引論：我們?yōu)槟砹?3篇化學(xué)工程和化學(xué)工藝的區(qū)別范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

篇1

廣東石油化工學(xué)院坐落于中國南方最大的石油生產(chǎn)基地——廣東省茂名市，為華南地區(qū)唯一一所石油化工特色院校。學(xué)校的化學(xué)工程與工藝專業(yè)是國家級特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，畢業(yè)生遍布全國各地的石油化工行業(yè)，就業(yè)具有很強(qiáng)的針對性，深受用人單位歡迎。廣東石油化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)是為社會(huì)輸送具備化學(xué)工程與工藝基本理論、基本知識(shí)和基本技能，具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力、良好的創(chuàng)新意識(shí)和較高綜合工程素質(zhì)的人才。畢業(yè)生能在石油煉制、石油化工、能源、環(huán)保、材料等部門從事工程設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)管理等方面的工作。化學(xué)工藝學(xué)作為該專業(yè)一門重要的專業(yè)課，是基礎(chǔ)化學(xué)、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工原理等課程的綜合應(yīng)用。通過該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握化工生產(chǎn)的基本原理、主要化工產(chǎn)品的生產(chǎn)方法、工藝流程等。在化學(xué)工藝學(xué)課程教學(xué)中，應(yīng)注重強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)和基礎(chǔ)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。

一 結(jié)合石油化工特色，創(chuàng)建課程群

從人才培養(yǎng)的角度看，石油化工高校培養(yǎng)的畢業(yè)生應(yīng)具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力、良好的創(chuàng)新意識(shí)和較高的綜合工程素質(zhì)，以適應(yīng)石油煉制或石油化工等相關(guān)行業(yè)的人才需求。畢業(yè)生不但要懂得某一專業(yè)的基礎(chǔ)理論，還要具有某一崗位所需要的生產(chǎn)操作和組織能力，并能在現(xiàn)場進(jìn)行技術(shù)操作和改進(jìn)，解決生產(chǎn)實(shí)際問題。因此，廣東石油化工學(xué)院石油化工專業(yè)所培養(yǎng)的人才具有基層性、實(shí)用性和技術(shù)性，這是本專業(yè)區(qū)別于其他普通高校教育的一大特色。根據(jù)本專業(yè)的特點(diǎn)和學(xué)生的基礎(chǔ)及接受能力，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新能力為主線，可將石油煉制工程、石油化工產(chǎn)品分析技術(shù)、石油產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)與開發(fā)、石油儲(chǔ)運(yùn)基礎(chǔ)等課程創(chuàng)建一個(gè)課程群，圍繞本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，對各課程的主要內(nèi)容進(jìn)行精選優(yōu)化，調(diào)整化學(xué)工藝學(xué)的教學(xué)內(nèi)容。可從這些主干課程中選擇一些典型的石化產(chǎn)品，作為化學(xué)工藝學(xué)的教學(xué)案例，分析這些石化產(chǎn)品的生產(chǎn)方法、工藝流程、工藝參數(shù)、條件影響等。這種處理方式對課程群里面其他的課程教學(xué)可起到輔助和鞏固的作用。

