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广东石油化工学院坐落于中国南方最大的石油生产基地——广东省茂名市，为华南地区唯一一所石油化工特色院校。学校的化学工程与工艺专业是国家级特色专业建设点，毕业生遍布全国各地的石油化工行业，就业具有很强的针对性，深受用人单位欢迎。广东石油化工学院化学工程与工艺专业人才培养的目标是为社会输送具备化学工程与工艺基本理论、基本知识和基本技能，具有较强工程实践能力、良好的创新意识和较高综合工程素质的人才。毕业生能在石油炼制、石油化工、能源、环保、材料等部门从事工程设计、技术开发、生产管理等方面的工作。化学工艺学作为该专业一门重要的专业课，是基础化学、化工热力学、化学反应工程、化工原理等课程的综合应用。通过该课程的学习，要求学生掌握化工生产的基本原理、主要化工产品的生产方法、工艺流程等。在化学工艺学课程教学中，应注重强化学生的工程意识和基础知识的实际应用能力。
一 结合石油化工特色，创建课程群
从人才培养的角度看，石油化工高校培养的毕业生应具有较强的工程实践能力、良好的创新意识和较高的综合工程素质，以适应石油炼制或石油化工等相关行业的人才需求。毕业生不但要懂得某一专业的基础理论，还要具有某一岗位所需要的生产操作和组织能力，并能在现场进行技术操作和改进，解决生产实际问题。因此，广东石油化工学院石油化工专业所培养的人才具有基层性、实用性和技术性，这是本专业区别于其他普通高校教育的一大特色。根据本专业的特点和学生的基础及接受能力，以培养学生的综合实践操作能力和创新能力为主线，可将石油炼制工程、石油化工产品分析技术、石油产品应用技术与开发、石油储运基础等课程创建一个课程群，围绕本专业人才培养目标，对各课程的主要内容进行精选优化，调整化学工艺学的教学内容。可从这些主干课程中选择一些典型的石化产品，作为化学工艺学的教学案例，分析这些石化产品的生产方法、工艺流程、工艺参数、条件影响等。这种处理方式对课程群里面其他的课程教学可起到辅助和巩固的作用。
二 优化和更新化学工艺学的教学内容
根据教学大纲对教学内容进行处理，把各章节内容按照了解、掌握、应用、设计等不同要求作详细的定位。例如，对于工业生产中已经不采用的生产方法，只要求学生了解某种工业过程可能有多种生产方法即可；对需掌握的内容，可以要求学生对各种生产方法进行比较，分析其适用范围、效果、操作条件、能耗等，从技术经济的角度选择生产方法。学生不仅要掌握教材介绍的几种基本化工产品的生产，而且其生产--方法要会应用，能够举一反三，要能设计出一些简单的生产工艺。例如，在讲授合成氨时，可以先引入哈伯法合成氨工艺的历史及哈伯本人的一些简介，既可以提起学生对合成氨工艺的学习兴趣，又可以了解一些名人的事迹。当学生有了兴趣之后，可以从不同的原料角度，引入不同的生产工艺，如以煤为原料，以天然气为原料，以重油为原料的合成氨工艺，其各自的工段均有所不同，可以在讲授完后让学生总结各不同原料合成氨工艺的异同，这样学生学完之后印象深刻，可以吃透这部分内容。
另外，在组织化学工艺学教学内容时，应着重突出石油化工特色。在第一次化学工艺学讲授过程中，让大家认识到本门课程的针对性、重要性及实用性。在第一章“绪论”部分组织讲授材料的时候，可以结合茂名炼油产业链，围绕几个关键词如石油化工、石油炼制、乙烯工业、茂名乙烯、石化工业区等展开内容学习。例如，乙烯工业是指以石油馏分为原料裂解生产乙烯为主，同时生产丙烯、丁烯、芳烃等产品的生产过程。乙烯是石油化工的基本有机原料，目前约有75%的石油化工产品由乙烯生产。乙烯主要用来生产聚乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯等多种重要的有机化工产品，乙烯产量已成为衡量一个国家石油化工工业发展水平的标志。再如，对乙烯产品结构的介绍（塑料类、合成橡胶类、液体化工类）；对长三角、珠三角、环渤海湾大型炼化一体化企业集群及沿长江产业带分布的介绍等，这些内容可以让学生清晰地认识未来的就业方向、就业区域和就业前景。在这种情况下，学生会充分认识到化学工艺学这门课程的针对性和重要性，在后面的时间里自然会重视这门课程的学习，因为这些内容的学习与他们未来的就业息息相关。
围绕本专业人才培养目标，针对毕业生的就业特点，广东石油化工学院的化学工艺学这门课应该调整教学内容，注重重点内容的凝练。其重点内容应围绕乙烯工业展开。
如以茂名石化乙烯为例，学习乙烯生产原理、工艺技术、产品应用等基本知识；以茂名石化工业区为例，学习乙烯下游产业链、产品应用等基本知识。
乙烯生产原理主要包括乙烯生产过程中的化学反应规律、反应机理、热力学及动力学分析，乙烯生产的工艺参数和操作指标（如原料性质及评价、裂解温度、烃分压、停留时间、裂解深度等）及乙烯生产的工艺过程等。
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根据资料显示，中国已经成为世界上最大的px生产国和消费国。px项目一直饱受争议：一方面，px涉及的产业收益巨大，各地相继建立了一些比较大的px项目，用于促进当地经济的快速发展；另一方面，px本身的毒性和以及在生产过程中产生的污染，使得多地民众对px项目的建立和实施产生了抵制情绪。px项目启示我们：科学技术是把双刃剑，人们在利用科学技术改变社会，造福人类的时候也不能忽略它带来的弊端。随着科学技术负影响的显现，工程的伦理性逐步走入了人们的视野。自20世纪70年代起，工程伦理学在美国等一些发达国家开始兴起。经历了20世纪的最后的20年，工程伦理学的教学和研究逐渐走入建制化阶段。在我国，类似的工程伦理道德规范以及法制化建设方兴未艾，我国工程伦理学的春天正在逐步逼近。
二、化学工程伦理规范的构建
作为工程的一支，化学工程有区别于一般工程的特点：
（1）化学工程潜在风险大
（2）化学工程对人的影响更直接
（3）化学工程的监控难度大
基于化学工程的以上特点，化学工程伦理规范的构建就尤为重要。
化学工程理论是工程理论的一部分，将科学技术转化为生产力的化学工程，不仅是一种技术的应用行为，同时也应该被视作一种社会实践活动。因此，化学工程伦理规范的构建应该技术和社会实践两方面来考虑。
第一，技术方面：
（一）降低化学原料的威胁
首先，化学工程中使用到的原材料，大多数都带有危险标记，对人们对健康具有一定的威胁。甚至，有些化学原料无色无味，可以使人在不察觉的情况下吸入或接触到，从而造成对人体的伤害。危险化学原料应该具有醒目的危险标志是十分必要的。
其次，危险化学品在生产、储存、使用、经营和运输过程中都应得到妥善处理。有些危险化学品，可以通过冷藏压缩，密封保存等技术手段来降低和消除对人体和环境的危害。运用专业的技术降低化学原料的威胁刻不容缓。
（二）保证生产过程的规范和安全
在化学材料的生产过程中涉及很多环节，每个环节都可能具有潜在的危害。保证整个生产线都达到科学工艺的要求能够减少工程事故和对环境的危害。
首先，通过对相关技术人员的培训，使其了解生产过程环节的危害，使其在每个生产过程中的操作都符合相应的规范，对于一些故障能够妥善处理。
其次，运用技术手段对每个生产环节可能出现的危险进行预防和控制，要有完备科学的三废处理设备，保证生产过程的规范和安全。
（三）治理和修复化学工程对环境的危害
对化学工程对环境的污染应该做的预防为主，防治结合，综合治理。但是，有些化学工程对环境的危害，运用目前的技术手段不可避免的。或者，由于种种原因，对环境的污染已经造成，都可以运用相关技术，采取有效措施，对污染后的环境进行治理和修复。
首先，必须对环境污染工程进行详细分析，找出污染源，确定污染物，最终制定相应措施对环境进行治理和修复。
其次，修复过程中采取的方式方法，应该充分考虑到周边公共建筑和相关人群的敏感度等因素，建设修复设施不得对场地及周围环境造成新的破坏。
第二，社会实践方面：
（一）借鉴国外成功经验的同时，结合中国的具体情况
对于化学工程伦理规范的构建和制定，国外的研究比国内要早，因此很多的成功经验值得我们学习和借鉴。
但是，国外的研究现状不完全适用于中国国情。在国外，工程伦理的研究主要针对工程师的伦理分析，因为国外的工程运行体质是以工程师作为工程责任的独立主体。而在国内，工程师侧重的是技术层面，工程从论证到实施及运行，分别由不同的主体承担责任，工程师很难做到独立承担。
因此，处理化学工程伦理规范的构建问题，应该借鉴
国外成功经验的同时，结合中国的具体情况。
（二）构建过程中要明确不同角色的不同权利义务
一个化学工程的项目，一般涉及多个角色，不同角色在项目中有着不同的分工和责任。
化学工程师应保证化学工程科学合理的论证和设计，全力参与、全程跟踪化学工程活动，同时对化学工程的每个生产环节进行监督，从而降低化学工程风险，保障化学工程合伦理性。
工程决策者应该根据针对工程中可能存在的问题和风险进行分析，制定不同的备选方案，选择合适方案，实现工程最优化。
政府部门应该在道德约束和伦理规范尚不完善的情况下，对化学工程中的每个参与者进行监督，明确他们的权利义务，监督和管理化学工程的实施。
公众是化学工程的最直接利益相关主体，有权监督化学工程的运行和实施，捍卫自身健康和生存环境安全，并对化学工程的负影响，提出正当的伦理诉求。
（三）化学工程的伦理规范要高于一般工程
化学工程具有一般工程的特点，同时高危险性高污染性使得化学工程与一般工程的不尽相同，化学工程对环境和人类健康的影响更为迅速和直接，与公众的生存环境和自身健康息息相关。因此，化学工程的伦理规范要高于一般工程。
首先，化学工程伦理的制定和实施要比一般工程更加严格，确保化学工程的规范和安全。
其次，对化学工程伦理的监督和执行也要高于一般工程，敢于接受社会各方面的监督，取得公众对于化学工程的信任。
三、结束语
厦门、大连、宁波和咸阳等地的px项目启示我们，只有不断地完善化学工程伦理规范的构建才能确保化学工程的持久化发展，真正地做到以人为本，促进人与社会的和谐发展。
化学工程伦理规范的制定应该从技术和管理两个方面来考虑：
化学工程是工程的一个重要分支，化学工程伦理规范应该在原有工程伦理规范的理论框架下，同时结合化学工程理论来构建。通过技术了解危害，规范操作，对可能的危险进行预防和控制；
同时，任何一个工程也是一种社会实践活动，那么就不应该脱离社会而独立存在，当然也应该受到社会伦理规范的约束。
通过管理，结合国内的具体情况，明确不同角色的权利和义务，同时制定相应的化学工程伦理规范。
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一、工艺安全管理的发展历程及关键要素
1.发展历程
随着科学技术的不断革新，新工艺、新产品的不断涌现，装置规模的日益扩大，给化工、石化等产业带来了巨大的变化。紧接着，由于涉及的化学品种的增多，处理、储存数量的增大，应用工艺技术的复杂化，操作条件的苛刻化，导致工艺系统的危害也更加多。在全世界范围内，化工和石化行业发生的一系列重大的工艺安全事故，引起了世人对工艺安全的注意，同时，孕育了一系列的相应法规。
1977年发生在意大利塞维索的有毒蒸气泄漏事故，促成了欧洲第一部对于工艺安全法规的颁布，即1982年欧洲的 «Seveso I指令》。1985年，发生在印度博帕尔的事故举世震惊，这也促使美国化学工程师协会成立了一个专门的化工工艺安全中心即为CCPS ，该中心的设立为化工、石化等行业提供工艺安全技术及管理的方面的全面支持，防范重大工艺安全事故的发生，同时，出版了一系列安全导则。1992年，美国职业安全健康局(OSHA)，颁布了关于高度危险的化学品的工艺安全管理系统相关要求。1996年，欧洲的《Seves。I指令》修订为 《Seveso II指令》，它通过吸取博帕尔事故的教训教训， 更强调了对重大危害的控制，建立工艺安全管理系统的必要性。1996年，韩国政府也参考美国 0SHA的PSM体系，在韩国国内颁布了工艺安全管理系统要求。同时，1999年的美国环保局(EPA)在0SHA工艺安全管理系统的基础上，补充风险评价、应急预案的要求，颁布了《净化空气法案》。
工艺安全管理及技术自20世纪80年代以来，开始蓬勃发展。在进入20世纪 90年代以后逐渐发展成为一门独立的学科。目前的美国和欧洲非常重视工艺安全管理，强调运用系统方法、技术预防工艺安全事故的发生， 并且在高危险性的行业中强制推行工艺安全管理。
2.PSM基本要素
美国职业安全健康局(OSHA)、美国化学工程师协会化学工艺安全中心(CCPS)、美国化学协会 (ACC)和美国石油协会(API)均有为工艺安全管理系统定义的一系列不同的PSM组成要素。这些要素大多都是类似甚至相同的，都是为了预防重大的工艺安全事故并减轻后果。
其中，OSHA规定的PSM，主要应用于加工工业。它对“工艺”的定义是：使用、储存、加工、处理或在工厂范围内转移危险的化学品，或是上述综合活动。在PSM法规中，有一个危险化学品清单，其中包含130余种有毒或具有反应性的化学物品，同时对每种化学品进行一个数量标准的规定。如果工厂处理危险化学品的数量达到、超过表中的标准时，就需遵守PSM规定。但是PSM法规不适用于零售设施、油井设施、气井设施以及无人操作的设施。
二、国内外PSM实施情况
发达国家大型的化工、石化公司，均建立了完善的工艺安全管理系统并制订了相关法规及配套的实施指南，在工厂的各个时期严格执行。我国国内还在深入研究和积极推广的阶段。
1.美国PSM实施情况
在美国,这种管理系统是作为法规形式存在的，不仅有权威性，同时也说明工艺安全管理的必要性以及适用性。以陶氏化学为例。陶氏公司全球所有设施所执行的EHS管理体系 和标准均已达到OSHA PSM法案的绝大部分要求，在这些要素中，工艺危害的分析是陶氏化学的一个特色要素。
陶氏的工艺危害分析采用的主要是分级管理。这种方法的特点是将对工艺危害的分析按从简到繁、从定性到定量进行分级别管理，陶氏化学工艺的风险管理采用的是层进式风险分析方法，过程如图。
第1层，对所有的设施进行工艺危害分析，所采用的是火灾爆炸的危险指数、化学品的暴露指数 (CEI)、RC-PHA调查问卷、保护层(LOPA)的目标值等方法；第2层，对设施的特定单元操作采用因果成对鉴别、HAZOP、LOPA、建筑物的超压分析等方法，进行附加风险的检查；第3层，对目标工艺进行增强型的风险检查；第4层，选择少数的高风险活动场景进行QRA。根据分析的组合以及事故发生的频率来进行选择。
2.国内工艺安全管理的现状
在我国国内，只有很少的有关工艺(过程)安全管理体系的资料。还没有相关的法律法规标准。虽然，国内许多企业实施了 HSE 管理体系以及ISO体系，但这些体系没有相应法规的强制性要求，有些甚至还存在表里不一的现象。特别在这个化工和石化行业已经从引进成套技术逐渐转为自主设计、技术改进的阶段，问题显得尤为突出。近几年，国内的化工和石化行业中发生的重大事故，归根结底，都是工艺安全方面的问题。所以，现有项目以及新开发项目的整个生命周期的工艺安全管理已经成为了一个急需解决的问题。还有一个客观原因就是不同企业之间的工艺安全管理有较大的差异性，给政府的监管也带来了不便，同时也不利于同行业内关于工艺安全信息的交流，不利于安全水平的提高。总而言之，国内一方面缺乏工艺安全管理的有关研究，另一方面缺乏相关的法律法规。导致没有符合我国国情、与世界同步的工艺安全管理模式。因此，在国内化工和石化行业，建立、贯彻有效的工艺安全管理系统是十分必要的。
