有效地解决可持续发展的两
大障碍——资源短缺和环境污染。
发展循环经济就是要合理利用自然资源和环境容量，充分考
虑自然界的净化能力和承载能力，模拟自然生态系统中“生产者
——消费者——分解者”的循环路径和食物链网，将经济活动组
织成为“资源——产品——消费——再生资源”的封闭式流程。
循环经济倡导一种建立在物质不断循环利用基础上的经济发展模
式，使得整个经济系统以及生产和消费的过程基本上不产生或者
只产生很少的废弃物。循环经济强调构筑“工业食物链”，对废
弃物进行回收利用、无害化及再生处理的方式，达到资源的永续
利用，促进社会经济的可持续发展，表现出“低开发→高利用→
低排放”的特征。使所有的资源在这个不断进行的经济循环中得
到最充分和最合理的利用，同时使人类经济活动对自然环境的负
面影响降低至最小化程度。
对资源的节约和环境的保护，是循环经济的主要特征。作为
一种发展模式，循环经济强调的是在生产活动之初尽可能少的投
入自然资源，生产活动之中尽可能少地消耗自然资源，生产活动
之末尽可能少地排放生产废弃物；并要求其废弃物不断重复、不
断循环地被再利用。
循环经济具有三个重要特点和优势：
第一，循环经济可以充分提高资源和能源的利用效率，最大
限度地减少废物排放，保护生态环境。传统工业经济是由“资源
消耗——产品——废物和污染排放”所构成的单向物质流动的经
济。在这种经济中，人们以越来越高的强度把自然资源和能源开
采出来，在生产加工和消费过程中又把污染和废物大量地排放到
环境中去，对资源的利用常常是粗放的、一次性的。循环经济倡
导建立在物质循环利用基础上的经济模式，根据资源输入减量
化、延长产品的使用寿命、使废物再生资源化等原则，把经济活
动组织成一个“资源消耗——产品——再生资源——再生产品”
的循环流动过程，使得整个经济系统从生产到消费的全过程基本
上不产生或者少产生废弃物，最大限度地减少废物末端处理。
第二，循环经济可以实现经济、社会和环境的共赢。传统工
业经济通过把资源持续不断地变成废物来实现经济增长，忽视了
经济结构内部各产业之间的有机联系和共生关系，忽视了社会经
济系统与自然生态系统间的物质、能量和信息的传递、迁移、循
环等规律，形成高开采、高消耗、高排放、低利用“三高一低”
的线性经济发展模式，导致许多自然资源短缺与枯竭，产生严重
的环境污染，造成了对经济、社会及人体健康的重大损害。循环
经济以协调人与自然关系为准则，模拟自然生态系统运行方式和
规律，实现资源的可持续利用，使社会生产从数量型的物质增长
转变为质量型的服务增长。同时，循环经济还拉长了生产链，推
动环保产业和其他新型产业的发展，增加就业机会，促进社会不
断进步和发展。
第三，循环经济在不同层面上将生产和消费纳入可持续发展
的框架中。传统工业经济的发展模式是将物质生产和消费割裂开
来，形成大量生产、大量消费和大量废弃的恶性循环。目前，发
达国家的循环经济实践已在以下三个层面上将生产（包括资源消
耗）和消费（包括废物排放）这两个最重要的环节有机地联系起
来：一是企业内部的清洁生产和资源循环利用；二是共生企业间
或产业间的生态工业网络；三是区域和整个社会的废物回收和再
利用体系。
三、化工企业节能减排的研究
1 . 化工企业节能减排的迫切性。随着化工工业的发展，人类
经济活动对资源环境的影响越来越大，工业“三废”问题日渐突
出，19 世纪末 20 世纪初世界已出现了不可再生资源的日渐枯竭、
环境污染、生态破坏、人口急剧增加等问题。
当前我国化工企业面临的资源和环境形势十分严峻。石油的
对外依存度打到 40% ，天然橡胶的对外依存度超过 70% ，主要化
学矿种资源不足，尤其是钾、磷、硫和硼等严重不足，已威胁到
化工企业的持续发展。因此，发展循环经济成为全行业保持可持
续发展、寻求新的发展空间的必然选择。
2 . 化工企业节能减排的途径。大型化工企业在生产过程中需
要消耗大量的石油、煤炭和化工原材料，排放大量的废水、废渣、
废气，只有大力发展循环经济，才能在国内外市场竞争中取得优
势。化工企业发展循环经济以实现节能减排目的的途径有：加大
污染治理的科技、资金投入，全过程控制污染；建立项目选用先