二 優(yōu)化和更新化學(xué)工藝學(xué)的教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)教學(xué)大綱對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行處理，把各章節(jié)內(nèi)容按照了解、掌握、應(yīng)用、設(shè)計(jì)等不同要求作詳細(xì)的定位。例如，對于工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)不采用的生產(chǎn)方法，只要求學(xué)生了解某種工業(yè)過程可能有多種生產(chǎn)方法即可；對需掌握的內(nèi)容，可以要求學(xué)生對各種生產(chǎn)方法進(jìn)行比較，分析其適用范圍、效果、操作條件、能耗等，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度選擇生產(chǎn)方法。學(xué)生不僅要掌握教材介紹的幾種基本化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，而且其生產(chǎn)--方法要會(huì)應(yīng)用，能夠舉一反三，要能設(shè)計(jì)出一些簡單的生產(chǎn)工藝。例如，在講授合成氨時(shí)，可以先引入哈伯法合成氨工藝的歷史及哈伯本人的一些簡介，既可以提起學(xué)生對合成氨工藝的學(xué)習(xí)興趣，又可以了解一些名人的事跡。當(dāng)學(xué)生有了興趣之后，可以從不同的原料角度，引入不同的生產(chǎn)工藝，如以煤為原料，以天然氣為原料，以重油為原料的合成氨工藝，其各自的工段均有所不同，可以在講授完后讓學(xué)生總結(jié)各不同原料合成氨工藝的異同，這樣學(xué)生學(xué)完之后印象深刻，可以吃透這部分內(nèi)容。

另外，在組織化學(xué)工藝學(xué)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)著重突出石油化工特色。在第一次化學(xué)工藝學(xué)講授過程中，讓大家認(rèn)識(shí)到本門課程的針對性、重要性及實(shí)用性。在第一章“緒論”部分組織講授材料的時(shí)候，可以結(jié)合茂名煉油產(chǎn)業(yè)鏈，圍繞幾個(gè)關(guān)鍵詞如石油化工、石油煉制、乙烯工業(yè)、茂名乙烯、石化工業(yè)區(qū)等展開內(nèi)容學(xué)習(xí)。例如，乙烯工業(yè)是指以石油餾分為原料裂解生產(chǎn)乙烯為主，同時(shí)生產(chǎn)丙烯、丁烯、芳烴等產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。乙烯是石油化工的基本有機(jī)原料，目前約有75%的石油化工產(chǎn)品由乙烯生產(chǎn)。乙烯主要用來生產(chǎn)聚乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯等多種重要的有機(jī)化工產(chǎn)品，乙烯產(chǎn)量已成為衡量一個(gè)國家石油化工工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。再如，對乙烯產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的介紹（塑料類、合成橡膠類、液體化工類）；對長三角、珠三角、環(huán)渤海灣大型煉化一體化企業(yè)集群及沿長江產(chǎn)業(yè)帶分布的介紹等，這些內(nèi)容可以讓學(xué)生清晰地認(rèn)識(shí)未來的就業(yè)方向、就業(yè)區(qū)域和就業(yè)前景。在這種情況下，學(xué)生會(huì)充分認(rèn)識(shí)到化學(xué)工藝學(xué)這門課程的針對性和重要性，在后面的時(shí)間里自然會(huì)重視這門課程的學(xué)習(xí)，因?yàn)檫@些內(nèi)容的學(xué)習(xí)與他們未來的就業(yè)息息相關(guān)。

圍繞本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對畢業(yè)生的就業(yè)特點(diǎn)，廣東石油化工學(xué)院的化學(xué)工藝學(xué)這門課應(yīng)該調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，注重重點(diǎn)內(nèi)容的凝練。其重點(diǎn)內(nèi)容應(yīng)圍繞乙烯工業(yè)展開。

如以茂名石化乙烯為例，學(xué)習(xí)乙烯生產(chǎn)原理、工藝技術(shù)、產(chǎn)品應(yīng)用等基本知識(shí)；以茂名石化工業(yè)區(qū)為例，學(xué)習(xí)乙烯下游產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品應(yīng)用等基本知識(shí)。

乙烯生產(chǎn)原理主要包括乙烯生產(chǎn)過程中的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律、反應(yīng)機(jī)理、熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析，乙烯生產(chǎn)的工藝參數(shù)和操作指標(biāo)（如原料性質(zhì)及評價(jià)、裂解溫度、烴分壓、停留時(shí)間、裂解深度等）及乙烯生產(chǎn)的工藝過程等。