三 、工艺安全管理推行的建议
1.充分理解区别工艺安全管理与传统安全管理
工艺安全管理，是将技术、程序和管理实践整合在一起，形成以风险预防管理为重点的管理体系，主要对象是工艺介质本身以及涉及危险化学品的过程、厂站设施，通过控制工艺系统的动态变化，体现对工艺风险的“过程管理”。与传统的安全管理相比，在模式上更注重过程控制、与超前防范，对象上，不同于单纯关注人员作业风险的管理，更加强调了对工艺系统、设备设施的安全风险管理，在特点上，不再以经验管理为主，更重视了运用科学系统的分析方法，强调对风险的系统评估、合理控制以及响应程序等。
因为我国的多数化工企业还没有真正接触、了解工艺安全管理，因此，首先应该加强工艺安全管理的认识和培训，从转变理念入手，走出工艺安全管理第一步。
2.独立的组织机构支撑
在欧美等工业发达地区，工艺安全管理从20世纪80年代开始就已经发展成了了一门独立的学科，但我国国内最初并没有将工艺安全管理作为一门独立的学科。所以，我国国内企业应该从国外发达国家引进工艺安全管理的理念，在借鉴经验和做法的基础上，积极探索，形成具有自身特色的管理模式。
3.工艺安全管理人员的技能水平提升
工艺安全管理人员包括涉及实施所有工艺安全管理要素的专业技术、管理、操作人员、专业分析师等，工艺安全管理系统的有效运作，需要每个员工的参与。因此，在一定意义上，工艺安全管理人员的技能，往往决定着某个单位工艺安全管理工作的水平。
合理、有效的培训是提升工艺安全管理人员技能的主要途径，我国相应企业应该举办大量的包括风险评价方法以及专业技术知识在内的相关工艺安全的培训，可以用脱岗培训、在岗培训这两种培训方式，培养出一批高素质的工艺安全的管理人员。
4.工艺安全信息的有效利用
工艺安全信息产生于工艺装置使用的各个阶段，是进行危害辨识、风险控制的有效依据，是其它工艺安全要素推进的基础，同时工艺安全信息又是其它要素实施结果的“输入”终端。 因此，工艺安全信息的有效利用在某种程度上也反映了工艺安全管理的水平。
5.完备的技术标准支撑
工艺安全管理区别于传统安全管理的主要特征就是它具有的专业技术性，其管理目标 是实现工艺技术（设备）的本质安全。开展工艺安全的分析、工艺技术的变更、施工工艺安全的管理等要素活动，均与技术标准有千丝万缕的关系， 因此，要做好工艺安全管理，形成一套对企业适用性强、高标准的技术标准体系是很重要的。
6.定期开展评估审核
工艺安全审核可以有效评估和考核 各个工艺安全要素的落实情况，客观反映工艺安全管理水平，持续提高工艺 安全管理标准（制度）的执行力，对于工艺安全管理在整体深入过程中的不足，进行及时更正，制定有效的改进措施，不断提高工艺安全管理水平。
结语
我国国内与国外相比，不论在经济发展水平、运行方式、员工水平还是理念和文化等方面均存在差异，所以，不能直接照搬国外的工艺安全管理模式以及相关规定。而是需要根据我国的安全管理现状，积极借鉴国外的经验和做法，积极探索，不断努力，让工艺安全管理有更美好的明天。
参考文献
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早在半个世纪以前，西德就采用N一甲基毗咯烷酮（NMP）作溶剂，裂解萃取蒸馏丁二烯。以后，在世界各地陆续采用并加以改进。NMP法萃取蒸馏丁二烯工艺，具有溶剂的选择性高、无毒、无腐蚀、水解稳定性和热稳定性高、沸点高、常温蒸汽压低，丁二烯收率高、纯度高，以及整个工艺综合技术经济效果优越。
如今，根据所采用的萃取溶剂的不同，丁二烯抽提生产工艺主要分为3种：NMP法、DMF法和ACN法。与NMP法和DMF法相比，ACN法具有一定的优势，但乙腈溶剂毒性较大，随着人们的环保意识日益加强，该工艺逐渐被淘汰。而NMP工艺由于其诸多的技术优势，文中对NMP法和DMF法2种工艺进行对比，阐述了NMP工艺的综合优势。
一. NMP法丁二烯抽提工艺比较
N一甲基毗咯烷酮（NMP）是一种性能优良的高沸点溶剂，具有强极性、惰性、低粘度、溶解能力强、稳定性好、无腐蚀、挥发性低等特点，目前已在许多工艺路线中取代了其它溶剂。其生产工艺可以采用y一丁内醋与甲胺缩合路线，它是目前可靠而成熟的工艺生产路线。各个厂家大致相同.NMP目前主要用于回收丁二烯。高温裂解制取乙烯副产品馏分中含有较多的烯烃。而NMF法不但毒性小、无腐蚀、萃取效率高，而且省却了抽余液加氢脱炔烃工艺，可节能一半。用NMP从含有环戊二烯的裂解馏分粗品回收异戊二烯纯度可达到99%r。世界采用NMP法回收异戊二烯已占总生产能力的10%。NMP法丁二烯抽提 工艺从反应压力可分为高压法工艺、中低压工艺等。
1.1 高压法工艺
这一技术的发展最早。其工艺分锅式法和管式法2种，除反应器不同之外，其他的过程基本相同。在丁二烯高压法聚合反应属于自由基聚合反应，反应过程包括链出发，链增长，链终止和链转移。低密度聚丁二烯工业生产中通常采用高压气相聚合法，该法生产的低密度聚丁二烯的最重要的方法，因此低密度聚丁二烯被称为高压聚丁二烯的历史。它以纯度达到99.95%的丁二烯为原料，采用微氧，偶氮化合物有机或无机过氧化物，使引发剂，进行自由基加成聚合气相高的压力下。当反应压力为100 ～ 350MPa，聚合温度150 ～ 30℃。由于其反应温度高，易发生链转移，因此产品支链多曲线的大分子。聚合度主要由反应压力、反应温度、引发剂用等因素影响的量，分子量调节器。在釜式法工艺的材料是近似在整个交流，压力温度相同时，产物的分子量分布窄，支链的链许多，因此产品的冲击强度很高；在管式法工艺反应物料近似于柱塞类，温度压力梯度大，产物的分子量分布宽，支链少，更适合生产膜类。
1.2 中低压工艺
该工艺主要有浆（悬浮法），溶液法，气相法3种。浆工艺的工业化时间早，技术成熟，产品质量好，丁二烯的转化率超过90%。分为搅拌式反应器和管式反应器2种工艺，根据反应器形式。欧洲和日本广泛使用的搅拌釜式淤浆聚合工艺的代表；管反应器淤浆聚合工艺，代表公司为美国飞利浦。溶液法可能产生的熔融指数为0115 ～ 150g/10分钟每种产品，本产品质量好，胶体灰份低，产品的密度范围为0191 ～ 0.96g/cm3.solution聚合时，单体和生产聚合物溶解在惰性溶剂，聚合温度和压力高。
1.3 两种工艺的比较
高压法需要专门的技术和设备，工作压力高（150 ～ 400MPa级），投资大，虽然近年来低密度聚丁二烯LLDPE LDPE的市场冲击，但其采光质量，灵活性和易性好，仍有一定的竞争力，其处理技术仍在发展。所有的使用溶剂的淤浆法、溶液法，生产成本高，生产效率受到限制。在淤浆聚合一些低密度聚合物的溶解度大的溶剂溶解时，后张使反应体系的粘度增加，造成操作困难，溶液法生产的高分子量产品溶液的粘度的增加，搅拌困难，限制了生产力的提高。由于气相流化床工艺不在粘度限制溶液法和淤浆法工艺的溶解度极限，投资和运行成本低，原材料和宣传项目耗能低，产品范围广，操作弹性大等优点而发展迅速，目前新建装置约70%使用气相法工艺。这是PE工艺的发展方向。流化床工艺可以生产HDPE、LLDPE，特别是LLDPE成了短支链主链的植物，从一棵树边，结晶度高于LDPE，HDPE和LDPE性能具有空间频带之间填充LLDPE与LDPE相比，具有突出的抗穿透性，抗冲击和抗拉伸性能，可广泛应用于薄膜，如包装，李宁膜农用膜。此外LLDPE高于LDPE的抗剥离强度，可在域等压缩成型和油管，因此LLDPE在过去的20年里，消费量持续增长。气相流化床工艺可生产熔融流动指数范围非常宽的产品，从70年代初开始迅速成为聚丁二烯主导工艺。
二. DMF 法及其与NMP法的区别
DMF 法又称 GPB 法， 目前是生产丁二烯的各种方法中产量较高的 1 种。DMF 工艺中， 萃取系统的每个塔都设置了再沸器， 并且部分再沸器有在线备用， 数量较多。NMP 工艺在生产过程中不会产生影响产品质量的胺类杂质， 在生产运行期间具有较大的节能优势。NMP 的选择性、溶解度、闪点、空气中爆炸范围、等性能均优于 DMF。但 NMP 的粘度大于 DMF。由于萃取蒸馏塔的板效率和物料的粘度成反比， 所以 DMF 的塔板效率要优于 NMP。NMP 法的废水、废气和废渣量较DMF 法低很多。DMF 职业性接触毒物危害程度为Ⅲ级 ， 在水存在下会分解， 且含 DMF 的废水不易被生物降解。DMF 对人体的毒性是累积性的， 无法从体内排出， 而且装置的允许泄漏点较多， 因此DMF 对装置员工的健康危害较大。含 DMF 的废水也会危害周围环境， DMF 落到水泥地面后极难清除， 而且 DMF 法每次排放焦油都会对周围空气产生较大污染。NMP 基本无毒， 用水很容易冲洗干净。热稳定性和化学稳定性极好， 即使发生微量水解， 其产物也无腐蚀性。废水中含有微量 NMP， 也易于生物降解， 有益于环境保护和人身健康， 具有环保优势。
三. 结语
尽管 NMP 工艺存在一定的不足， 但综合来看， 该工艺还是优于DMF 工艺， 尤其在装置的能耗、溶剂的性能、防聚合和环保等方面具有明显的优势。在今后新建丁二烯抽提装置的技术选择方面， NMP 工艺越来越为人们所接受。
参考文献
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一、石油化工废水的重要特征
石油化工产业在进行生产的过程中，产生与排除的废水量十分巨大，从其所含有的成分来看，存在着原油脱盐水、洗涤水、冷凝水、油罐的脱水、机泵的冷却水与锅炉的排污水等等，其产生的废水量与污染物质是随着炼厂的类型及加工工艺等方式而存在一定的差别。一般的炼油厂残渣废水主要来自常减压、催化生产的初常顶油和催化汽油、催化柴油等油品用碱液进行碱洗后的废液，而所洗的产品不同，残渣的性质也存在着一定的差异，对残渣的物质分析，我们发现，其仍然存在着一些有用的物质，我们必须采取有效的回收对策，实现资源的利用最大化，剩下的物质无法被利用，作为残渣排放，对这部分物质的含油量分析，我们发现，一般情况下，其COD值都特别高，可高达数十万，COD及硫化物、酚等污染物的排放量占炼油厂或石油化工污染物排放量的20~30%，除此之外，还含有一定部分的酚和环烷酸，对这部分物质必须采取有效对策进行处理，否则将会对整个系统造成一定的污染，将会对整个企业造成严重的冲击，影响无处处理系统的功能发挥，所以，加强对残渣废水的处理是十分必要的。
二、处理残渣废水的有效对策分析
从我国当前的科学技术水平来看，对残渣废水的处理工艺水平相对较高，以硫酸酸化法、焚烧法、稀释处理发、湿式氧化法、利用催化裂化再生烟气中和高级氧化组合工艺处理碱渣法为主，下面就对这几种工艺进行详细的分析
1.传统的硫酸酸化法
这是较为传统的对残渣废水处理的工艺，首先其程序是进行沉降除油、然后用硫酸酸化，最后进行分离。其原理对废水的酸碱值进行调节，除去大部分的油，但是其除去污染物的能力十分有限，经过这一处理工艺的污染物对环境的污染仍然十分严重，导致后续处理存在着一定的难度，而且存在着一定的安全隐患。
2.成本费用较高的樊烧法
这一方法的原理是利用瓦斯砌体或者是燃料油将经过蒸发处理后的残渣废水在樊烧炉中经过高温樊烧，利用高温氧化除去所含的污染物。但是对樊烧的物质进行化验分析后，我们发现，其会产生大量的SO2等有毒气体，会对周边的环境造成一定的影响，而且由于需要采用燃料油或者是瓦斯气助燃，所以其成本相对较高。
3.对污染物进行稀释
这一方法的原理相对较为简单，就是降低污染物的浓度，用水进行稀释，使其达标。但是从实际情况来看，残渣废水中污染物的浓度相对较高，与预期的标准相差十分巨大，要想达到目标，就需要扩大污水处理厂的规模数倍，成本相当高，而且会造成土地资源的浪费。
4.湿式氧化和间歇式活性污泥处理法
这一方法最早出现在辽宁抚顺，相对而言，其处理效果十分理想，但是其对操作的环境要求十分要个，必须在高温高压的环境中方能进行。其由缓和湿式空气氧化脱臭（WAO）和间歇式活性污泥生物处理（SBR）两个单元构成。在WAO单元，残渣废水中的无机物及有机物经过氧化作用合成硫代硫酸盐、亚硫酸盐和磷酸盐，实现脱臭的目标，同时可以减少在后续的酸化中可能出现的用酸量。进入到SBR单元，经过氧化脱臭后的废碱液在SBR反应池完成生物降解和固相微生物与废水的固液分离过程，出水COD500mg/L，达到二级生物处理系统进水水质的控制指标，满足污水处理的要求。
5.利用化学原理处理残渣废水
现在应用较为普遍的还有利用催化裂化再生烟气中与高级氧化组合工艺对残渣废水进行处理，其原理是将汽油精制产生的碱液或碱渣和液化气精制产生的碱液或碱渣进行调和，在调和后的废碱液或碱渣中通入催化裂化再生烟气进行中和反应，达到降低PH值的目的，流化催化裂化装置再生烟气中主要包括酸性气体CO2、SO2及NOx，且该酸性气体将废碱液或碱渣中的NaOH、酚钠、环烷酸钠、硫化钠进行中和反应转化为碳酸钠及酚、环烷酸、硫化氢；便于实现残渣废水中的油和酚、环烷酸的处理。具体的处理步骤包括进行多级沉降、高级氧化、絮凝、压滤工艺等等；进一步提取粗酚、环烷酸等；将处理后的水有管理地排放到现有的污水处理厂进行综合处理。
三、各项工艺的优劣对比
经过对以上的各项工艺分析对比我们发现，各种工艺都存在着一定的处理能力，但是相较而言，硫酸酸化法相对较差，在应用中存在着一定的安全隐患；樊烧法尽管效果十分理想，但是其成本过高，而且会造成周边环境的压力；稀释处理对策相对实现的可能性不大，而且对后续污水的处理仍然存在着很大的压力。而湿式氧化和间歇式活性污泥生物处理法经过实践分析，我们发现其成本性对较低，但是对施工环境的要求较高，但是处理的效果十分理想，脱硫率可以高达99.9%，COD脱除率：98%；而采用催化裂化的处理成本也相对较低，处理的效果也非常好，值得推广。
经过一系列分析，我们对上述的生产工艺都有了新的认识，经过分析研究，我们发现湿式氧化和间歇式活性污泥生物处理法与催化裂化再生烟气处理法这两种技术比较具有实用性，从效果上来看二者没有明显的区别，但是从实际操作的难度上分析，我们发现催化裂化的方式更加使用，具有一定的技术优势，具有一定的推广价值。
四、结束语
残渣废水是石油化工企业发展的附属品，其严重影响企业的发展与产品的生产，为了倡导绿色环保的理念，我们必须采取必要的措施，加强管理，不断地应用心得技术来提高处理能力，降低成本，增强石油化工行业对残渣废水的处理能力，大力推广新工艺。实现绿色化工。
参考文献
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【摘要】针对目前炼焦工艺学课程教学过程中的问题，对如何上好炼焦工艺学进行简单的讨论，提出多媒体教学、典型工艺教学、实验教学和毕业实习教学等多种教学手段相结合的方法，调动学生学习的积极性和自主性，引导学生主动发现问题、分析问题、解决问题，为学生进一步深造或工作打下坚实的基础。
关键词 炼焦工艺学；教学研究；典型炼焦工艺
炼焦工艺学是煤化工专业必修的一门专业课程，具有较强的实践性和综合性，在日常教学过程中，由于其内容覆盖面广，牵涉专业知识较深，学生普遍感觉学习时有一定的难度，课程内容枯燥，学习完课程过后印象不深，很难抓住重点难点。针对上述问题，教师应该根据炼焦领域的发展，调整教学方法，使学生获得系统化、专业化的炼焦知识，能利用所学的知识解释专业现象，具有解决生产问题的能力。下面就如何上好炼焦工艺学进行简单的讨论。
1合理设计课程内容