进、清洁的工艺，从源头消除污染；实施技术集成创新，创建绿
色生态产业链；广泛提高职工循环经济意识并从自身做起；加大
技改力度，实现规模经营；在企业内部构建“三废”小循环，减
少资源浪费；开发“三废”再生资源项目，构建废物多级小循环
或大循环；提高废旧物资再利用率；实施ISO14000 标准，开展持
续清洁生产等途径。
循环经济要求资源利用的最大化，而节能降耗是资源利用最
大化的最直接和最根本的途径。除了搞好安全、环保、质量管理，
不出现资源的无效利用外，化工企业还应该在多方面，如生产的
负荷、周期、工艺指标等多方面着手，尽可能使其生产经济合理
运行；又如既要抓好节油、节煤、节电等能耗，也要抓好节水、
节汽、节氨、节盐等物耗，真正做到能耗和物耗都最低，以实现
循环经济的根本要求。
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绿色催化剂的应用及进展
摘要]对新型绿色催化剂杂多化合物的研究进展进行了综述，主要介绍了杂多化合物在催化氧化、烷基化、异构化等石油
化工领域的研究现状，并对其应用和发展前景做了总结和评述。
[关键词]杂多化合物；绿色化工催化剂；展望
随着人们对环保的日益重视以及环氧化产品应
用的不断增加，寻找符合时代要求的工艺简单、污染
少、绿色环保的环氧化合成新工艺显得更为迫切。20
世纪90年代后期绿色化学[1，2]的兴起，为人类解决化
学工业对环境污染，实现可持续发展提供了有效的手
段。因此,新型催化剂与催化过程的研究与开发是实
现传统化学工艺无害化的主要途径。
杂多化合物催化剂泛指杂多酸及其盐类，是一类
由中心原子(如P、Si、Fe、B等杂原子及其相应的无机
矿物酸或氢氧化物)和配位原子(如Mo、W、V、Ta等多
原子)按一定的结构通过氧原子桥联方式进行组合的
多氧簇金属配合物，用HPA表示[3-6]。HPA的阴离子结
构有Keggin、Dawson、Anderson、Wangh、Silverton、
Standberg和Lindgvist 7种结构。由于杂多酸直接
作为固体酸比表面积较小(＜10 m2/g)，需要对其固
载化。固载化后的杂多酸具有“准液相行为”和酸碱
性、氧化还原性的同时还具有高活性，用量少，不腐蚀
设备，催化剂易回收，反应快，反应条件温和等优点而
逐渐取代H2SO4、HF、H3PO4应用于催化氧化、烷基化、异
构化等石油化工研究领域的各类催化反应。
1杂多酸在石油化工领域的研究进展
随着我国石油化工工业的快速发展，以液态烃为
原料制取乙烯的生产能力在不断增长，而产生的副产
物中有大量的C3～C9烃类，其化工综合利用率却仍然
较低，随着环保法规对汽油标准中烯烃含量的严格限
制，如何在不降低汽油辛烷值的情况下，生产出高标
号的环境友好汽油已是我国炼油业面临的又一个技
术难题。目前，催化裂化副产物C3～C9烃类的催化氧
化、烷基化、芳构化以及C3～C9烃类的回炼技术已成
为研究的热点。因此，催化裂化C3～C9烃类的开发与
应用将有着强大的生产需求和广阔的市场前景。
1.1催化氧化反应
杂多酸(盐)作为一类氧化性相当强的多电子氧
化催化剂，其阴离子在获得6个或更多个电子后结构
依然保持稳定。通过适当的方法易氧化各种底物，并
使自身呈还原态，这种还原态是可逆的，通过与各种
氧化剂如O2、H2O2、过氧化尿素等相互作用，可使自身
氧化为初始状态，如此循环使反应得以继续。用杂多
酸作催化剂使有机化合物催化氧化作用有两种路线
是可行的[7]：①分子氧的氧化：即氧原子转移到底物
中；②脱氢反应的氧化。
将直链烷烃进行环氧化是生产高辛烷值汽油的
重要途径之一。Bregeault等[8]研究了在CHCl3-H2O
两相中，在作为具有催化活性的过氧化多酸化合物的
前体的杂多负离子[XM12O40]n-和[X2M18O62]m-以及同多
负离子[MxOy]z-(M=Mo6+或W6+；X=P5+，Si4+或B3+)的存在
下，用过氧化氢进行1-辛烯的环氧化反应时，负离子
[BW12O40]5-、[SiW12O40]4-和[P2W18O62]6-都是非活性的，并