篇2

根據(jù)資料顯示，中國已經(jīng)成為世界上最大的px生產(chǎn)國和消費(fèi)國。px項(xiàng)目一直飽受爭議：一方面，px涉及的產(chǎn)業(yè)收益巨大，各地相繼建立了一些比較大的px項(xiàng)目，用于促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展；另一方面，px本身的毒性和以及在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染，使得多地民眾對px項(xiàng)目的建立和實(shí)施產(chǎn)生了抵制情緒。px項(xiàng)目啟示我們：科學(xué)技術(shù)是把雙刃劍，人們在利用科學(xué)技術(shù)改變社會(huì)，造福人類的時(shí)候也不能忽略它帶來的弊端。隨著科學(xué)技術(shù)負(fù)影響的顯現(xiàn)，工程的倫理性逐步走入了人們的視野。自20世紀(jì)70年代起，工程倫理學(xué)在美國等一些發(fā)達(dá)國家開始興起。經(jīng)歷了20世紀(jì)的最后的20年，工程倫理學(xué)的教學(xué)和研究逐漸走入建制化階段。在我國，類似的工程倫理道德規(guī)范以及法制化建設(shè)方興未艾，我國工程倫理學(xué)的春天正在逐步逼近。

二、化學(xué)工程倫理規(guī)范的構(gòu)建

作為工程的一支，化學(xué)工程有區(qū)別于一般工程的特點(diǎn)：

（1）化學(xué)工程潛在風(fēng)險(xiǎn)大

（2）化學(xué)工程對人的影響更直接

（3）化學(xué)工程的監(jiān)控難度大

基于化學(xué)工程的以上特點(diǎn)，化學(xué)工程倫理規(guī)范的構(gòu)建就尤為重要。

化學(xué)工程理論是工程理論的一部分，將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的化學(xué)工程，不僅是一種技術(shù)的應(yīng)用行為，同時(shí)也應(yīng)該被視作一種社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)。因此，化學(xué)工程倫理規(guī)范的構(gòu)建應(yīng)該技術(shù)和社會(huì)實(shí)踐兩方面來考慮。

第一，技術(shù)方面：

（一）降低化學(xué)原料的威脅

首先，化學(xué)工程中使用到的原材料，大多數(shù)都帶有危險(xiǎn)標(biāo)記，對人們對健康具有一定的威脅。甚至，有些化學(xué)原料無色無味，可以使人在不察覺的情況下吸入或接觸到，從而造成對人體的傷害。危險(xiǎn)化學(xué)原料應(yīng)該具有醒目的危險(xiǎn)標(biāo)志是十分必要的。

其次，危險(xiǎn)化學(xué)品在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、使用、經(jīng)營和運(yùn)輸過程中都應(yīng)得到妥善處理。有些危險(xiǎn)化學(xué)品，可以通過冷藏壓縮，密封保存等技術(shù)手段來降低和消除對人體和環(huán)境的危害。運(yùn)用專業(yè)的技術(shù)降低化學(xué)原料的威脅刻不容緩。

（二）保證生產(chǎn)過程的規(guī)范和安全

在化學(xué)材料的生產(chǎn)過程中涉及很多環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都可能具有潛在的危害。保證整個(gè)生產(chǎn)線都達(dá)到科學(xué)工藝的要求能夠減少工程事故和對環(huán)境的危害。

首先，通過對相關(guān)技術(shù)人員的培訓(xùn)，使其了解生產(chǎn)過程環(huán)節(jié)的危害，使其在每個(gè)生產(chǎn)過程中的操作都符合相應(yīng)的規(guī)范，對于一些故障能夠妥善處理。

其次，運(yùn)用技術(shù)手段對每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)防和控制，要有完備科學(xué)的三廢處理設(shè)備，保證生產(chǎn)過程的規(guī)范和安全。