要教好一门课程首先教师就要合理设计课程内容，明确课程培养目标。炼焦工艺学课程主要向学生传授煤化工产品生产、科研、设计所需的基本理论和知识。课程内容应根据国内外炼焦与化产回收工业的最新发展，结合当前社会重大需求和所面临的问题，对课程内容进行结构调整，删减陈旧过时内容，尤其对课本中的一些低效老式焦炉炼焦工艺等知识点，学生感觉内容枯燥乏味，这就要求教师上课时发挥自己的能动性，将一些新型炼焦技术引入到课堂教学当中。
同时，教师还应明确教学重点如炼焦基础理论部分、焦炉基本原理部分、典型炼焦工艺等，这些知识点涉及到许多基础课程如煤化学、化工工艺学、化工原理、燃烧工程等课程的内容，讲授课程内容时，既要说明各章节内容、新老知识点的相互联系，又要避免或减少课程内容的重复。使学生清楚所学知识的来龙去脉，让学生明白学什么、如何学，合理分配重点讲解内容和自学内容。授课时要突出重点，探讨炼焦基本问题如炼焦用煤的特点、煤粘结成焦的机理、碳化室内成层结焦、炼焦化学品以及化产回收工艺等；介绍炼焦新技术及其基本原理、焦炉加热系统设计等；分析典型炼焦工艺，培养学生专业知识的实际应用能力；同时密切关注国内外相关领域发展前沿动态，使学生了解关于此学科的前沿进展。
2利用多媒体教学
合理有效地利用多媒体技术进行教学具有很多优点，可以扩大课堂讲授的信息量，拓宽学生的专业视野，使所要传授的知识直观生动形象，吸引学生的注意力，激发学生学习兴趣，从而调动学生的学习积极性和学习热情，同时，多媒体还可使课堂教学更灵活，克服了课本、教师语言、板书、挂图等传统教学方式的局限性。这些优势都有利于提高了教学的质量和效率，例如在教授焦炉结构课程内容时，可以先期播放一些大型焦炉生产的视频，为学生提供了直观具体的感性认识资料，使学生可以身临其境的感受到焦炉的生产过程。由于学生事先通过视听等学习较为抽象的教学内容，并且能够直观地认识到了焦炉的科学性和复杂性，从而能使后期教学内容的效果明显。多媒体教学能让学生在短时间内，对所学的知识理解，记忆的更加深刻。过去给讲授焦炉热工课程时，只是一味枯燥的讲解一些理论知识如焦炉热工效率、物料平衡和热平衡等等，学生学习后，效果不佳，印象不深，很多同学过段时间后就不清楚如何进行焦炉的热工评定，而现在利用多媒体教学，可以结合课本理论内容，播放一些焦炉加热、煤气燃烧和熄焦等过程的视频资料，使学生对所学内容认识更加深刻，并且在实际工作中能够运用基础知识进行分析，提高学生专业能力。
3典型工艺讲解
课堂教学时，可以将一些典型炼焦工艺引入课堂，让学生了解这些工艺的特点，并且让学生对不同工艺进行总结评价，激发学生积极性，主动参与课堂讨论，参与学习，从而不仅能活跃课堂气氛，提高教学效果和效率，同时让学生能够对所学的理论灵活应用，培养学生运用专业知识分析、解决实际问题的能力。例如在讲解捣固炼焦工艺时，先将捣固炼焦的基本原理介绍给学生，然后让学生们列表对比捣固炼焦与其他炼焦工艺的区别，如比较焦炉结构、装煤方式、炼焦煤的质量等。同学们看过对比结果后，会进行思考，带着问题来学习，在学习完本节课程后，鼓励学生相互讨论，大胆发言，激发学生学习积极性。对于一个典型工艺的讲解分析并不只是局限在某一个堂课内容的知识点上，而是要贯彻整个教学过程中。在讲授有关典型焦炉结构知识点的时候，同样可以捣固炼焦工艺继续进行探讨，让学生分析焦炉应该如何设计碳化室结构，如何最大限度的提高焦炭产量，又不会影响推焦操作。通过学习，学生就能对新型焦炉的发展等有较深的理解，掌握分析其它炼焦炉结构的特点，能够举一反三，这种讲解方式比教师照本宣科的教学更能引起学生的学习兴趣，有效地解决课堂中的教与学，并且最大限度地调动学生的学习积极性，以学生为中心，最终有助于达到教学目的。
4利用实验教学
实验教学是教学工作的重要组成部分，可以培养学生的观察力、动手能力和专业素质，使学生初步学会学科做科学研究的基本方法，是理论联系实际的一个重要环节。对于炼焦工艺学中的很多内容，仅仅是靠教师板书，甚至是多媒体也远远达不到教学效果的，必须要让学生亲体体验操作，例如学生学完了炼焦工艺学课程过后，熟悉和掌握了煤炭结焦的基本原理，然而不少学生却不知道焦炭反应性的测试，这就说明教学过程中，实验教学的部分的严重缺乏，在炼焦工艺学教授过程中，在介绍相关章节内容时，需安排相应的实验部分，并且同时教会学生做科学研究的基本方法与注意事项，让学生明白做实验前的注意事项，如何去查找实验标准，如何纪录、分析试验数据，使学生养成一个良好的科研习惯。
5利用毕业实习进行教学
煤化工专业毕业实习是一次重要的实践教学环节，是对专业课课堂教学的一个完善和补充，通过毕业实习对学生进行专业知识的深化，把理论知识和实际应用有机地结合起来，加深学生对课堂教学内容的消化、理解和掌握，提高学生对所学知识的实际应用的能力。毕业实习教学过程中，应鼓励学生多动脑、勤思考，不能走马观花的看一遍，让学生灵活运用所学理论知识，这样使他们在毕业实习的过程中，能将自己在课堂中所学的知识应用的实际生产当中，并且引导学生查找资料解决一些复杂问题。例如在参观焦炭的加热系统时，要求学生描述焦炉加热系统运行，采用何种加热方式以及这种方式的主要特点等，并要求学生根据课本所学内容和实地学习经验，学习焦炉加热系统，通过此种办法毕业实习，可以使学生不仅思考一些表面现象，还启发同学们思考深层次的问题，能收到很好的实习效果，为学生日后的进一步深造或工作打下坚实的基础。
总之，要上好炼焦工艺学课程，首先教师对课程内容进行合理设计，然后采用多媒体教学、典型炼焦工艺教学、实验教学、毕业实习教学等多种教学方法和手段，调动学生学习的积极性、自主性，引导学生主动发现问题、分析问题和解决问题，对学生进行专业技术能力和科学方法研究的培养，为学生日后的进一步深造或工作打下坚实的基础，最终将学生培养成一名合格的煤化工专业技术人员。
参考文献
篇7
回顾20世纪的发展，特别是20世纪30年代以来，正是烃类经济发展的历史，主要资源来自于化石资源（煤、石油和天燃气），许多国家都认为化石资源是保证能源和原材料供应的基础。从20年代以来的靠其提供经济发展的需要，以至于达到今日的生活水准。据统计，生物基资源所占份额很小，在能源方面低于1%，在原材料方面也不到5%。尽管烃类对经济发展的贡献呈强劲势头，但是有限的资源令人担忧，而各种化工产品带来的生态和环境问题也日益严重，因此可持续发展战略已成为全球共识，并且已被广泛接受和推行。
在可持续发展的施行中，要使经济发展与生态环境保持平衡，经济持续增长、生活健康标准不断提高、国家安全与稳定，保证资源供应具有重要的作用。因此，许多国家政府的产业界都呼吁开发和利用可再生资源来补充和取代目前过于依赖的非再生并日益减少的化石燃料资源。
早在1996年，美国政府就组织有关行业协会、学术团体、产业界和教育科研部门专家讲座可再生资源开发利用问题，并于1998年后提出题为《2020植物/农作物为基础的可再生资源——通过可再生植物/农作物资源利用加强美国经济安全性的设想》（以下简称“设想”）。该设想公开发表后，美国农业部和能源部支持全国玉米种植者协会组织跨产业部门研究讲座设想的实施问题。经过长时间讲座产业界、深信界和政府部门对设想目标的实现、存在问题和实施步骤取得共识，并提出了题为《实施植物/农作物为基础的可再生资源2020年设想的技术指南》（以下简称“技术指南”）。这两份报告内容详实、焦点明确、逻辑性强、实施步骤清晰，许多观点和技术课题及措施具有启迪性。从该两份报告中，不仅可以弄清可再生资源和内涵、开发利用的必要性和可能性，而且对如何开展和促进可再生资源的开发利用提供了实施途径。对目前可再生资源开发利用的经济技术状况、存在的障碍和误区也都作了明确的阐述。虽然两份报告都是针对美国情况提出的，但是其科学性和前瞻性以及许多技术内涵对我们仍不乏借鉴参考价值。
“设想”是有关于发展以植物/农作物为基础的可再生资源产业的战略，是由美国农业、林业和化学工业部门（其中有各类美国公司企业）、非盈利组织、商贸协会和学术部门、各行各业的专家学者共63人经过讲座研究，首先提出对此新兴产业未来发展的设想。
1996年12月美国全国玉米种植者协会组织战略设想研讨会，目的是草拟一个产业设想，使植物/农作物为基础的的可再生物质可以作为当前惯用的原料的补充来源以满足人们对化学品、材料和其他产品不断增长的需要。
本“设想”广泛地规划了此产业如何从目前家庭式的产业走向全国规模的核心制造产业的道路。公开此“设想”的目的是为了吸引更多读者关注，出谋划策，共同开发，使其能成为现实的技术实施方案。
对于世界资源能否足够支持当前已经发生的急剧经济膨胀，社会上历来存在两种不同观点：一种是悲观的认为，世界资源难以满足呈指数的经济增长。如果现有技术不能进一步发展，而非再生资源又有限，这种悲观看法确实是现实的评价；另一方面，当前的技术正在突破，并有无限潜力，因此对未来产生乐观看法。
历史教育人们，只有通过协调提出明确设想，才能引导人们去解决关于未来发展的重大问题。
过去一直谈如何解决未来25年世界超过100亿人口的食品问题。获得食物只是人类生存的一种需要，其他还有呈指数增长的对能源、运输、住宅、学校、机械以及计算机等的需要，而满足这些需求的资源从何而来是应当考虑的问题。
钻探更多、更深的油气井可以供应更多的烃类原料，但是油气储量毕竟有限。对现有烃类的有效利用率将会不断提高，但是效果不大。纳米技术可能会促进小型化从而节省材料，但是有些物件不能缩小。问题是资源正在耗尽，何时耗尽并不重要，重要的是探求一种新的资源模式，使之逐步转化。
“设想”序言称，不论适用性技术应用如何，凡将现有资源转化为可再生资源，都是符合可持续发展的方向，也适应环境和生态要求。因此，应用植物/农作物资源的设想是乐观的。
随着适用性研究和开发的进展，人们可以发现许多经济上可行的方案来满足整个地球的需求。该"设想"确定了方向和相应的规划，采取措施建立利用植物系统中能源和碳源的可再生资源基础。面临的挑战是严重的，但机遇也是难以衡量的。人类可以适应变化，但必须接受所面临的挑战。序言中从两方面进一步阐明“设想”提出的背景：
1、界定植物/农作物基资源
植物/农作物基(有时用生物基bio-based)资源是指来自于一定范围的植物系统，主要是农作物、林产品和食品、饲料和纤维工业加工过程中的副产物。它们可以通过一年生的作物和树种，多年生植物和短期轮作树种等途径在一个较短的时间内再生。石油化学品原本也是以植物为基础，其基本分子为烃类。植物/农作物基可再生资源当前所用的大量基本分子是碳水化合物、木质素和植物油。也有一些量少高值的分子是来自二级植物新陈代谢。另一个主要区别是烃类及其提取系统已经开发并加工处理其所需要的原料型产品，而植物基可再生资源在某些程度上虽然也被认定，但某种植物会含有某种资源，加工后会留下什么，尚未完全搞清。
最近生物技术进展可以改变植物成分和酶提取系统，这就为现在需要的化学产品和新型中间人体及产品制造提供了新的经济机遇。据统计，美国的森林、耕地、牧场等面积约22.46亿英亩(1英亩=0.405公顷，下同)，其中主要农作物的种植面积有4.24亿英亩，可以生产大量植物/农作物基资源。过去50年，这类资源的重点主要是面向食物、饲料和纤维生产。
2、烃类经济
20世纪后期，世界经济发展很快，生产增长率有很大提高，尤其是各发达国家，一些发展中国家也不断增长。成功的增长和发展过程中起主要作用的是烃类经济。自20年代以来，矿物化石燃料的采取和利用提供了人们当前所享受的经济效益和生活水准。许多国家都依靠这种资源来满足能源和原材料的需要。
在过去50年中，大量的研究开发在能源生产和基础产品制造方面创造了许多可以大量增值的工艺过程。市场经济明显地受人们提高生活水准的意愿所驱动，以创造各种产品。生物基资源的(主要是用植物基)用量很小。据统计，在能源方面少于1%，在原材料方面亦低于5%。美国1996年玉米、黄豆和小米等生产用作食品和饲料量约为6900亿磅(1磅=0.4536公斤，下同)。由此从经济角度看还不能赶上工业原料，而以烃类为基础的经济却繁荣昌盛。
烃类虽然将继续起到非常有效的经济发展平台作用，但是在其未来应用中却有若干问题有待解决。首先是对石油化学产品的应用环境问题日益受到关注，随着又产生了许多相关的问题。化石燃料是一类正在减少的原料资源。应用植物/农作物基资源作为一种补充，由于它们是可再生的，所以为经济有序地向可持续发展转变创造了机会。
通过对能源状态的审视就可看到可再生资源作为一种补充的必要性。烃类资源有限，许多专家提出世界可采和探明储量，如按现在消费水平计算只能提供50-100年，此处的一个重要假设是“现在消费水平”是保持不变，但是从全世界人口增长和生活水准变化来考虑，此假设是不合理的。当前世界上按人口平均的能源消费水平差距很大，详见表1，许多发展中国家都将增加能源消费。未来的能源供应问题是多方面的，因为发展中国家人口众多。例如，中国按人口平均能源消费相当于美国水平的1/3，其需要增加的能量数量约相当于美国现在全年能源使用总量。
表1当前按人口平均能源消费水平KWh/人美国法国日本巴西泰国中国
122007500700015001200900
一些有效利用烃类的开发将有助于需要增长问题的解决，但是对烃类找到补充资源是完全必要的，只有如此才能保持可持续发展的工业基础。
新技术开发和应用需要时间。石油化学工业本身的发展就是一个事例。1920年烃类原材料经济并不像今天这样具有吸引力，过了50年，开始适应化石燃料状况的工艺。因此，要使植物/农作物基系统达到同样现代化水平也需要时间。
当前正是开展大量研究开发工作、利用各种可再生资源和各种新工艺、并开始在各种可供选择的途径中提出选择标准的时候。现在进行研究并不意味系统要立即改变，但是，烃类经济的经济学未来将出现问题：要支付高额环境费用，或是由于原料缺少而价格上扬。
投资适用性研究可以在未来能源和原材料间进行相关的比较，提供非常需要的选择。在中期至长期，选择植物/农作物基可再生资源可能是要兼顾环境方面容许和经济方面具有吸引力。而在近期，研究和开发可能只在一些领域内进行，使植物/农作物可再生资源能开始进入基本化学原料市场，从而扩大资源基础，延长有价值的化石燃料储备的应用寿命。
在上述背景环境下，通过研究讨论，提出了2020年开发利用植物/农作物可再生资源的设想的目标；“设想”是要通过植物/农作物基可再生资源的开发来提供经济继续发展、生活的健康标准和强大的国家安全。植物/农作物基可再生资源可以改变当前对日益减少的非再生资源的依赖。
本“设想”的内涵重点是建立新的观念，即植物基资源是越来越重要的工业原料资源。非再生资源可能因经济和环境因素逐步被植物基再生资源所取代，“设想”反对等到危机发生时现开始启动替代。
展望2020年，化石燃料可能仍将占90%，增加植物基可再生资源并不是可有可无的，它对满足未来的需求非常迫切。当然，需要有效地加工和利用这些植物衍生原料。其新途径的研究从现在就要开始，为经济发展有足够的时间，保证解决环境而进行良好的合作。
要取得有成效的进展，应当确定以下的方向性目标：
1、2020年化学基础产品中至少有10%来自植物的可再生资源原料，到2050年提高到50%。
2、建立植物基(农作物，林产，加工业)系统，用有效的转化加工工艺生产可再生原料，为2020年选中的产品提供经济合理、对环境瓜敏感的制造平台。用此生产链来示范一个综合的植物/农作物基原料系统的经济合理性和潜在效益，显示工业应用机遇的新领域，为2020年以后国内和出口的需求做出贡献。