且许多光谱分析法表明它们的结构在反应过程中没
有发生变化。[PMo12O40]3-表现出很低的活性，而
[PW12O40]3-、H2WO4和[H2W12O42]10-都表现出高活性。反应
中Keggin型杂多负离子[PW12O40]3-被过量的过氧化
氢分解而形成过氧化多酸{PO4[WO(O2)2]4}3-和
[W2O3(O2)4(H2O)2]2-，而这两种活性物种在环氧化反应
中起到了重要的作用。1.2烷基化反应
石油炼制工业上，烷烃烷基化、烯烃烷基化及芳烃烷基化反应是生产高辛烷值清洁汽油组分的环境
友好工艺。但以浓硫酸和氢氟酸作为催化剂的传统烷
基化工艺因氢氟酸的毒性和浓硫酸的严重腐蚀性受
到了很大的限制。
C4抽余液是蒸气裂解装置产生的C4馏份经抽提
分离丁二烯后的C4剩余部分，其中富含大量的1-丁
烯和异丁烯。如何利用C4抽余液中的异丁烯和1-丁
烯是C4抽余液化工利用的关键。异丁烯是一种重要
的基本有机化工原料，主要用于制备丁基橡胶和聚异
丁烯，也用来合成甲基丙烯酸酯、异戊二烯、叔丁酚、
叔丁胺等多种有机化工原料和精细化工产品。1-丁
烯是一种化学性质比较活泼的a-烯烃，其主要用途
是作为线性低密度聚乙烯(LLDPE)的共聚单体，也用
于生产聚丁烯、聚丁烯酯、庚烯和辛烯等直链或支链
烯烃、仲丁醇、甲乙酮、顺酐、环氧丁烷、醋酸、营养药、
农药等。特别是自20世纪70年代LLDPE工业化技术
开发成功以来，随着LLDPE工业生产的蓬勃发展，国
内外对1-丁烯的需求与日俱增，已成为发展最快的
化工产品之一。
刘志刚[9]等用浸渍法制备了Cs+、K+、NH4+的SiPW12
杂多酸盐类和SiO2负载的SiPW12杂多酸，在超临界
条件下评价了它们对异丁烷和丁烯烷基化的催化作
用。结果表明，它们的活性和选择性大小顺序是当阳
离子数相同时，Cs+盐＞K+盐＞NH4+盐。
(NH4)2.5H1.5SiW12O40尽管催化活性不高，但对C8产物的
选择性达到83.48％；Cs2.5H1.5SiW12O40具有很高的催化
活性，但其对C8产物的选择性却只有62.47%。
1.3异构化反应
汽油的抗爆性用异辛烷值表示，直链烃异构化是
生产高辛烷值汽油的重要手段。C5～C6烷烃骨架异构
化旨在提高汽油总组成的辛烷值，反应受平衡限制,
低温有利于支链异构化热动力学平衡。为达到最大的
异构化油产率，C5～C6烷烃异构化应在尽可能低的温
度和高效催化剂存在下进行。烷烃骨架异构化是典型
的酸催化反应，最近发现有较多的固体酸材料（其酸
强度高于H-丝光沸石)可用于轻质烷烃骨架异构化，
其中，最有效的有基于杂多酸(HPA)的催化材料和硫
酸化氧化锆、钨酸化氧化锆(WOx-ZrO2)。
2绿色催化剂
绿色化学对催化剂也提出了相应的要求[1,2]：（1）
在无毒无害及温和的条件下进行；(2)反应应具有高
的选择性，人们将符合这两点的催化剂称之为绿色催化剂。
由于一些杂多酸化合物表现出准液相行为，极性
分子容易通过取代杂多酸中的水分子或扩大聚合阴
离子之间的距离而进入其体相中，在某种意义上吸收
大量极性分子的杂多酸类似于一种浓溶液，其状态介
于固体和液体之间，使得某些反应可以在这样的体相
内进行。作为酸催化剂，其活性中心既存在于“表相”，
也存在于“体相”，体相内所有质子均可参与反应，而
且体相内的杂多阴离子可与类似正碳离子的活性中
间体形成配合物使之稳定。杂多酸有类似于浓液的
“拟液相”，这种特性使其具有很高的催化活性，既可
以表面发生催化反应，也可以在液相中发生催化反
应。准液相形成的倾向取决于杂多酸化合物和吸收分
子的种类以及反应条件。正是这种类似于“假液体”的
性质致使杂多酸即可作均相及非均相反应，也可作相
转移催化剂。陈诵英[10]等用二元杂多酸为催化剂，双
氧水为氧化剂，醋酸为溶剂，催化氧化三甲基苯酚
(TMP)合成三甲基苯醌(TMBQ)，这与传统方法先用发
烟硫酸磺化TMP，然后在酸性条件下用固体氧化剂氧
化得到TMBQ相比，能减少排放大量废水以及10 t以
上的固体废物，且其摩尔收率可达86％，大大提高了
原子利用率。刘亚杰[11]等采用一种性能优良的环境友