（三）治理和修復(fù)化學(xué)工程對環(huán)境的危害

對化學(xué)工程對環(huán)境的污染應(yīng)該做的預(yù)防為主，防治結(jié)合，綜合治理。但是，有些化學(xué)工程對環(huán)境的危害，運(yùn)用目前的技術(shù)手段不可避免的。或者，由于種種原因，對環(huán)境的污染已經(jīng)造成，都可以運(yùn)用相關(guān)技術(shù)，采取有效措施，對污染后的環(huán)境進(jìn)行治理和修復(fù)。

首先，必須對環(huán)境污染工程進(jìn)行詳細(xì)分析，找出污染源，確定污染物，最終制定相應(yīng)措施對環(huán)境進(jìn)行治理和修復(fù)。

其次，修復(fù)過程中采取的方式方法，應(yīng)該充分考慮到周邊公共建筑和相關(guān)人群的敏感度等因素，建設(shè)修復(fù)設(shè)施不得對場地及周圍環(huán)境造成新的破壞。

第二，社會(huì)實(shí)踐方面：

（一）借鑒國外成功經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，結(jié)合中國的具體情況

對于化學(xué)工程倫理規(guī)范的構(gòu)建和制定，國外的研究比國內(nèi)要早，因此很多的成功經(jīng)驗(yàn)值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。

但是，國外的研究現(xiàn)狀不完全適用于中國國情。在國外，工程倫理的研究主要針對工程師的倫理分析，因?yàn)閲獾墓こ踢\(yùn)行體質(zhì)是以工程師作為工程責(zé)任的獨(dú)立主體。而在國內(nèi)，工程師側(cè)重的是技術(shù)層面，工程從論證到實(shí)施及運(yùn)行，分別由不同的主體承擔(dān)責(zé)任，工程師很難做到獨(dú)立承擔(dān)。

因此，處理化學(xué)工程倫理規(guī)范的構(gòu)建問題，應(yīng)該借鑒

國外成功經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，結(jié)合中國的具體情況。

（二）構(gòu)建過程中要明確不同角色的不同權(quán)利義務(wù)

一個(gè)化學(xué)工程的項(xiàng)目，一般涉及多個(gè)角色，不同角色在項(xiàng)目中有著不同的分工和責(zé)任。

化學(xué)工程師應(yīng)保證化學(xué)工程科學(xué)合理的論證和設(shè)計(jì)，全力參與、全程跟蹤化學(xué)工程活動(dòng)，同時(shí)對化學(xué)工程的每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督，從而降低化學(xué)工程風(fēng)險(xiǎn)，保障化學(xué)工程合倫理性。

工程決策者應(yīng)該根據(jù)針對工程中可能存在的問題和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，制定不同的備選方案，選擇合適方案，實(shí)現(xiàn)工程最優(yōu)化。

政府部門應(yīng)該在道德約束和倫理規(guī)范尚不完善的情況下，對化學(xué)工程中的每個(gè)參與者進(jìn)行監(jiān)督，明確他們的權(quán)利義務(wù)，監(jiān)督和管理化學(xué)工程的實(shí)施。

公眾是化學(xué)工程的最直接利益相關(guān)主體，有權(quán)監(jiān)督化學(xué)工程的運(yùn)行和實(shí)施，捍衛(wèi)自身健康和生存環(huán)境安全，并對化學(xué)工程的負(fù)影響，提出正當(dāng)?shù)膫惱碓V求。

（三）化學(xué)工程的倫理規(guī)范要高于一般工程

化學(xué)工程具有一般工程的特點(diǎn)，同時(shí)高危險(xiǎn)性高污染性使得化學(xué)工程與一般工程的不盡相同，化學(xué)工程對環(huán)境和人類健康的影響更為迅速和直接，與公眾的生存環(huán)境和自身健康息息相關(guān)。因此，化學(xué)工程的倫理規(guī)范要高于一般工程。