3、在工业投资者、植物商、生产者、学术界和各级政府之间建立合作伙伴关系，开发从小范围到大规模的工业应用，重新激活农村经济，改进增值加工和制造链的集成，消除食品、饲料和纤维加工业与基础材料制造业之间的差别。
“设想”中提出，科研与开发方面要制定有详细目的和要求的相应计划，支持上述方向性目标的实现，从而也可取得投资的优势。
植物/农作物基资源利用现状和前景
一、现状
烃类提供人类能源和衣着。塑料、油料、油漆、染料、药品等基础原料，已经成为现代生活的主要依靠。1970-1990年间石油基的塑料增加了4倍，已经逐步代替了玻璃、金属甚至纸张。植物/农作物基资源目前尚未有效利用，主要是因为可用性差、质量不高、供应不稳或是价格高。要推动和提高植物/农作物可再生资源应用的兴趣，需要从以下几个方面来分析。
1、实用性
尽管消费总量不高，但是植物基原料当前在化学品方面应用面很广，如用于油漆、粘合剂及剂等。黄豆是植物袖的传统原料，随着基因工程进展，可以生产满足特殊剂市场需要的专门油。最近，可用黄豆衍生物制造油墨，在乙醇、山梨醇、纤维素、拧槽酸、天然橡胶、多数氨基酸以及各种蛋白质等化学品生产中，植物基资源是主要原料，详见表2。
表2、美国植物基资源用量万t/a类别用量用途
木材8090纸，纸板，木质素纤维复合材料
工业淀粉300粘合剂，聚合物，树脂
植物油100表面活性剂，油墨，油漆，树脂
天然橡胶100轮胎，家用品
木材提取物90油料，胶
纤维素50纺织纤维，聚合物
木质素20粘合剂，丹宁，vanillin
在多数情况下，应用的植物基材料主要是原始状态分子。如木质素纤维、植物油和橡胶等复杂分子的应用也只有有限的改性。这就与石油化学工业构成明显的反差，石油化工则是用化学方法按需要将烃类裂解成几种简单分子，如甲烷、丙烯等。用这些基础原料进行化学合成，制造所需要的复杂的分子。
在少数情况下，植物/农作物原料进行裂解成为不同的基础分子，例如高果糖的玉米生产糖浆和玉米淀粉发酵生产燃料乙醇。1996年美国用211亿磅(1磅=0.4536公斤，下同)玉米采用新型酶发酵方法生产9亿加仑(1加仑=4.546L,下同)乙醇，从而加工为90亿加仑混合汽油。从许多实例看，植物基原料有一定实用性，虽还未生产像药物那样的高度专业化的分子，但却包括了大量生产的中间体及产品。
2、供应及质量
植物系统地区分布广，由于土壤和气候条件不同，导致供应和质量的差异。森林和农业系统的发展已经缩小了天然野生植物的供应差异。
生物质的总产量虽然很大，但是由于没有经济的转化技术而使其应用受限制。一些新进展如快速裂解提供了从中获得低分子量产品的机会，如果能在分离技术上进一步创新，就可以推动此应用。生物质资源可以来自快速增长木材、田边作物以及其他专门培植的植物物种。另一潜在的生物质资源是当前为食用和饲料种植的农作物，如玉米、黄豆、小麦和高梁等。一般情况下这些作物只应用其产量的一半。此4种作物估计每英亩(1英亩=0.405公顷,下同)约有2600磅(以干物质计,下同)遗留在田地中，总计约有5200亿磅。一部分留在耕地以改良土壤结构，但大部分运出去，作为原料应用。因此要求有适当的、成本低的储运系统和加工技术。
供应方面的主要问题是对原始生产的管理。当前，树木可作木材和纸浆，种植农作物只是为食品、饲料和纤维加工，没有在综合利用上进行优化。对植物/农作物投入的成本评价基础是未经优化的植物生产系统，因此经济性不佳。一些边际土地的利用可以扩大植物基可再生资源原料基地。但是从经济上比较，其很难达到经济可行目标。在估算其经济回报时，要考虑化肥、农药等化学品的使用费用。要增加可再生资源来源，除了要提高边际土地利用率外，主要应是如何对良田建立优化种植生产系统。
当前低投入、低产出的植物生产对农民难以盈利，并不利于农村发展，也不能为加工业提供低价原料。但是在产出方面，数量和质量相差甚大，从此系统得到的产品必然价格较高，严重地限制了经济上的可行性。而且，由于低产出生产就需要更多的土地，其对环境的单位影响常常大于更为强化、密集的系统。因此要优化生产系统，同时改善边际土地的利用。此外利用生产率高的土地作为植物/农作物可再生资源的原料基地，这也有利于解决数量和质量上的波动变化。
农村根据市场需求规划种植计划，如根据乙醇市场还是植物油供需情况，做出种玉米还是种黄豆的选择，其次则要进行第2轮对品种的选择，作乙醇则要种高淀粉含量的玉米品种，如要种饲料，则种含高油量玉米更佳。这些选择都对产出经济效益有很大影响。面对“设想”需要扩大食品或饲料、饲料或原料、油料或淀粉、纤维或糖、药品或聚合物等等选择范围。要根据供应或需求来决策，就需要进一步仔细研究有关课题。
3、植物/农作物基原料成本
利用植物/农作物基可再生资源主要是成本问题，它与烃类相比是不经济的。工业生产要求大量的便宜原料。植物原料价格便宜，如果能开发适当的系统将极具竞争能力。利用植物/农作物基原料生产化学品的成本比较，详见表3。
表3、植物/农作物基化学品生产成本类别生产量万吨通常方法美元/1b植物衍生美元/1b植物衍生占总产量%
糠醛300.750.7897.0
粘合剂5001.651.4040.0
脂肪酸2500.460.3340.0
表面活性剂3500.450.4535.0
醋酸2300.330.3517.5
增塑剂801.502.5015.0
炭黑1500.500.4512.0
洗涤剂12601.101.7511.0
颜料15502.005.806.0
染料45012.0021.006.0
墙涂料7800.501.203.5
油墨3502.002.503.5
专用涂料2400.801.752.0
塑料30000.502.001.8
实际上,在制造业中选用不同的化学加工工艺对其成本影响很大。
植物/农作物基可再生资源不是一种替代性资源,而是为工业原料提供的补充资源。成本问题并非只限于原料,而且与加工过程有关，因此要进一步开发新的化学和生物加工工艺，才能扩大植物基可再生资源应用范围，使之成为经济可行系统。
二、前景
由于植物/农作物基可再生资源的来源不同，每种来源的原料又可以利用不同的加工工艺，构成了一种多维的发展前景。本“设想”运用矩阵分析方法进行探讨。不同投人的植物原料，可以运用不同的加工系统，并取得各种不同的开发效果。
1、废料和副产物利用
从当前看，利用机会多，但需要有新的加工技术才能使其成为更重要的资源。
(1)现代化学
森林工业已经将副产物利用发展成为一个较大的行业，如纸浆副产液转化为磺酸木质素表面活性剂CH3SOCH3以及用树皮制丹宁。农作物的磨榨工业开发了许多应用副产物进行加工的工艺，如从燕麦制糠醒、淀粉粘合剂、专用棉籽油、从湿磨料生产拧蒙酸盐和氨基酸等。但是，许多食品加工业，如蔬菜和水果却没有开发相应的副产利用加工工艺，经常将副产淀粉和糖排放入周围环境。副产物的利用具有许多发展机遇，提取及销售其所含的有效成分是降低主产物成本的手段，而且从战略上看是扩大利用植物基资源。
(2)改进化学
木本植物和有些农作物加工中有较高的木质纤维素含量和一些碳水化合物，如烃类工业一样，可以将复杂分子转变为较小分子技术。便宜的植物衍生发酵制糖的开发已在进行。用金属有机物化学将碳水化合物转变为增值化学品是扩大利用植物基原料的又一技术途径。改进化学方法具有潜力，可以使植物衍生的废料加工利用提高经济回报率。
(3)生物加工
在比较复杂的料浆中用微生物发酵法生产某种分子，再将其分离出来成为需要的产物。生物转化是应用微生物、细胞或不含细胞的酶系统的一步法工艺，它提供了改进废物料和副产物利用机会，随着分离技术的提高，生物加工工艺可以获得更为广泛的应用。
(4)新分子
在此方面似乎不太重要，从废料中生产新分子不是一条最佳途径。
2、现有农作物
从近期看扩大应用具有最佳机会。
(1)现代化学
从化学工业整体看，并没有|认为植物衍生材料具有较高的经济价值，但是具体|问题要具体分析。石油化工利用烃类而不用碳水化合物和其他生物基分子。
(2)改进化学
如果植物衍生原料是结构型的生物质，含有木质素和纤维素等成分，其具有一定优势。一些新技术，如综合燃烧或金属有机化学等都能提供更好地利用此类资源的机会。除林产资源外，约有5200亿磅的生物质资源目前尚未加以利用。改变加工工艺路线可以提高利用现有资源的效益。新的工艺开发可以提供利用糖和淀粉的机会。植物淀粉有不同来源，如水稻、土豆、玉米和小麦，它们的性质、用途都不同，因此需要改进其化学方法，发挥其潜能。新化学工艺与生物加工及先进的分离技术综合起来可产生很大效益。
(3)生物加工工艺
植物作为生物加工原料量大而多样，从结构型生物质到一些专门的植物组分，在生物加工方面潜在优势很大：用酶转换玉米衍生的葡萄糖生产高果糖的玉米糖浆。最近从玉米葡萄糖经过发酵制琥珀酸也取得成功。琥珀酸盐可以用作制一些化学产品如丁二醇、四氢呋喃，这些中间体又可进一步加工制成许多种产品。当前，用10亿磅这种原料可得到价值13亿美元产品，现在正在中试。多种学科进行合作就可取得良好的效果，这是短期内取得成效的一种良好运行模式。
(4)新分子
植物原料的投入固定，利用基因改性所用微生物或是专用酶，可产生新分子。此工作目前只在很小的市场中进行。当市场对具有特殊性能的新产品需求增加，投入产出可能会促使其发展，技术和经济的综合研究要沿着产品开发链进行，从界定所需要的产品——需要的特性——分子结构——中间体——酶技术——蛋白质/基因工程——投入植物的最佳原料——生产优化等。
3、新鲜农作物
此项作为中期发展机遇。
(l)现代化学
因为化学工业一般不认为农作物的利用能获得较高的经济价值，因此新鲜农作物并无吸引力。过去曾认为可以降低成本，但是实际上的技术限制否定了其经济性。
(2)改进化学
从投入产出看，存在类似问题，如果改进的化学工艺需要专门的农作物，-新鲜农作物可能会有优势。另一优势是在物流方面。按照改进工艺实施和运作规模，所需原料只能就近供应新鲜农作物。因此改进工艺应当与供应系统平行进行才能互相支持共同发展。植物作为原料补充资源时，困难在于许多烃类加工装置不位于农作物和森林种植地区，而植物基原料运输费用很高。
(3)生物加工工艺
与改性化学类似,区别在于如何将原料加工成中间体和最终产品。在技术上要考虑农作物品种的适用性，一种生物工艺可以对多种品种进行加工。优化工艺是影响运作经济很重要的因素。
4、改性基因类植物
这是中长期发展机遇，其可提供的成效目前尚难以想像，今后是否出现碳水化合物经济，或是其他经济，这要看建立在生物工程基础上的新工业平台所能发挥的作用。
(1)现代化学
基因改性植物基原料可能成为现有的烃类加工系统原料。但是，改性植物分子在烃类系统中降解所花代价太高。因此投入技术要能跨越加工技术，或者是较复杂的分子能直接得到并进入制造链，再有是新工艺路线能高效地应用此改性原料。当然这些变革都要从经济和环境两方面来评价其效益。
(2)改性化学
对优化植物/农作物基原料投入和加工有好处，应当进行此方面研究。至于何时见效则要根据基因技术进展及其达到工业化时间来确定。
(3)生物加工工艺
微生物或酶进行基因改变达到强化工艺过程目的。生物工程具有长期潜力，在原料投入和生物技术本身之间创优，有时所需要的可作基础原料的分子可以部分在植物原料内进行合成，用生物转化或高度专门化的生物/化学工艺进行分离。为了继续应用化石燃料生产专门产品，需要进行研究开发，使有限资源能取得最大的价值。
(4)新分子
过去20年中，塑料已成为最大的工业部门，在日常生活中代替了玻璃、陶瓷、木材和金属。市场将会根据消费者的意愿和需求发生变化。材料科学将继续发展，市场销售者将继续设计新的消费品，塑料的未来变化难以预料。能作为新工业发展平台基础的新分子将会很多，物理与化学科学与生物工程材料结合将产生新的领域。植物基可再生资源将是未来的主要资源。新陈代谢工程是将丰富资源制造成所需基础原料的渠道，支持社会基础设施。开发和拓宽其可能性，需要先进的技术，这将是未来新领域。
生物技术的潜在影响及实施“设想”的工作途径
生物技术的潜在影响
对一个新的技术领域进行评价，可以从如下几个方面来分析：近来变化的速度和引入的速度、量度及其带来利益的水平及公共公司投资、评价专利活动和有关协会的活动、观察开发进程、审视所取得的成功进展。
90年代初期，许多人对生物技术将对农作物带来很大变化是持怀疑态度的。到1996年，转基因作物在产业化方面取得成功，明确地澄清了这个问题。这些早期的成效是关于新的作物保护途径，对保护植物生产免受病虫害起了重要作用，对进一步了解和掌握如何改进植物组分也很重要。
由于管理方面的需要，转基因大田试验记录由美国动物和植物健康监测服务中心保存。从记录中可以看到一些行之有效的转基因改变植物组分的工作正在进行之中，试验范围也在不断扩大，一些主要的公司如杜邦、孟山都和PioneerHi-Bred等都在进行。
为了改变植物组分以提高营养价值，改善加工性能，或是为了某些工业和制药的应用，一些转基因改性品种已经进行了评价，包括碳水化合物的变革、油和脂肪酸改性、提高氨基酸水平、蛋白质形态操作(typemonipulation)、纤维特性改性、产生抗体、工业酶生产、二级化合物操作(甾醇，earotenoids等)、新型聚合物生产。
转基因技术发展非常迅速，为植物基材料扩大应用开辟了新的途径，使其可以为工业生产提供分子基础原料和更为复杂的分子原料。用植物基原料主产聚合物，制造塑料就是一个成功事例。从A1-coligenenentrophus细菌的3种基因已经能转入植物的1ipid合成中，可以得到polyhydroxybutyrate(聚羟基丁酸酯)，浓度可达14%。这种生物可降解的热塑性塑料正在进一步开发，使之可以从黄豆、棉花和油菜籽制备。
在过去50年内，通常用的植物培植产率已经提高了3倍，根据农作物满足食物、饲料和纤维不同用途，选择不同的方法得到具有不同特性的产物。高级植物种植要用基因图谱和转基因技术，进一步提高食物和饲料生产需要供应的植物基原料。
生物技术对植物基原料已经产生革命性的影响。但是，用生物技术来改变植物，使之适合烃类经济需要，并不是一条最佳途径。这就需要进一步弄清什么是工业链需要的因素，而这些因素又是能在未来转基因植物基可再生资源中具有最大的优势。
实施“设想”的工作途径
要成功实施美国可再生资源开发利用的战略设想(以下简称“设想”)中所提出的大纲，需要将研究、开发、工业过程工程以及对未来的市场了解等项工作有效地集成起来。适应“设想”的多学科计划以及各个项目的协作都要求有一共同的目标，向前沿技术迈进。应用改进的化学工艺加工现有的农作物，包括集成运用生物工艺，可以纳入短期计划之内，从当前到今后10年可以着手实施。这是研究中的一个热点。另一个热点是观念上的飞跃，超越当前的烃类化学，结合基因改性植物，运用新的工艺，这可以纳人中长期计划中，在10到20年甚至更长时期内实施并产生影响。上述两个热点都是当前在研究中进行投资，在不同期限内可以取得回报。
如果在这些领域内取得成功，在工业应用上就可以有了一个可行的坚实科学基础。新鲜作物应用开发将被看作是一个降低这些系统成本的一种机制，或是改善供应状况(数量和质量)，满足工业发展需要。
当审视植物基可再生资源的前景时，可以看到供应链本身包含着许多重大课题。不同物种发展有各自的地理优势，可以形成专门原料的加工中心，包括进入国内和国外两个市场。对转基因作物的鉴别保护机制仍在变化，植物基可再生资源上的这些系统都需要进一步研究。