好的负载型杂多酸催化剂(HRP-24)合成二十四烷基
苯。HR-24属于一种大孔、细颗粒、强酸性的固体酸
催化剂，大孔和细颗粒有利于大分子烯烃的扩散，且
不容易被长链烯烃聚合形成的胶质堵塞孔道，而强酸
性可使催化剂在较低温度下就具有较高的催化活性。
实验表明，在反应温度和压力较低的情况下(120℃
和0.1～0.2 MPa)，烯烃的转化率和二十四烷基苯的
选择性都接近100%。Furuta等[12]采用Pd-H3SiW12O40
催化乙烯在氧气和水存在下氧化一步合成了乙酸乙
酯，简化合成工艺，与绿色化学相适应。刘秉智[13]以活
性炭负载磷钼钨杂多酸为催化剂，用30%双氧水催化
氧化苯甲醇合成苯甲醛，苯甲醛收率可达74.8%。与
国内同类产品的生产工艺相比，其具有催化活性好，
反应条件温和，生产成本低廉，催化剂可重复使用，对
设备无腐蚀性，不污染环境，是一种优良的新型合成
工艺路线，具有一定的工业开发前景。
3展望
虽然绿色化工催化剂理论发展逐渐得到完善，但
大多数催化剂仍停留在实验阶段，催化剂性能不稳
定，制备过程复杂，性价比低是制约其工业化应用的
主要原因，但从长远角度考虑，采用绿色化工催化剂
是实现生产零污染的一个必然趋势。环境友好的负载
型杂多酸催化剂既能保持低温高活性、高选择性的优
点，又克服了酸催化反应的腐蚀和污染问题，而且能
重复使用，体现了环保时代的催化剂发展方向。今后
的研究重点应是进一步探明负载型杂多酸的负载机
制和催化活性的关系，进一步解决活性成分的溶脱问
题，并进行相关的催化机理和动力学研究，为工业化
技术提供数据模型，使负载型杂多酸早日实现工业化
生产，为石油化工和精细化工等行业创造更大的经
济、社会效益。
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近几年来，我们看到了我们伟大的祖国的科技事业的迅猛发展，这让我为我是个中国人而感到无比的自豪。记得很久以前，手机的用途几乎只有一个，那就是打电话，可是前几年，手机有了很大的改变，不仅外观漂亮多了，而且用途也多了，可以用手机拍照、开会、上网、发短信息等等一系列的事情，这让我们的生活更为方便，也让我更加领会到了科技的力量，不过，我只是个初出茅庐的学生，对“科技”二字的内容还知之有限，我无法用一些很深奥的理论来阐述科技的玄奇，也无法对各位走上工作岗位的长辈们承诺我所能实现的科技蓝图。但我愿意用一个学生的角度来畅想科技与未来。
从基因工程“让人活到一千岁”的梦想，到纳米技术“包你穿衣不用洗”的诺言；从人工智能“送你一只可爱机器狗”的温馨，到转基因技术“让老鼠长出人耳朵”的奇观。不断有新的科技在诞生，每一个新科技的发现都会让人们欣喜若狂，因为，这些新科技正在逐步地改善我们的生活，让我们更加了解自己。就近期而言，中国首先完成了非典病毒全基因组测序，非典现在是全球公认的危害性最大的疾病，可是为什么别的国家不能首先完成，而我们国家就偏偏完成了呢？很简单，这说明了我们国家不比别人落后，不比别人差，回头看看我们祖国的过去，从曾经一个刚刚起步的改革开放的国家到现在的拥有领先的科技水平的大国，我们的祖国经历了多少的风风雨雨，多少的困难与坎坷，但是我们的祖国还是挺过来了，因为我们的祖国坚信——科技不仅改变命运，还可改变未来。
对于我们这一代人，对社会的普遍感觉是竞争意识强了，学习劲头足了。科普知识是我们关注的焦点，爱因斯坦、霍金、比尔·盖茨是我们心目中的明星，计算机科学、现代物理和化学动态更是无时不牵动着我们。我们已经明白科技的重要性，也知道了科技的普遍性。
虽然科技创造新生活的前景引人遐思，令人神往。但是归根结底是要靠我们共同的努力实现的。作为祖国未来建设的中坚，我们这一代年轻人肩上的担子的确不轻，新的机遇总是伴着风险与挑战，但是，我们不会轻易地说放弃，我们用我们的青春向前辈们发誓：决不辜负前辈们对我们的希望。
回望文明的历程，是科技之光扫荡了人类历史上蒙昧的黑暗，是科学之火点燃了人类心灵中的熊熊的希望；科技支撑了文明，科技创造着未来，而未来在我们手中。让我们成为知识的探索者，让我们在未知的道路上漫游，让我用我们的创造力将我们居住的世界变得更美好。