首先，化學(xué)工程倫理的制定和實(shí)施要比一般工程更加嚴(yán)格，確保化學(xué)工程的規(guī)范和安全。

其次，對化學(xué)工程倫理的監(jiān)督和執(zhí)行也要高于一般工程，敢于接受社會(huì)各方面的監(jiān)督，取得公眾對于化學(xué)工程的信任。

三、結(jié)束語

廈門、大連、寧波和咸陽等地的px項(xiàng)目啟示我們，只有不斷地完善化學(xué)工程倫理規(guī)范的構(gòu)建才能確保化學(xué)工程的持久化發(fā)展，真正地做到以人為本，促進(jìn)人與社會(huì)的和諧發(fā)展。

化學(xué)工程倫理規(guī)范的制定應(yīng)該從技術(shù)和管理兩個(gè)方面來考慮：

化學(xué)工程是工程的一個(gè)重要分支，化學(xué)工程倫理規(guī)范應(yīng)該在原有工程倫理規(guī)范的理論框架下，同時(shí)結(jié)合化學(xué)工程理論來構(gòu)建。通過技術(shù)了解危害，規(guī)范操作，對可能的危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)防和控制；

同時(shí)，任何一個(gè)工程也是一種社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，那么就不應(yīng)該脫離社會(huì)而獨(dú)立存在，當(dāng)然也應(yīng)該受到社會(huì)倫理規(guī)范的約束。

通過管理，結(jié)合國內(nèi)的具體情況，明確不同角色的權(quán)利和義務(wù)，同時(shí)制定相應(yīng)的化學(xué)工程倫理規(guī)范。

篇3

一、工藝安全管理的發(fā)展歷程及關(guān)鍵要素

1.發(fā)展歷程

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷革新，新工藝、新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，裝置規(guī)模的日益擴(kuò)大，給化工、石化等產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的變化。緊接著，由于涉及的化學(xué)品種的增多，處理、儲(chǔ)存數(shù)量的增大，應(yīng)用工藝技術(shù)的復(fù)雜化，操作條件的苛刻化，導(dǎo)致工藝系統(tǒng)的危害也更加多。在全世界范圍內(nèi)，化工和石化行業(yè)發(fā)生的一系列重大的工藝安全事故，引起了世人對工藝安全的注意，同時(shí)，孕育了一系列的相應(yīng)法規(guī)。

1977年發(fā)生在意大利塞維索的有毒蒸氣泄漏事故，促成了歐洲第一部對于工藝安全法規(guī)的頒布，即1982年歐洲的 «Seveso I指令》。1985年，發(fā)生在印度博帕爾的事故舉世震驚，這也促使美國化學(xué)工程師協(xié)會(huì)成立了一個(gè)專門的化工工藝安全中心即為CCPS ，該中心的設(shè)立為化工、石化等行業(yè)提供工藝安全技術(shù)及管理的方面的全面支持，防范重大工藝安全事故的發(fā)生，同時(shí)，出版了一系列安全導(dǎo)則。1992年，美國職業(yè)安全健康局(OSHA)，頒布了關(guān)于高度危險(xiǎn)的化學(xué)品的工藝安全管理系統(tǒng)相關(guān)要求。1996年，歐洲的《Seves。I指令》修訂為 《Seveso II指令》，它通過吸取博帕爾事故的教訓(xùn)教訓(xùn)， 更強(qiáng)調(diào)了對重大危害的控制，建立工藝安全管理系統(tǒng)的必要性。1996年，韓國政府也參考美國 0SHA的PSM體系，在韓國國內(nèi)頒布了工藝安全管理系統(tǒng)要求。同時(shí)，1999年的美國環(huán)保局(EPA)在0SHA工藝安全管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、應(yīng)急預(yù)案的要求，頒布了《凈化空氣法案》。

工藝安全管理及技術(shù)自20世紀(jì)80年代以來，開始蓬勃發(fā)展。在進(jìn)入20世紀(jì) 90年代以后逐漸發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科。目前的美國和歐洲非常重視工藝安全管理，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用系統(tǒng)方法、技術(shù)預(yù)防工藝安全事故的發(fā)生， 并且在高危險(xiǎn)性的行業(yè)中強(qiáng)制推行工藝安全管理。