本“设想”并非要给各种问题以答案，而是指出未来潜在的可能，在各方面采取一定的步骤就可以使其实现。下一阶段就要进行各方的协调工作，使多方面的投资者能有一个投入的基础，针对“设想”提出的目标进行开发工作。该规划要订出各项目计划，通过研究和开发来支持“设想”中提出的方向性指标。各计划项目要符合下列一个或几个方面的要求。
优化生物质和农作物基原料生产，达到计划应用要求状况。
为植物基原料的供应链提出装置、地点、贮运和分销措施，包括加强农村经济的机制。
加速发展基于改性化学和生物工艺的新工艺，同时考虑利用植物/农作物基可再生资源原料。
对多类投资者支持的项目，对上述三个方面中一个或一个以上将产生影响的项目，或是多学科项目等将给以优先和优惠待遇。投资项目选择标准应考虑时间要求和潜在影响的大小来确定。
植物/农作物基可再生资源对工业基础原产的需求增长是一个战略性措施，也是使美国在21世纪继续保持领先地位的战略性选择。开发基础资源具有经济、环境和社会方面的好处。机遇是明确的，考虑未来的设想是需要的，要联合投资者对新途径进行投资，才能创造一个安全的未来。
“设想”文本中不止一处引用达尔文的名言“能够幸存下来的物种，不是最强的，也不是最聪明的，而是能适应变化的”。
2020年可再生资源应用将增加五倍
《植物/农作物基可再生资源2020年设想实施的技术指南》(以下简称“技术指南”)，是《植物/农作物基可再生资源2020年设想》(以下简称“设想”)的补充，提出的目的是：支持“设想”方向，确定发展中的主要障碍和问题，确定优先的研究领域。
要达到上述目的需要进行协调观念开发，收集专家证明，组织多学科研讨会、听证会，优势排队试验和团队行动计划等多项工作。在“技术指南”编制过程中吸收了各方面人士的意见，参加研讨的共有66名有关部门不同行业的专家。专家们就全球性问题提出“设想”，针对“设想”结合现实状况提出存在的主要障碍与问题，再确定研究与开发领域，从而找出优先研究开发的课题。这些课题所属领域都是能为利用可再生资源实现可持续发展起最大杠杆作用的研究领域。通过参加“技术指南”研究和编制的专家的专业情况反映出在化工制造中应用生物基原料需要涉及多门学科。但是有3个产业是中心，即化学、生物和农业，每个产业都涉及几门不同的学科，如农业，林业和石油化学。
1、农业和林业
农业：是一个广泛的概念，包括谷物生产、林地和牧场等。这些土地上生产的农产品和林产品一起构成生物基材料，它们通过太阳能，大气中的CO2和土壤中养分进行原始生产而成为可再生资源。美国拥有大量优良土地，丰富的自然水资源和先进的技术基础，通过资源保护和利用，每年可产生可再生资源的巨大财富。林业：在美国有超过6.5亿英亩（1英亩=4046.24平方米）的森林，从业人口140万，每年生产价值2000亿美元产品。过去10年内，纸张部门的增长比木材业快。木材和纸产品回收循环利用率高，每年有约4000万t纸再生利用。美国的林业已经制定出2020年发展设想以及相应的研究计划。该设想呼吁进行研究，用先进的生物和遥感技术以及树木生理学和土壤科学等理论。
农业和林业通过应用基因学技术和转基因植物等新手段将会出现大的跃进。在不久的将来，可生产出大数量和高质量的作物。除了饲料和食品，还可以为工业部门提供原材料。而且还可以引入某些酶标记基因，可能会在植物体内制造完全新型的聚合物，并可大量生产，成为经济的消费用品。
美国将技术进展应用于植物和农作物的调整，使其在农业、林业和制造业中保持可持续发展的领先地位起着主要作用。国家的未来明显地要依靠近期开发可再生资源基础的研究来支持。
2、石油化工业
化学、工程学、物理学和地理学等几门学科在石油化学工业中的应用，对人们生活产生的影响是50年前难以想像的。石油化学工业成功地创造了众多产品，从高性能的喷气发动机燃料到基础化学品以及许多聚合物，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯和聚碳酸酯等。
石油化学工业：是资本密集型工业，已经建立了可观的基础设施来处理和加工化石燃料。美国每天要用1390万桶烃类原料，多数是作为燃料型产品，用于化工及其他工业基础原料生产，每天约为260万桶油短类原料。
近年来，工业化学品和塑料生产都有巨大的增长。塑料工业从业人员120万人，有20000套生产加工装置，过去在研究开发上花费以10亿美元数计的投资，才获得了今日成就。如果塑料制品的原料没有可再生资源，迟早有一天会变得十分昂贵。一方面，是否还有上万亿桶的石油开采量，原油价格能否在每桶10美元以内。世界原油生产已经变化迅速，而且有许多不定因素。另一方面，化石燃料资源是有限的，这是无可争议的事实。重要的是考虑当供应呈峰值时未来价格的敏感度，而不是去争论何时是油将用尽的理论时间。最近由于几处新资源的发现及应用，在20年内原油产量可能会有所增加。但是，必须注意美国一直是原油进口国，50%原油靠进口。如果原油进口一旦停止，北美可采用的化石燃料资源储量按目前消费水平只能维持约14年。如果保持目前进口水平而不增加，也只能使用28年。当然，将会有新的改进的抽提技术，例如水平钻探和核磁共振钻孔等，但是要在近年取得成效，希望是不大的。
用可再生资源补充石油化学品，要从现在开始，由少量到大量逐步进行，有关研究工作要立即开始。不考虑化石原料供应衰退时间表的争论，由于人口增长以及一些新兴国家人们生活水平提高，需求将继续增长。在可再生资源取代化石燃料之前，它将作为一种补充资源。因此，无论如何在美国开发可再生资源作为工业原料都是十分重要的。
“设想”中提出的指标是“2020年基础化学品至少有10%来自植物衍生可再生资源，随着发展观念到位，2050年要提高到50%”。要注意无论是美国还是全世界总消费量的增加是很快的，因为即使2020年的10%目标是按当时的生产总量计算，也比当前消费水平要提高4—5倍，绝对的增加更大。如果2020年消费水平本身提高1倍，可再生资源的绝对指标也要翻番。
换言之，不能期望可再生资源在不变的需求环境下能完全取代烃类资源，而只有当消费产品需求增加，可再生资源可以能满足此增加需求中的一部分。在2040年时间框架中，指标可以是：可再生资源应用使化石燃料能稳定地维持现在的消费水平。按此指标可以形成以下的观念：
由于不是一个竞争替代战略，可再生资源并不与非再生资源直接竞争。
需要用可再生资源和非再生资源两种资源来满足未来20年的需要。30年以后，可能要更多依靠可再生资源，因为那时的化石燃料将会很贵而且有限。满足近期指标的支持和研究完全与长期目标保持一致，这些方向性指标，非常清楚地表明面临的挑战是巨大的，需要从现在就采取行动，应当开始建立通向扩大利用可再生资源的道路。除了建立可操作的可再生资源基础指标外，其他一些相关的指标也是很重要的，包括：
建立系统，通过加强经济可靠性的基础设施支持，将供应、制造和分销等活动集成起来。
通过功能基因学来提高对植物新陈代谢的理解，优化对专门的增值加工工艺的设计和应用，除应用现有的组分外，要开拓新型聚合物生产和应用。要保证开发的新工艺过程的效率高于95%，同时应用伴生工艺，应用所有副产物，消除废料，保证新的平台能在特殊的环境条件下坚持目标方向对确定目标与研究指标要反复交叉检验，使其能坚持可再生燃料/能源需要的目标。
在生产和分销中要开发保持稳定供应的途径，在年生产一定范围基础上控制一些因素，如价格、数量、性能、地区分布、质量等。同时要制定提出这些因素的标准。
建立进一步合作伙伴关系，改进综合集成，通过加强农村发展来支持取得成功。
“设想”的目标要实现，主要要使本“技术指南”中所列出的目的大纲都能达到。基因改性植物生产专门的代谢产品和开发补充性的化学改性产品取得成效就可以达到2020年可再生资源应用增加5倍的目标。这些进展也将为2020年以后的进一步发展奠定基础。
可再生资源应用技术和市场的障碍及问题
将可再生资源制成消费产品的整个系统中有许多障碍和问题，其中关键和问题是：
植物科学方面：基因学、酶、新陈代谢和组分。
生产方面：单位成本、收率、持续性、基础设计、植物设计。
加工方面：经济学、分离、转化、生物催化、基础设施。
应用方面(由技术和材料驱动的问题)：经济学、功能性、性能、新用途。
应用方面(由市场和需求驱动的问题)：价格性能比、性能、知觉、市场开发。
现将上述关键和问题择要分别介绍于下。
一、关于应用方面（材料驱动问题）
1、经济学
单位成本是当前植物衍生材料使用的主要障碍，也是经常引起争论的一个问题，问题的核心是竞争性成本状态。在多数情况下，应用植物基原料的成本都比较高，难以与以烃类原料为基础的加工工艺竞争。但是，成本竞争情况有几个非常复杂的因素互相影响，诸如产品价值、材料成本、产量、需要加工程度以及所用基础原料的性能等。因此如果未来的战略只考虑降低本是不会成功的。最重要的经济推动因素不是成本本身，而是制得的产品和制造费用的差价(即增值)。
产品价格是诸多因素的函数，诸如产品利用、性能、消费者喜好和需求等，而制造成本则受原材料价格、供应的持续性、加工、废料处理费用和投资等诸因素影响，要符合当前的具有竞争性的通用化学品工业的低成本需要。但是，从长远考虑，只进行成本比较是有问题的，因为未来的化石燃料的成本是难以预测的。
在当前情况下，用烃类原料生产消费型产品的加工效率是很高的。但这并非是化石原料本身具备的特点。因为石油化工已经研究了100年，有了3代科学家，政府投入了大量资源才使之达到今日的水平。与之相比，植物基材料应用尚处于较低的水平，开拓植物基原料应用来适应已臻成熟的烃类加工需要并不是一条唯一的道路，目前应用数量还是很少的。另一条路线是通过弄清植物衍生材料性能进行技术开发，用基因改性植物，使之能提供含有需要功能的组分。
2、功能性
改变植物中的不同组分含量的目的是提高其功能性。在石油化工中先进行原料裂解降级成为简单的分子，随后用它们再行合成为较复杂的分子和聚合物。植物中已经含有不同形态的聚合物，可以在许多产品中应用。但是，在现在加工系统中尚无大量应用。用量有限的原因有几个方面，其中主要的是由于缺乏对其功能性的理解，而只注意其成本。最近，已经由植物衍生的蛋白质聚合物研制出塑料薄膜的试验产品，显示出其应用的潜力。而且，植物拥有立体化学结构，可以得到一些有价值的手性分子，如糖类、维生素、氨基酸等。从总体看，目前对植物基础原料的反应性和功能性尚不够了解，因此限制了新应用思路的产生。
二、关于应用方面（需求驱动问题）
1、市场开发的费用
植物衍生材料应用的一个关键是市场开发费用高。正如许多新产品市场一样，新产品的研究往往是由小公司开始的，它们投资不足，缺乏继续发展的资源，常常只停留在试验阶段。工业化的成功率低，由于没有一定的供应量而常使产品衰落。因此，需要大力改进产品开发和支持机制，而且要进行与产品相关的市场开发，这是扩大利用可再生资源的主要工作。目前市场上应用的标准都是基于石化产品，没有适应生物基产品的标准，这也是要成功地与石化产品竞争的另一障碍。
2、认识问题
植物衍生材料常给人以较低级的印象，这可能是由于当前处于“石化时代”之故。对某些制造厂商来说，它的性能较差，主要是因为未得优化。虽然公众环境意识增强，但是对植物基产品需求尚不足以创造市场来拉动技术开发。因此，当前可再生资源的进展主要是基于技术推动的结果，只有增加市场拉动才能有力吸引公司更多投资。没有要变革的冲击，就不会有更多的变革。因此，如果没有各种经济倾斜途径，现状是难以改变的。
三、加工问题
1、基础设施中分销问题
多年来石油化学工业已经建立了加工和分销烃类基础产品的有效基础设施。由于依赖进口原油，美国的多数基础设施是建设在海岸线上。因此，许多现有的加工装置并不适合大量植物基材料的收集。植物原料都是在木材加工厂、榨油厂和玉米湿法加工厂进行加工，它们最好接近于供应地。要应用大量植物原料就需要进一步将供应和加工制造集成起来。应当开拓确立农村发展优势和重点的战略和措施，更好地鼓励多用可再生资源。
2、分离技术
应用植物于工业用途的一个关键是缺少植物组分的分离技术。树木具有非常复杂的成分如木质纤维素。此成分强度高，但要将它分离为有用的分子组分则很困难。多数农作物收获品是种子，它们含有碳水化合物、蛋白质、油分和数万种其他组分。通常对许多谷物发芽和生长都能进行良好的安排，而对其作为原料进行分别管理则很困难。一些除去原始粗组分的工艺，如榨油和提取糖分等已经开发，但如何将专门形态的蛋白质和纯的含碳组分分离则仍是困难。在植物基原料加工中常遇到非常稀的水溶液物料，处理费用很高而且技术困难，这是应当要解决的问题。将反应与分离集成起来的加工系统(如催化蒸馏)可能是一个解决问题的方向。但是此类系统目前应用有限。而且还未被开发作为植物基原料方面的应用。通过引入某些基因而使植物增加新的组分，就更需要应用先进的分离技术来回收有意义的新组分。例如生物聚合物开发中目前就因缺少高效纯净的经济上可行的分馏工艺技术而受到限制。植物的组分如不能有效地分离出来，就不可能控制最终产品的特性和质量。
3、转换技术
要利用植物中各种组分的另一问题是将这些非均相的混杂原料转换成较为简单的分子，这才可以进行进一步反应。在植物基原料中，加工工艺需要有高性能的多功能生物催化剂或是非均相催化剂，这些催化剂具有多种功能并可以进行回收。
知识不足是另一关键，目前人们尚缺乏关于植物组分的自然差别和来自不同作物的同样组分的特性等方面知识。这些知识的缺乏和不足就构成难以鉴别植物的差异性，缺少鉴别的手段，因此也就难以考虑作为原料的应用。发酵是用来将某些农作物转化为各种产品的工艺，转化是非均相的。所用的转化方式，副产利用和分离等方面仍有许多有待改进之处。一般地说，植物系统的复杂化学问题使新型或改进植物基加工工艺的设计较为困难。烃类化学制造中有丰富的氧化化学知识，还原化学方面较少，这些都是植物系统加工所需要的。目前特别缺少关于还原生物催化剂共生因子系统方面的实践知识。
植物原料加工工艺开发的另一个大的障碍是当前缺乏有关的教育培训。目前化学工程课程中只有少数涉及生物化学课题，多数毕业生成为化学工程师只拥有非常基础的生物工艺知识和有限的重要生物分离的知识。多年来，工艺化学家和工程师的培训重点都是烃类化学，考虑植物基可再生资源加工需要很少。
四、生产方面
1、收率、持续性和基础设施
因为目前尚未利用大量植物基原料，除木材和造纸外，只是关注未来的供应分销而不是现实存在的问题。但是，这些对实现可再生资源的目标都是十分重要的。在供应的持续性方面，数量和质量都是未知数。如果植物基原料能加工成简单的碳分子，其持续性问题就不成关键。但是如果要设计应用其中某种特殊组分(如聚合物)，或是要直接抽取其中某种专门组分，原料的质量和数量的稳定性就非常重要。
在一些情况下，供应持续性中的不确定因素实际上就是风险管理的内容。未来的石油化工供应问题和可再生资源供应问题都有风险。对石油化工来说，未来的供应不桷定因素可能因世界上一些区域的政治变化而增加。而对植物基原料来说，气候可能成为不确定的地区因素。如果某些专门植物不能大量生产可能导致贸易上的不确定因素，这些问题不需要采取断然措施，但是需要重视通过改变基础设施来保证经济可靠性。另一个冲击供应持续性的不确定因素是未来的农作物用途是作为食物还是作为工业原料。一方面是根据供应短缺理论，认为农业难以供应飞跃增长的人口和消费品增长所需的原料。实际上，从需求角度看，食物和原料都在增长，即使不考虑可再生资源进行工业利用，食物本身也存在问题。解决食物问题的方案也可能就是解决工业原料问题的方案。因此，在供应方面必须应用新技术，如生物技术，这样才能保持产率不断提高，使农业能达到一个新的水平。
2、植物设计、植物科学、基因学
转基因技术已经显示出令人鼓舞的前景，要进一步充分利用尚有大量工作有待进行。存在的一个主要障碍是对植物本身内在新陈代谢过程还不够了解，不能按特殊聚合物和其他材料的需要进行设计。因此，对植物新陈代谢和碳流的知识匮乏是其发展中的限制因素。
近年来功能基因学的进展有望促进对材料合成设计的理解。但是这门科学目前刚开始，与类似的医学领域相比所取得的支持还是很有限的。基因转变中的另一成就是让更多的专用基因嵌入和对质体以及细胞核的常规转变。在植物变化、基因学和生物信息等方面有着广泛的研究项目，但是将这些出现的新技术应用于可再生资源的专门研究则很少。
要使科学知识不断深化，在一定程度上取决于消除这些主要障碍，有些已被称为多学科的研究。但是，需要努力加强和协调才能促进现有的障碍及时地被克服。换言之，基因管理的研究必须紧密地与植物内含聚合物的功能性以及分离工程等研究相结合。
研究和开发的课题
《美国植物/农作物基可再生资源2020年设想的技术指南》(以下简称“技术指南“)列出为解决植物/农作物基可再生资源利用中的主要障碍应当进行研究开发的课题。“技术指南”按4个主要方面的障碍依重要性大小列出研究开发课题，每个研究课题的影响都有其时间范围，其中近期表示0—3年、中期表示2010年、长期表示2020年，近期目标的达到可用以衡量面向2020年可再生资源开发利用设想的前进步伐。
一、植物科学研究方面
1、近期影响课题(按重要性依次减小顺序排列,，下同)
(1)应用功能基因学了解植物新陈代谢和组成，至少要与1种主要农作物基因计划结合；
(2)开发能实时进行植物组分的定量分析工具；
(3)改进转基因方法，特别是对麦杆基因的专门嵌入，要在1998年基础上提高效益10倍；
(4)开发1—2种主要农作物的基因标记系列，使之有助于摆在有用的可再生组件含量；
(5)将80%现有的germplasmbase进行编目，有效利用各类淀粉、蛋白质和油分；
(6)找寻发展中的生物信息学利用途径，推动可再生资源的研究和开发，
(7)弄清nuclear-plastid相互作用。
2、中期影响课题
(1)在新陈代谢过程和碳流中至少弄清50个限制速率的关键步骤；
(2)利用功能基因学弄清分子、细胞和整个植物的控制管理；
(3)为主要植物用于可再生资源的组分制定标准；
(4)在2种植物中，建立碳库并为细胞分割确定控制点；
(5)在plastid转变中高效率(大于90%)方法的建立；
(6)创建示范工厂，使主要组分利用率大于60%(如油料、淀粉)或是专门碳键(如C5)大于3O%；
(7)利用基因开关的方法；
(8)建立为植物可再生资源利用的生物信息学基础。
3、长期影响课题
(1)重新设计新陈代谢过程，提供有用的碳结构骨架；
(2)应用有针对性进化技术建立100个未来原料的品种库；
(3)设计新型分子或改性现有化合物，使之适应于功能需要；
(4)为提供工业用原料，创制2种新植物种类；
(5)利用简单的细胞组织进行成本和能源效率评价；
(6)利用计算机技术设计植物组分。
二、生产研究方面
1、近期影响课题
(1)提高亩产量10%~15%以降低原材料单位成本；
(2)改善农业管理，提高肥料利用效率和虫害防治，
(3)确定至少10种影响原料组分和质量的因素；
(4)对至少10种具有潜力的系统和植物类型的亩产效率进行定标赶超（如主要农作物、林业和多年生种类等）；
(5)调节气候条件对生产的影响；
(6)每年对2种农作物的潜力进行评价或用其他方法评价亩产量；
(7)提高当前农业加工中废料利用率5倍；
(8)在单位投入基础上提高贫瘠土地产量2倍。
2、中期影响课题
(1)提高产量，使单位投入的碳产出为1998年基础上的2倍；
(2)为长期可持续发展，开发尽量减小土地、大气和水利用影响的系统方法；
(3)对收获产物和主要植物成分建立标准；
(4)专门设计收获装备，尽量增大碳的收获；
(5)开发新的利用方法，使现在遗留在土地上的农作物45%能得到利用，
(6)培育适应专门土地和土壤的农作物；
(7)建立农业信息学基础，重点是不同来源的可再生资源植物类型、生产价值、质量和单位成本。
3、长期影响课题
(l)在化石燃料排出废气中CO2的固定；
(2)从现在植物/农作物生产中消除碳的废料；
(3)设计新的农作物/植物生长系统，优化原料回收率(大于95%可利用)；
(4)对主要能源获取和固定，提高化合效率；
(5)对收获前期工作和部分就地加工的装置进行设计；
(6)对连续生产系统进行设计和评价。
三、加工研究方面
1、近期影响课题
(1)改进分离技术，处理大于95%的非均—植物材料；
(2)改进单体基础原料变换的生物催化剂；
(3)开发3种具有高选择性的快速反应强力催化剂；
(4)为将植物聚合物转换为有用的单体，找出新型和性能优良的酶(具有10倍活性)并进行评价；
(5)将微生物进行工程化，改善非均—植物的发酵；
(6)提高废物利用率2倍；
(7)开发高效的除水技术并对改进的非水溶剂反应系统进行评价；
(8)在植物材料中利用天然立体化学方法的评价。
2、中期影响课题
(1)应用5种以上高级分离系统(如自行清净膜、离子交换、精馏等)；
(2)为经济捕集植物单体和聚合物开发改进的分离——纯化技术；
(3)为2种以上植物类型建立经济共生系统；
(4)通过分子进化技术设计并创制50种新型酶；
(5)开发100种以上具有性能成本特性的新型酶库；
(6)研究反应性分级系统；
(7)对微生物、酶和化学品库的性能建立信息学基础，用于特殊的转化。
3、长期影响课题
(1)实现原料加工中无废料的多种产出的连续工艺；
(2)为改性植物和组分设计新设备；
(3)为3种以上新产品(如将工程化酶转入植物并在收获中得到活化)设计新机制；
(4)固态酶转化；
(5)设计14种化学与生物结合型反应器；
(6)评价植物组分在分离前相内的作用。
四、应用和基础设施研究方面
1、近期影响课题
(3)探求3种在现有加工装置(如玉米湿法加工厂、纸浆厂)上扩大应用植物原料的机遇；
(4)分析测量系统，对90%以上的主要植物组分进行定量；
(5)实时评价单位性能成本和增值成本的方法；
(6)评价运输系统及成本；
(7)计算出100%年加工贮存量和投人产出的需求量；
(8)创建基础设施，扩大利用农业废料。
2、中期影响课匾
(1)深入掌握植物中10种以上组分和碳键新陈代谢体的结构与功能关系知识；
(2)开发对高质量原材料的100%鉴别保护系统；
(3)为价值驱动的生产和定货实现营销系统；
(4)对在同一地点的多目的利用区的协同作用进行评价；
(5)对原材料组分和加工过程中的中间产物实现实时定量分析手段(小于3分钟/试样)；
(6)开发生产预测手段，准确性大于95%；
(7)在一组植物原料性能基础上建立信息学基础，如单位成本、性能、功能性、最佳来源、应用范围等。
3、长期影响课题
(1)所需功能进行分子结构设计制备植物化合物至少10种；
(2)在植物生产区内开发至少5个制造利用中心；
(3)开发3种以上有新功能的新材料；
(4)提出扩大利用可再生资源所需的教育培训需求；
(5)在植物组分功能间协同作用的利用；
(6)设计最终产品的贮存和运输，使之到达销售中心和出口；
(7)为供需关系的控制创建减轻超过90%风险的战略。
当前，美国有一些项目已在进行，可视为工业原料中应用可再生资源的先驱，也可视为本“技术指南”中研究项目的示范事例。其一是在转基因植物开发中的聚羟基丁酸酯(PIB)。PHB可在植物中生成，作为制造生物降解塑料的原料，用适当的细菌基因进行转化并弄清植物内在的新陈代谢路径，从而构成制备方法。现在正在进行分离、生产标准等项工作。
其二是用玉米淀粉作原料，通过酶反应制备聚乳酸(PLA)。Cargi11-Dow合资企业已在充分研究的基础上进一步投资数百万美元建立制造装置进行工业开发。PLA是一种生物裂解聚合物，原料是由玉米湿法加工工艺制备的葡萄糖，其中发酵过程和酶的活性是重要因素。最终的PLA树脂可视用户制膜、纤维、碳制品和涂层的需要分别制出不同规格品种。PLA具有聚苯乙烯、聚烯烃和纤维素的功能性。
协同与合作是取得成功的途径
未来利用可再生资源需要采取一条多学科和跨行业途径。在许多领域内的研究成就都提供了发展机遇，如生物聚合物、立体结构型分子、新型酶、新材料和转基因设计等。但是每个方面内的任何进展如果只当作孤立的技术领域是远远不够的，需要更有力的相关研究计划，采取平行的和协调的方式进行工作，才能取得成果。
要取得有效益的进展必须采取多学科的途径，这是非常清楚的。但是，任何一个组织都难以具备有如此深度和广度的技术能力。因此，对研究提供的支持应当是多方面的，而且要在跨行业的系统中进行。
“植物/农作物基可再生资源2020年设想”(以下简称“设想”)中提出的要求需将重点瞄准有限的热点目标同步取得进展。对于研究工作则需要有准确的时间表和系统中各方面的广泛交流，所有这些都要走相互协同的道路。例如，一位科学家可能发现一种新型聚合物，具有可以作为高级生物降解塑料的功能，但是，此研究成果的价值受到以下一些因素的限制：发现适当的基因、新陈代谢过程可靠性、:最佳作物类型是否能有足够的产率和可承受的成本、各种聚合物组分分离可能和利用此材料制造新产品的方法等。所有这些因素都需通过研究和开发才能取得相应的进展。进行这些研究开发要采取最佳途径保证研究成果关键的目标互相协调、平行地进行，此途径要鼓励私营部门的参与。
当前，植物和农作物作为生物质和原料已被应用，诸如淀粉、蛋白质、脂肪酸和异戊二烯化合物。林业主要是为纸浆和造纸提供原料。黄豆则是用于油墨和涂料。玉米通过湿法加工发酵工艺已经进入几个工业部门，但是各种用量都很少。由于基因工程可以通过新陈代谢操作使植物或农作物生成有功能需要的材料，从而显示出新的发展机遇。
“技术指南”已经突出了未来取得进展的途径，而且确定了系统的各个组成部分的目标。成功地达到这些目标就可实现“设想”中确定的到2020年可再生资源利用增加5倍的目的，同时也为2020年以后进一步发展奠定了基础。按“技术指南”目标提出课题是人们用所有的天然资源满足不断增长的消费品和能源的需要。当前进行研究将为今后的产品选择提供机会。可再生资源需要将注意焦点放在以下几个方面：发展方向、最佳科学思维的应用、最先进技术的应用和最高级智能水平的继续研究等。本“技术指南”已经提出了需求和研究开发课题，其目的就是为美国开拓实施一条成功的可再生资源战略。而且也选出了需要优先支持的领域，它们都是从几个已经确定的科学研究和工业开发需求中选择出来的，而且考虑了在高级可再生资源的关键部门有最大的投资回报。
未来世界许多方面都会延续但将发生变化。幸运的是我们已看见其需求并具有科学智慧适应变化的发展。美国要保持领先地位就要继续采取迅速的行动来满足扩大利用可持续发展的可再生资源的需求。不断的科学突破和技术进步(正如“技术指南”文件中所列出的项目和课题)才能满足资源利用的挑战。这些挑战正在我们面前，我们面临的挑战是为满足人们对产品不断增长的需求。
“技术指南”中从两个方面表明多学科和跨部门的研究开发对实现“设想”的重要性：
篇8
2005年，我国NOx排放总量约为1.94×107t。随着国民经济继续发展、人口增长和城市化进程的加快，2020年和2030年，我国NOx排量将分别达到3.00×107t和3.54×107 t[1]。在不锈钢表面处理的生产过程中，广泛采用HF+HNO3混酸酸洗，也会产生高浓度的NOx废气，由于其中NO2的含量较高，一般表现为烟囱“冒黄龙”现象。据中国特钢企业协会不锈钢分会统计，2006年起，我国不锈钢粗钢产量及钢材产量已居世界第一。2004年至2011年的八年之间，我国不锈钢粗钢产量从236.4万吨飙升至1259.1万吨，净增1022.7万吨，年均增长达127万吨，这在世界不锈钢发展史上也是没有过的。面对如此严峻的NOx废气排放形势，必须采取切实可行的方法予以处理。
目前，针对高浓度NOx废气的处理方法主要有干法、湿法和干湿连用技术。湿法主要以各种吸收剂溶解在水中，然后再采用喷淋的方法来吸收NOx并与之反应，最终达到降低NOx浓度的目的[2-5]。湿法实际上是一种“污染转移”的处理方式，并未彻底解决污染治理的问题。干法即SCR法，是指在催化剂存在的条件下，采用NH3、CO或碳氧化合物等作为还原剂，将烟气中的NOx还原为N2和H2O；其中NH3-SCR技术较为成熟可靠，目前已在全球范围，尤其是发达国家中得到广泛应用[6-10]。王海林等[11]详细对比了液体吸收法和SCR法的优缺点，得出结论：采取何种形式的处理方法，一方面取决于废气中NOx的含量和气体组分，另一方面，取决于废气的排放制度。
依据酸洗NOx废气的低温、低尘、高氧化度、高浓度等特点，本文尝试采用“喷淋吸收+预热+换热+加热+SCR反应+换热”的工艺，对某钢厂酸洗线产生的高浓度NOx废气进行工程实际处理，结果显示脱硝效果优异，大大减少了NOx废气的排放，由此可产生巨大的环境效益和一定的经济效益，因此该工艺可以作为示范工程，应用于NOx废气的处理领域。
1. 工艺选择
1.1. NOx废气排放要求
排放烟囱数据应符合《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996中的新污染源大气污染物排放限值二级排放标准。NOx排放浓度
1.2. 工艺的选择
1.2.1 混酸酸洗NOx废气和燃煤烟气的区别
混酸酸洗NOx废气和燃煤烟气存在许多不同点，表1是混酸酸洗NOx废气和燃煤烟气的对比表。
表1混酸酸洗NOx废气和燃煤烟气的区别
结合表1中混酸酸洗NOx废气和燃煤烟气的各项比较参数的区别，将会在NOx废气的实际处理工艺上体现差异。
1．排气温度
酸洗NOx废气的排气温度一般最高不会超过60℃，这就决定了需要通过加热NOx废气的方式来达到SCR的反应温度区间。因此，应该尽量选择具有低温催化性能的催化剂，这样，可以最大限度的节省加热及换热设备投资。而燃煤烟气的排放温度区间正好是V/Ti系催化剂的反应区间，因此，无需额外的增加能耗既能够让SCR反应持续。
2．含尘量
酸洗时，脱硝系统收集的废气主要来源于外环境中渗入酸洗槽的空气和酸洗液本身挥发及反应后分解产生的废气，所以，废气中的尘含量与外环境大气中的尘含量基本相当。因此，在酸洗NOx废气脱硝系统的设计时一般不用考虑催化剂的防尘性能。所以，催化剂的节距可以设置的更小。
而在燃煤烟气中，煤质燃烧产生大量的粉尘，这些粉尘和废气一并进入到脱硝系统。因此，在燃煤烟气的脱硝系统设计时，第一层的催化剂一般需要坚硬化或者锐化处理，在SCR反应器内还需要设置吹灰装置，同时，蜂窝催化剂的节距一般都比较大，这样才能基本确保催化剂不被堵塞。
3．NOx浓度
在酸洗NOx废气的排放中，根据酸洗对象的不同，产生的NOx废气浓度可能忽高忽低或持续在高位。因此，在设计脱硝设备时，需要针对NOx废气排放的浓度特征进行针对性的考虑。而在燃煤烟气的排放实例中，燃煤持续的在比较均匀的燃烧环境中燃烧，因此，排放的NOx废气浓度也是比较稳定的。
4．废气中的组分
酸洗NOx废气的组分一般比较简单，主要是HF、NOx、HNO3等。在系统设计时，HF和HNO3在进入SCR系统之前就需要基本完全去除，而SCR系统将被设计为专门去除NOx。
燃煤烟气中除了有NOx之外，还有SOx、CO等其他多种组分。由于SO2和CO等均有可能对NOx的SCR反应进行干扰，严重的甚至可以引起催化剂的中毒。因此，在催化剂的设计时，也要采用针对性的措施，确保NOx催化反应的顺利进行。