2.PSM基本要素

美國職業(yè)安全健康局(OSHA)、美國化學(xué)工程師協(xié)會(huì)化學(xué)工藝安全中心(CCPS)、美國化學(xué)協(xié)會(huì) (ACC)和美國石油協(xié)會(huì)(API)均有為工藝安全管理系統(tǒng)定義的一系列不同的PSM組成要素。這些要素大多都是類似甚至相同的，都是為了預(yù)防重大的工藝安全事故并減輕后果。

其中，OSHA規(guī)定的PSM，主要應(yīng)用于加工工業(yè)。它對“工藝”的定義是：使用、儲(chǔ)存、加工、處理或在工廠范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移危險(xiǎn)的化學(xué)品，或是上述綜合活動(dòng)。在PSM法規(guī)中，有一個(gè)危險(xiǎn)化學(xué)品清單，其中包含130余種有毒或具有反應(yīng)性的化學(xué)物品，同時(shí)對每種化學(xué)品進(jìn)行一個(gè)數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。如果工廠處理危險(xiǎn)化學(xué)品的數(shù)量達(dá)到、超過表中的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就需遵守PSM規(guī)定。但是PSM法規(guī)不適用于零售設(shè)施、油井設(shè)施、氣井設(shè)施以及無人操作的設(shè)施。

二、國內(nèi)外PSM實(shí)施情況

發(fā)達(dá)國家大型的化工、石化公司，均建立了完善的工藝安全管理系統(tǒng)并制訂了相關(guān)法規(guī)及配套的實(shí)施指南，在工廠的各個(gè)時(shí)期嚴(yán)格執(zhí)行。我國國內(nèi)還在深入研究和積極推廣的階段。

1.美國PSM實(shí)施情況

在美國,這種管理系統(tǒng)是作為法規(guī)形式存在的，不僅有權(quán)威性，同時(shí)也說明工藝安全管理的必要性以及適用性。以陶氏化學(xué)為例。陶氏公司全球所有設(shè)施所執(zhí)行的EHS管理體系 和標(biāo)準(zhǔn)均已達(dá)到OSHA PSM法案的絕大部分要求，在這些要素中，工藝危害的分析是陶氏化學(xué)的一個(gè)特色要素。

陶氏的工藝危害分析采用的主要是分級管理。這種方法的特點(diǎn)是將對工藝危害的分析按從簡到繁、從定性到定量進(jìn)行分級別管理，陶氏化學(xué)工藝的風(fēng)險(xiǎn)管理采用的是層進(jìn)式風(fēng)險(xiǎn)分析方法，過程如圖。

第1層，對所有的設(shè)施進(jìn)行工藝危害分析，所采用的是火災(zāi)爆炸的危險(xiǎn)指數(shù)、化學(xué)品的暴露指數(shù) (CEI)、RC-PHA調(diào)查問卷、保護(hù)層(LOPA)的目標(biāo)值等方法；第2層，對設(shè)施的特定單元操作采用因果成對鑒別、HAZOP、LOPA、建筑物的超壓分析等方法，進(jìn)行附加風(fēng)險(xiǎn)的檢查；第3層，對目標(biāo)工藝進(jìn)行增強(qiáng)型的風(fēng)險(xiǎn)檢查；第4層，選擇少數(shù)的高風(fēng)險(xiǎn)活動(dòng)場景進(jìn)行QRA。根據(jù)分析的組合以及事故發(fā)生的頻率來進(jìn)行選擇。