5．NOx氧化度
酸洗废气中的NOx氧化度常规在50%左右，最高可达90%以上，这是金属及其氧化物与酸液在一个强氧化环境下发生反应的必然结果。
在燃煤燃烧过程中，NOx的生成机理非常复杂。但是，从总的趋势来看，由于气体的温度比较高，NO2容易分解为NO，同时，N的“争氧”能力也不如C、CH等。综合各种因素之后，最终导致燃煤烟气中的NOx氧化度一般只有10%左右。
1.2.2酸洗NOx废气SCR处理的设计要点
1．酸洗NOx废气中其他污染物的去除
在酸洗NOx废气中，除NOx这个主要污染因子外，还有HF、HNO3(g)等对环境有害的污染物。酸洗NOx废气中产生的HF浓度在1000mg/m3以下，HNO3(g)浓度在2000mg/m3以下。而两种气体都极易溶解于水。因此，常规的处理工艺都是采用水或者稀碱液来吸收以上两种污染物，去除率可高达99%以上。一般采用填料洗涤塔来吸收HF和HNO3。填料洗涤塔的空速控制在0.8~1.8m/s左右，填料可选用高比表面积的规整填料，比表面积最高可达500m2/m3，理论塔板数可达4~4.5m-1，可节省塔体高度，提高吸收能力。
2．防结露与废气预热及加热
由于酸洗NOx废气的排放温度一般在常温(20~60℃)之间，而SCR反应的温度区间则在200~400℃之间，因此，一般通过换热器预升温后，再通过燃气升温或者电加热升温即可达到反应温度。换热器内的高温气体来自SCR反应器处理后的尾气。
板式换热器的换热元件一般采用波纹板，板厚在0.6~1.5mm之间，板间距在3~41mm之间自由选择，总压损一般在1~3 KPa之间。在同等换热能力下，板式换热器的体积和重量均只有管壳式换热器的1/3左右。
一部分SCR反应器处理后的高温尾气引入到吸收塔后、换热器前的管道上，将进入换热器的温度提高10~30℃左右，从而避免废气的湿度饱和，也有效的阻止了结露。
3．还原剂的选择
还原剂一般采用氨基，目前，市面上主要有液氨、氨水和尿素三种还原剂。
表2 液氨、氨水和尿素的比较表
注：(1)还原剂价格为2012年9月份上海市场价，氨水价格因地区差异变动较大。
(2)折合氨单价未考虑原料含杂质情况。
通过上表可以看出，液氨的使用要求和管理要求均较高，初始投资也较高，但是运行费用较低。然而，液氨在使用时一般不允许用尽，所以当液氨采用现场储罐形式供应时，液氨的使用成本是较低的。而采用液氨钢瓶供应时，钢瓶内经常残留部分液氨，该部分液氨不允许回收。同时，液氨对于环境安全的要求非常高，操作人员也需要具备特种作业人员的资质。因此，在实际项目中，尿素已经逐步成为一种主流的还原剂，广泛应用于各种SCR场合。
4．催化剂的选择
SCR系统中，催化剂是最关键的核心部分。由于酸洗NOx废气具有低温、微尘、不含SO2及CO等、浓度高或者浓度波动大、氧化度高等特点，在催化剂的选择上，需要尽量选择低温型的催化剂，同时，不用过多的考虑飞灰、SO2等带来的不利影响。在催化活性上，也要更加倾向于NO和NO2的联合去除。
目前商用的催化剂类型主要是蜂窝式催化剂。而蜂窝式又可分为两种，一种是燃煤电厂经常使用的V/Ti系催化剂，一类是上海同济科蓝环保设备工程有限公司生产的具有低温特性的GJ-HC型催化剂。下表是两种催化剂的对比。
表3 两种蜂窝式催化剂的比较
从表3中可以得出，在酸洗NOx废气的SCR处理中，由于无需考虑飞灰影响，因此可选用较低节距的金属氧化物蜂窝陶瓷催化剂，提高反应空速，降低使用量。同时，与V/Ti系催化剂相比，金属氧化物催化剂的最佳反应区间整整降低了100℃，极大的节省了废气加热所需的能源，同样的，低温反应也相应的延长了设备的使用寿命。
2. 工艺流程及说明
2.1 工艺设计
根据某不锈钢厂的设计要求、工程设计规范、能源介质条件，并考虑当地的气候条件进行工艺设计。
2.2 设计工艺流程
酸洗NOx废气从酸洗槽中通过收集管道集中到一根总排管道中，进入SCR处理系统。工艺流程图如图1所示：
酸洗槽排出的NOx废气首先进入填料洗涤塔内，去除大部分的HF和HNO3之后，通过酸雾风机送入前置预热器内进行预热，随后进入气气换热器中进行换热升温，升温后的废气再通过燃气烧嘴加热到反应温度，此时，尿素喷入尿素喷射混合器内，迅速雾化成细微颗粒，并在高温环境下热解为NH3和CO2，再与NOx废气在四阶段混合器内进行充分的混合之后，继而进入SCR反应器内进行SCR反应。反应后的尾气一部分进入气气换热器内放热，一部分直接回到前置预热器内与进气混合。放热后的尾气排入烟囱。
图1 NOx废气SCR法处理工艺流程图
3. 运行效果及处理成本说明
3.1 运行效果
在SCR系统运行时，当地环境监测部门对该项目进行了监测，主要监测项目为排气温度、标干排气量、NOx浓度及排放速率、HF浓度及排放速率、NH3浓度及排放速率等，结果见表4。
表4 各监测指标的监测结果
注：ND，未监测到。
3.2 处理成本说明
SCR系统运行时，运行费用见表5，NOx处理费用见表6：
表5运行费用分析表
表6处理费用分析表
4．结论
1.由脱硝系统运行工况和实际运行效果来看，脱硝效率及各种相关参数都符合设计要求。
2.本SCR脱硝系统设计成熟，系统运行可靠，稳定性较好，脱硝效率较高。
3.本项目实施的意义：大大减少了NOx废气的排放，减轻了其对环境的危害，产生了优异的环境效益；减少了因NOx废气产生的污染而花费的治理费用，间接的产生了一定的经济效益。
参考文献
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篇9
目前RFID技术正处于迅速上升的时期，被业界公认为是本世纪十大技术之一，RFID商品标签也被认为将是今后全球商品交易及物流中采用最广的技术之一。但RFID标签的高成本却制约着这一技术的普及（RFID标签的成本大约在每枚0.2美元以上）。为了解决这个关键问题，RFID标签设计及制作工作一直在寻找新的途径。近年来国外已经开始有机RFID标签技术的研究，并且已经取得了很大的成就。采用有机薄膜晶体管(OTFT)能够使IC电路制备在便宜的塑料基底上，进行取代硅芯片的方案，最后通过印刷方式进行批量生产。据估计，这种有机RFID标签的成本将有望降至0.01～0.02美元甚至更低。作为一个低成本的选择方案，有机RFID将在世界范围内开辟一个新的市场，与硅片RFID技术相互补充来满足市场的需求。
可印刷的RFID
有机RFID技术其基本原理同半导体RFID一样，是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）传输特性，实现对识别物体的自动识别。系统一般由两部分组成，即有机RFID标签（应答器）和阅读器（读头）。在实际应用中，有机电子标签附着在被识别的物体上，当带有有机电子标签的被识别物品通过其可识读范围时，阅读器自动以无接触的方式将有机电子标签中的约定识别信息取出，从而实现自动识别物品或自动收集物品标志信息的功能。有机RFID技术除了具有半导体RFID技术的优点以外，还具有便宜、厚度可以非常薄等特点，可以制成柔性电子标签，使用时可以随意粘贴，不受软硬度及厚度等限制，将来可以广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、军事物流等众多领域。
有机RFID标签
有机RFID作为一种新事物，是有机半导体和RFID技术相结合的产物。有机RFID标签的工作原理、结构、功能及频谱划分等与无机RFID相比并没有太大的区别，二者主要的区别在于材料和加工工艺的不同。无机RFID标签的芯片部分需要通过复杂及昂贵的IC工艺在硅片上制备出来，然后再与天线部分集成在一起构成完整的标签。而有机RFID标签则力图全部通过印刷技术，用金属和有机物墨水把天线和芯片直接制备在同一衬底上，因为采用了印刷电子技术，有机薄膜晶体管能够使电路制备在便宜的塑料基底上，通过卷对卷（R2R）印刷技术批量生产有机RFID标签，这样制作工艺将得到简化，成本也将大大地降低。据Nature Materials Commentary杂志报导，全有机的RFID标签成本将降至每枚0.01～0.02美元。如果有机RFID技术成熟的话，Nature期刊所设想的一种产品可能将大量进入市场: 这种产品将显示部件、传感部件和RFID标签集中于一种商品上。这样对每件商品，消费者可以直接知道其保鲜度、颜色、温度等有关质量信息。
有机RFID标签的结构在组成上与无机RFID标签并无多大差异。RFID标签主要由天线、整流器、IC芯片及负载调节器部分组成。读写器将要发送的信息，经编码后载在某一频率的载波信号上经天线向外发送，进入阅读器工作区域的电子标签接收此脉冲信号，卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给阅读器， 最后阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行有关数据处理。因此有机RFID技术的发展还将得益于多项技术的综合发展。所涉及的关键技术大致包括: 有机半导体技术、芯片技术、天线技术、无线收发技术、数据变换与编码技术、电磁传播技术等。
RFID标签按其发射方式可分为反射式和发射式两种。反射式（通常为无源标签所采用）将阅读器发射的高频信号经过标签内产生的识别信号调制后，形成的已调信号反射发送到阅读器中。阅读器将接收到已调信号，并解调出识别信号进行识别。发射式（通常为有源标签采用）射频卡内有高频载波发生电路，该电路产生高频载波，并被卡内产生的识别信号调制，调制后的已调信号发送到阅读器中。
美国的3M公司早在2003年就采用并五苯(Pentacene)等高性能的导电材料制作了储存信息量为1位，频率为125KHz的并五苯RFID标签。电路部分几乎全部采用有机薄膜晶体管制作而成。有机射频卡电路是属于反射式的，7环振荡器和或非门构成识别信号发生电路，产生振荡脉冲识别信号，调制阅读器发出的高频信号，并反射给阅读器，阅读器接收到已调信号，并解调出识别信号进行识别。有机RFID应答器的电路部分包括脉冲识别信号产生电路、缓冲放大电路及射频信号调制电路。
储存信息量大的有机RFID标签则需要加入储存电路部分。在这方面德国PolyIC已经做出了惊人的成果。成功开发出32和64字节内存的有机RFID产品，除天线部分外，调制电路、储存电路和逻辑控制电路等内部电路均使用有机材料，集成了数百上千个有机薄膜晶体管。
有机薄膜晶体管
有机薄膜晶体管物理特性的提高导致采用有机薄膜晶体管代替无机薄膜晶体管（主要采用硅制造）作为大规模集成电路中的主要部件，是导致有机RFID的诞生及带动有机RFID迅速发展的主要关键技术之一。
有机薄膜晶体管的诞生
过去十多年来，具有光电特性的有机导电分子，以及高分子材料研发中有许多突破性的进展。这些具有光电性质的有机材料，不论是小分子、聚合物或是高分子聚合物，往往可以吸收、发射可见光及光电性质，进而催生出不同的应用，其中最重要的包括有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode，简称OLED）、有机薄膜晶体管（Organic Thin Film Transistors，简称OTFT）。有机薄膜晶体管从广义上来说是将传统无机晶体管中的半导体层，用有机材料来取代，并进一步以有机导体与塑料基板来取代无机导体和玻璃基板，完成可挠曲的有机薄膜晶体管。
在传统的MOS组件制造上，一般是利用无机半导体材料硅作为主要材料。一般而言，硅是一种三度空间的共价键结构，强大的键能使得硅原子间形成紧密的三度空间聚集结构，具有宽阔的价带和导带，从而具有相当高的载流子迁移率。但是这种晶粒排列需要高温、高成本的沉积方式来完成。
在有机半导体方面，包含小分子和高分子，从化学结构的观点来看，都含有非定域(delocalize)的π共轭电子; 且由其最高已占分子轨道(Highest Occupied Molecular Orbital，HOMO)及最低未占分子轨道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，LUMO)的差距，可定义其为半导体或导体。在形成半导体层时，分子多以集团方式存在，分子与分子间仅以微弱的凡得华力相联系，所以有机物的电特性，主要是由分子本身的结构来决定。因此，如果分子间排列不够完整，有机物的载流子传输就受限于分子间的传导，而非分子本身共轭结构的完整性，也因为分子间的键结合力小，相较于无机晶体，有机物的价带与导带就显得相对狭窄; 有机分子载流子迁移率，其值可能偏小一些。但自从Koezuka等在1986年报道了基于电化学聚合的聚唾吩OFET（OTFT）器件，一般被认为是真正意义上的可应用于有机电子电路的基本单元器件，同时也被看做是第一次有关OFET器件的报道，从那时到现在短短的二十几年时间里，有机薄膜晶体管的研究取得了巨大的进展，其可以应用于集成电路中有机薄膜晶体管的迁移率已经提高到5cm2/Vs，远远大于非晶硅的迁移率（大约1cm2/Vs）。
有机薄膜晶体管拥有传统无机薄膜晶体管不可比拟的优点: 有机材料可利用溶液进行大面积旋涂、打印，降低制作的成本。相对于无机材料，有机材料可以在较低温的条件下制作， 因此可选择耐热性较差的塑料基板，以制造质轻、具韧性、可挠曲的电子器件。可挠基底、低成本、低温制程，使得OTFT 可以应用于低成本、大面积的软性电子产品的机会大大提升。 例如作为开关元件应用于大面积有源矩阵平板显示领域AMLCD、AMOLED以及传感器阵列,在需要柔性衬底的大规模集成电路中的应用，包括智能卡、智能价格及库存标签、无线射频识别标签、商品防盗标签以及电子条形码等。
有机薄膜晶体管的基本原理
人们通常把半导体导电能力随电场而变化的现象称为“场效应”。晶体管是一种三端子有源器件。它可以分为双极型晶体管与单极型晶体管。场效应晶体管是单极型晶体管中的一种。按载流子传输通道可分为表面场效应晶体管和体内场效应晶体管两种，前者又分为MESFET(Metal-Semiconductor FET)和MISFET / MOSFET ( Metal-Insulator-Semiconductor FET /Metal-Oxide-Semiconductor FET )，后者又称结型栅场效应晶体管(Junction-FET， JFET) 。 有机场效应晶体管是利用有机半导体作为器件的有源制备的一种MOSFET。由于有机场效应晶体管一般作为薄膜形式的器件，因此也被称为有机薄膜晶体管。
有机薄膜晶体管基本上如同MOS晶体管一样，是由一个栅极（Gate）、一个源极（Source）、一个漏极（Drain）的三端点电子组件组成。在MOS晶体管的三端点里，源极通常接地，而让整个MOS晶体管的操作，由VGS(栅极电压)与VDS(漏极电压)来主导。其中VGS(栅极电压)的大小将决定此晶体管的开关状态，VDS(漏极电压)则决定当晶体管处于“开”的状态时，流经漏极，沟道(Channel)和源极的电流大小。按照产生的导电沟道的不同有机薄膜晶体管又可以分为n型、p型和双极型。
研究近况及市场概况
目前世界各国都认为有机RFID市场前景巨大。至于技术的发展，目前全球都还在探索阶段。各国家、地区和机构纷纷加大研发力度，尤其各国已经有专门的公司进行相关项目的投资。比如，美国Organic ID、IBM和德国PolyIC等公司。