2.國內(nèi)工藝安全管理的現(xiàn)狀

在我國國內(nèi)，只有很少的有關(guān)工藝(過程)安全管理體系的資料。還沒有相關(guān)的法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。雖然，國內(nèi)許多企業(yè)實(shí)施了 HSE 管理體系以及ISO體系，但這些體系沒有相應(yīng)法規(guī)的強(qiáng)制性要求，有些甚至還存在表里不一的現(xiàn)象。特別在這個(gè)化工和石化行業(yè)已經(jīng)從引進(jìn)成套技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)為自主設(shè)計(jì)、技術(shù)改進(jìn)的階段，問題顯得尤為突出。近幾年，國內(nèi)的化工和石化行業(yè)中發(fā)生的重大事故，歸根結(jié)底，都是工藝安全方面的問題。所以，現(xiàn)有項(xiàng)目以及新開發(fā)項(xiàng)目的整個(gè)生命周期的工藝安全管理已經(jīng)成為了一個(gè)急需解決的問題。還有一個(gè)客觀原因就是不同企業(yè)之間的工藝安全管理有較大的差異性，給政府的監(jiān)管也帶來了不便，同時(shí)也不利于同行業(yè)內(nèi)關(guān)于工藝安全信息的交流，不利于安全水平的提高。總而言之，國內(nèi)一方面缺乏工藝安全管理的有關(guān)研究，另一方面缺乏相關(guān)的法律法規(guī)。導(dǎo)致沒有符合我國國情、與世界同步的工藝安全管理模式。因此，在國內(nèi)化工和石化行業(yè)，建立、貫徹有效的工藝安全管理系統(tǒng)是十分必要的。

三 、工藝安全管理推行的建議

1.充分理解區(qū)別工藝安全管理與傳統(tǒng)安全管理

工藝安全管理，是將技術(shù)、程序和管理實(shí)踐整合在一起，形成以風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防管理為重點(diǎn)的管理體系，主要對象是工藝介質(zhì)本身以及涉及危險(xiǎn)化學(xué)品的過程、廠站設(shè)施，通過控制工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，體現(xiàn)對工藝風(fēng)險(xiǎn)的“過程管理”。與傳統(tǒng)的安全管理相比，在模式上更注重過程控制、與超前防范，對象上，不同于單純關(guān)注人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的管理，更加強(qiáng)調(diào)了對工藝系統(tǒng)、設(shè)備設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)管理，在特點(diǎn)上，不再以經(jīng)驗(yàn)管理為主，更重視了運(yùn)用科學(xué)系統(tǒng)的分析方法，強(qiáng)調(diào)對風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)評估、合理控制以及響應(yīng)程序等。

因?yàn)槲覈亩鄶?shù)化工企業(yè)還沒有真正接觸、了解工藝安全管理，因此，首先應(yīng)該加強(qiáng)工藝安全管理的認(rèn)識(shí)和培訓(xùn)，從轉(zhuǎn)變理念入手，走出工藝安全管理第一步。

2.獨(dú)立的組織機(jī)構(gòu)支撐

在歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，工藝安全管理從20世紀(jì)80年代開始就已經(jīng)發(fā)展成了了一門獨(dú)立的學(xué)科，但我國國內(nèi)最初并沒有將工藝安全管理作為一門獨(dú)立的學(xué)科。所以，我國國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該從國外發(fā)達(dá)國家引進(jìn)工藝安全管理的理念，在借鑒經(jīng)驗(yàn)和做法的基礎(chǔ)上，積極探索，形成具有自身特色的管理模式。

3.工藝安全管理人員的技能水平提升

工藝安全管理人員包括涉及實(shí)施所有工藝安全管理要素的專業(yè)技術(shù)、管理、操作人員、專業(yè)分析師等，工藝安全管理系統(tǒng)的有效運(yùn)作，需要每個(gè)員工的參與。因此，在一定意義上，工藝安全管理人員的技能，往往決定著某個(gè)單位工藝安全管理工作的水平。