美国的3M公司用一种便宜的导电塑料来替代传统的硅晶体材料，这种材料名叫并五苯(Pentacene)。根据该公司公布的消息，利用并五苯作为芯片半导体材料的标签已经可以被几厘米外的读取装置识别。
OrganicID（Weyerhaeuser公司的子公司，主要生产可印刷的RFID塑料标签）计划设计制作一种高分子标签，其工作频率为13.56MHz。 2004年该公司已经申请了有关NQS模式的低性能晶体管电路设计技术方面的专利。到了2004年12月份，该公司宣称制作出了已经满足17MHz工作频率的一种有机RFID标签。
2006年，德国PolyIC GmbH & Co.KG开发出了使用印刷和卷对卷技术生产的有机无线射频识别标签，为数据保存集成了8位RFID标签，集成了数百个有机晶体管，有机晶体管使用的半导体为Poly-3-alkylthiophene（P3AT）。制作完成10个月后其特性仍未出现下降。因此，该公司认为这种无线标签能够确保1年以上的元件寿命。
2007年6月，PolyIC又开发出32位和64位存储有机RFID标签，工作频率为13.56MHz。
另外近期有机整流器方面也有较大的突破。比利时微电子研究中心（IMEC）于2006年已开发出激活无源RFID标签的有机整流二极管，该二极管的工作频率高达50 MHz。
日前韩国顺天（Sunchon）国立大学化学工程学教授Cho Kyu-jin和他的开发团队利用百分之百的有机传导材料开发出了一款芯片，这款新开发的芯片可以用来制造无线射频识别技术产品。利用喷墨打印技术，最终将生产出的无线射频识别技术产品的成本减少为十分之一，将每个识别标签的价格降至0.004美元。
美国市场研究公司NanoMarkets称，目前在印刷电子市场，RFID占的份额基本上可以忽略不计，但到2014年将增长到30％。NanoMarkets表示，2012年有机RFID市场将达到45亿美元。2015年，使用有机电路的RFID市场规模将达到116亿美元。
目前，采用有机RFID标签的应用已经在国外出现，刚刚结束的2007年德国有机电子大会(OEC-07)成功地在其大会票证上采用了印刷式有机RFID标签。标签内存为4个字节，运行频率为13.56MHz，由PolyIC提供。PolyIC称其两款印刷式有机RFID标签目前正用于一些试点项目，用量达10万个。
自从1997年第一个完全由高分子制备的有机RFID标签诞生以来，有机RFID技术已经在实验室取得巨大的进步。欧美各国宣称，有机RFID技术将很快走出实验室，进入市场，与无机RFID相媲美。目前，部分销售打印有机RFID标签的公司在国外已经开始出现。近期发展趋势虽然还是以发展无机RFID技术为主，但从长远发展看，有机RFID有可能成为将来主导各行业信息处理的关键技术之一。
应用前景广阔
面对新颖的有机RFID技术，欧美等大国一如既往地追逐及投资具有巨大市场潜力的新技术，新加坡及韩国都已明确指出要重点发展包括有机电子标签技术及应用的项目，而中国的大部分企业一直处于观望的状态，虽然目前已经开始尝试无机RFID在一些领域的应用示范，但在技术基础方面远远落后于欧美各国，加之标准待确立和产业基础薄弱，诸多因素制约着RFID技术在中国这个世界最具潜力的消费市场难以大规模运行。如果有机RFID的研究及应用方面迟迟不肯投资，在未来新崛起的有机RFID产业里又必将落后于欧美、日韩和新加坡等国。只有在快要占领市场的有机RFID技术方面尽早投入，将来才可能分得一杯羹。
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RFID的发展历程
RFID技术其实是继承了雷达的概念，并由此发展出的一种生机勃勃的自动识别技术。1948年哈里•斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了RFID的理论基础。 20世纪中期无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一。
RFID技术的发展可按10年期划分如下:
1941～1950年。雷达的改进和应用催生了RFID技术，1948年奠定了RFID技术的理论基础。
1951～1960年。早期RFID技术的探索阶段，主要是实验室实验研究。
1961～1970年。RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。
1971～1980年。RFID技术与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID技术测试得到加速。出现了一些最早的RFID应用。
1981～1990年。RFID技术及产品进入商业应用阶段，各种规模的应用开始出现。
1991～1997年。RFID技术标准化问题日趋得到重视，RFID产品得到广泛采用，RFID产品逐渐成为人们生活中的一部分。
1997年，第一个完全由高分子制备的有机RFID标签诞生。
2000年，RFID标准化文件出现。
篇10
化学学科知识与化学学科文化之间具有密切的联系。一方面，化学学科知识的发展是化学学科文化产生的基础和存在的依据，并丰富了化学学科文化。如人类对原子结构的认识，经历了道尔顿实心模型、汤姆逊糕枣模型、卢瑟福行星模型、玻尔模型和量子力学模型等，在其发展过程中不但发展了原子结构的知识和理论，其“依据事实-提出假设-抽象建模-实验验证”的研究思想和方法也丰富了化学学科文化；人类对酸碱的认识经历了朴素酸碱概念、酸碱电离理论、酸碱溶剂理论、酸碱质子理论、酸碱电子理论和软硬酸碱理论等发展过程，丰富了“坚韧不拔、不断求索”的化学学科精神。另一方面，化学学科文化是维系学科学术共同体的基石，也是化学学科知识发展的内在动力。学科共同体成员坚信化学学科是造福人类的，追求人与自然、社会和谐发展的价值取向，遵循化学学科研究的行为规范，以伟大的化学家为榜样，不断探索化学科学的真谛，使化学学科知识得以丰富和发展。如新元素的发现、稀有气体化合物的合成等，正是化学科学方法得以科学应用所取得的成果。从哲学意义上说，学科价值是指学科对人类的有用性。这种学科的有用性包括了理论与实践上的有用性，个体与社会层面上的有用性等等，不同的学科有用性反映了不同的学科价值，形成学科之间区别的重要标志。化学是理论和实验结合、基础和创新并重的学科。化学学科的价值主要体现的两个方面，一是通过揭示客观事物的变化运动规律而得到价值体现，二是通过创造和识别能服务于人类社会发展的新物质而得到价值体现的。
1.2思维方法和语言系统
学科方法实际上是学科内开展科学研究的基本方式与途径，不同的学科往往以不同的方法论指导学科内开展科学研究，形成了不同学科之间思维方式的差异。学科方法（也可以说成是学科共同体成员的思维方式）是学科文化的内核，是学科共同体所有成员特有的研究和思维方式。化学学科研究方法主要有观察法、科学实验法、归纳法、数学方法、假说与模型等等。化学学科共同体成员习惯于根据实验事实，进行归纳概括、抽象推理的思维，习惯于从实物粒子的微观结构视角揭示物质变化本质的思维；习惯于关注环境因素对体系状态和性质影响的思维；习惯于提出假设、建构模型、实验论证的思维。化学实验方法在化学学科方法中具有特殊的地位。化学是以实验为主要研究方法的基础科学，即使是计算化学迅速发展的今天，化学实验依然是检验化学原理和计算结构的唯一标准。正如化学教育家傅鹰先生所说，只有实验才是化学的最高法庭。语言是文化的产物、载体和现象，是思维的物质外壳与呈现形式，是学科文化的窗口。每一学科独特的思维方式决定了其独特的语言方式或言语体系，学科共同体成员用这些专业言语体系进行学术上、思想上和情感上的交流，传递建立在学科知识和信仰体系之上的宇宙观、人生观和知识观。化学学科在发展过程中形成和丰富了自身学科语言。化学语言主要包括文字语言、符号语言和图表语言等。普适、通用和简捷的化学语言，能将众多的物质结构、组成、变化和性质等化学事实表达出来（如化学符号CO，表达了一氧化碳分子的组成、共价键成键情况、孤对电子数目等信息）。化学学科共同体成员用化学语言表示物质的组成、结构、性能及其变化规律，化学语言是化学学科共同体成员进行化学思维、学术和思想交流不可缺少的工具和中介。
1.3化学研究和教学行为习惯
学科研究和学科教学是学科最主要的学术活动形式，学科研究习惯和学科教学行为不但是学科文化的重要要素，更是学科文化传承和发展的基本保障。学科共同体成员的学科教学与研究习惯具有一致性，正是这种一致性保证了学科及其学科文化的延续和发展。学科共同体成员在长期的学术研究和教学过程中，学科知识和观点逐渐内化成学科成员的学识和信仰，逐渐改变着个人的人生观和价值观。伴随着学科知识的获取和传授，学科文化就在不知不觉中深深地影响着所有学科共同体成员的思想、规范、行为和习惯等，并成为他们参加社会生活的重要经验和手段。化学教学是由教师的教和学生的学所组成的双边活动。在教师有目的、有计划、有组织的指导下，学生掌握系统的化学科学基础知识和基本技能，并在此基础上发展能力，形成一定的学科素养和社会所期望的道德品质。化学教学行为体现了化学学科前辈们进行研究和教学的行为习惯，化学教学行为能够内化为学生的行为习惯。化学的学科特点和价值观点一定程度上决定着化学研究和教学行为习惯。化学服务于人类社会发展的价值取向，促使化学研究和教学关注化学在生产和生活中的应用；化学研究着力解决生产、生活和社会发展中的问题，化学教学关注对学生应用化学知识解决实际问题能力的培养；化学揭示客观事物本质及其规律的价值取向，要求化学研究应具有怀疑的、思辨的品质，促使化学教学教真实的化学、有用的化学，重视实验探究在化学研究和教学中的作用；而“化学是一门实验的科学”这一学科特点也同样决定了化学研究必须以实验为主要研究手段，化学教学也应引导学生进行以化学实验为主要方式的探究学习。
2化学学科文化的育人功能
教育既是一个知识传授的过程，又是一个文化育人的过程。这就表明学科教育存在两个维度，一是知识维度，即以知识为中心，追求知识的系统性、理论体系的完备性，把对事物的认识作为主要目的的教育。二是文化维度，即以文化为中心，在知识教育基础上关注文化，使学科教育成为关注学生如何适应社会并成为全面发展的人的教育。学科文化是教育最主要的文化资源、最基本的教育内容。从文化视角研究和探索学科教育思想、方法，可以丰富、发展和完善当前的教育理论，有助于开阔教学的视野，优化师生的知识结构。今天的化学教育已经不单纯是化学知识的教育，通过化学课程的实施，培养学生的科学素养和人文精神是化学教育的最终目标。作为中学课程结构中科学领域的一个科目的化学，既是一种科学知识体系，又是一个教育科目。这就决定了化学学科的知识体系，既必须符合科学知识本身的规律，又要符合学生的学习与认知规律，符合学校的教学规律。《普通高中化学课程标准（实验）》明确要求，要在人类文化背景下构建化学课程体系，理解化学课程的人文内涵，发挥化学课程对培养学生人文精神的重要作用；要在化学课程实施中，结合人类探索物质及其变化的历史与现代化学科学发展的趋势，引导学生形成科学的世界观；要从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发，让学生认识化学与人类生活的密切关系，关注人类面临的与化学相关的社会问题，培养其社会责任感、参与意识和决策能力；要通过化学课程的实施，让学生养成务实求真、勇于创新、积极实践的科学态度。因此，化学学科文化的育人功能是指化学学科文化主体、学科文化场域，以及包括知识理论体系、学科价值体系等在内的学科文化核心要素，对学生理想人格的塑造、价值观念的形成、思维方式与行为习惯的养成等方面施加影响的能力[5~7]。化学学科文化中的价值取向、思维方式、行为规范、语言系统等都是丰富的教育资源，对于学生的成长和发展具有重要的定向和规范作用。在中学化学课程实施中，在重视化学学科知识的教育意义的同时，关注化学学科知识背后潜藏的文化背景和价值体系的教育意义，既能引导学生思维和行为方式的养成，又能培养他们形成认识世界的科学态度与高尚理想人格，从而提高综合素质。
2.1运用化学学科文化，塑造学生的理想人格
人格是人的内在品质结构与外部行为方式的一种相对稳定的个性综合特征。人格既是个人所独有的特质，又是个人经社会化所获得的整体，具有鲜明的时代特征。当代学生的理想人格应该包括“有理想、有信念，具有与时俱进的人生观和价值观；既具有良好的自我意识和独立能力，又具有良好的团队精神和和谐的人际关系；能积极参与社会实践，勇于开拓创新，具有强烈的社会责任感”等。学生人格的塑造事关社会的进步和发展，基础教育承载着帮助学生建构既适应时代的需求又不失学生个性特色的理想人格的任务。徐光宪先生曾经说“化学是一门承上启下的中心学科”。他认为科学可按照它的研究对象由简单到复杂的程度分为上游、中游和下游。数学、物理学是上游，化学是中游，生命、材料、环境、能源等朝阳科学是下游。化学是中心科学，是从上游到下游的必经之地。尽管今天的化学看上去没有那些学科炫耀和光彩，却始终默默地发挥着本学科必不可少的作用。化学学科发展的终极目标是促进人类社会发展。从生产生活实践中孕育产生的化学科学，从诞生之日起就深深打上了服务于人类社会的烙印，化学学科共同体成员在化学学科中所进行的研究都是以服务于人类社会为终极目标的。化学学科不仅与人类的衣、食、住、行等方面密切相关，而且通过与相关学科的渗透、交叉与融合而产生了众多新兴的应用性更强的学科和研究领域，其成果应用极大地推动了人类社会进步和发展，并造福了人类。化学学科服务于社会发展的价值取向能够有效地塑造学生报效社会的价值观，培养学生的社会责任感和使命感。在化学科学发展进程中，许多化学家为化学科学的发展做出了杰出的贡献，他们为科学而献身的事迹是化学学科价值的核心内容。化学家们的事迹是我们进行学科文化教育，塑造学生理想人格的重要资源，门捷列夫对元素周期表的编制、居里夫妇对放射元素镭的发现、候德榜制碱工艺的发明，无一不闪烁着为科学进步和为社会发展坚持信仰、勇于创新、不懈追求的人格力量。而化学学科所取得的每一进步，都体现着“在争论中坚持追求、在合作中取得创新、在坚守中获得成功”的特点，更能对学生进行理想人格的塑造。
2.2运用化学学科文化，培养学生的思维方法
不同的学科中有着各自公认的观察问题、分析问题和解决问题的方式及衡量标准。学生通过学科学习，在耳濡目染中习得了该学科文化定的感知、思维和行为模式，即学会了本学科特有的观察问题、分析问题和解决问题的方式，形成了该学科特定的专业习性。学生在学科学习中形成的学科习性不仅限于专业领域之内观察问题与分析问题的方式，也会（自觉或不自觉地）影响到学生观察社会和世界的方式。化学科学形成和发展过程中经常运用的、具有化学学科特征的化学科学研究方法是很好的培养学生思维方式的素材。化学在研究客观事物及其变化、创造和识别物质的过程中，运用观察、实验、分析比较、假说、建模、概括、归纳和抽象演绎等科学方法，推动了化学科学的发展。例如，化学对物质结构认识所经历的“归纳事实提出假设建构模型发现新的事实实验验证……”的发展模式，化学原理和理论发现（如酸碱理论的发展）经历的“归纳实验事实提出理论假设实践检验……”的发展历程，都是化学教育的重要内容。这一整套科学的学习和训练过程，使得学生在掌握学科知识的同时，不断内化形成看待问题的严谨的逻辑分析能力和思辨的实证精神。因此，在化学学习中形成和发展的科学思维方法，不仅有利于化学学习，而且更能够为学生的终身发展服务。