合理、有效的培訓(xùn)是提升工藝安全管理人員技能的主要途徑，我國相應(yīng)企業(yè)應(yīng)該舉辦大量的包括風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法以及專業(yè)技術(shù)知識(shí)在內(nèi)的相關(guān)工藝安全的培訓(xùn)，可以用脫崗培訓(xùn)、在崗培訓(xùn)這兩種培訓(xùn)方式，培養(yǎng)出一批高素質(zhì)的工藝安全的管理人員。

4.工藝安全信息的有效利用

工藝安全信息產(chǎn)生于工藝裝置使用的各個(gè)階段，是進(jìn)行危害辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)控制的有效依據(jù)，是其它工藝安全要素推進(jìn)的基礎(chǔ)，同時(shí)工藝安全信息又是其它要素實(shí)施結(jié)果的“輸入”終端。 因此，工藝安全信息的有效利用在某種程度上也反映了工藝安全管理的水平。

5.完備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支撐

工藝安全管理區(qū)別于傳統(tǒng)安全管理的主要特征就是它具有的專業(yè)技術(shù)性，其管理目標(biāo) 是實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)（設(shè)備）的本質(zhì)安全。開展工藝安全的分析、工藝技術(shù)的變更、施工工藝安全的管理等要素活動(dòng)，均與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有千絲萬縷的關(guān)系， 因此，要做好工藝安全管理，形成一套對企業(yè)適用性強(qiáng)、高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系是很重要的。

6.定期開展評估審核

工藝安全審核可以有效評估和考核 各個(gè)工藝安全要素的落實(shí)情況，客觀反映工藝安全管理水平，持續(xù)提高工藝 安全管理標(biāo)準(zhǔn)（制度）的執(zhí)行力，對于工藝安全管理在整體深入過程中的不足，進(jìn)行及時(shí)更正，制定有效的改進(jìn)措施，不斷提高工藝安全管理水平。

結(jié)語

我國國內(nèi)與國外相比，不論在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、運(yùn)行方式、員工水平還是理念和文化等方面均存在差異，所以，不能直接照搬國外的工藝安全管理模式以及相關(guān)規(guī)定。而是需要根據(jù)我國的安全管理現(xiàn)狀，積極借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)和做法，積極探索，不斷努力，讓工藝安全管理有更美好的明天。

參考文獻(xiàn)

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早在半個(gè)世紀(jì)以前，西德就采用N一甲基毗咯烷酮（NMP）作溶劑，裂解萃取蒸餾丁二烯。以后，在世界各地陸續(xù)采用并加以改進(jìn)。NMP法萃取蒸餾丁二烯工藝，具有溶劑的選擇性高、無毒、無腐蝕、水解穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性高、沸點(diǎn)高、常溫蒸汽壓低，丁二烯收率高、純度高，以及整個(gè)工藝綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)越。

如今，根據(jù)所采用的萃取溶劑的不同，丁二烯抽提生產(chǎn)工藝主要分為3種：NMP法、DMF法和ACN法。與NMP法和DMF法相比，ACN法具有一定的優(yōu)勢，但乙腈溶劑毒性較大，隨著人們的環(huán)保意識(shí)日益加強(qiáng)，該工藝逐漸被淘汰。而NMP工藝由于其諸多的技術(shù)優(yōu)勢，文中對NMP法和DMF法2種工藝進(jìn)行對比，闡述了NMP工藝的綜合優(yōu)勢。

一. NMP法丁二烯抽提工藝比較

N一甲基毗咯烷酮（NMP）是一種性能優(yōu)良的高沸點(diǎn)溶劑，具有強(qiáng)極性、惰性、低粘度、溶解能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、無腐蝕、揮發(fā)性低等特點(diǎn)，目前已在許多工藝路線中取代了其它溶劑。其生產(chǎn)工藝可以采用y一丁內(nèi)醋與甲胺縮合路線，它是目前可靠而成熟的工藝生產(chǎn)路線。各個(gè)廠家大致相同.NMP目前主要用于回收丁二烯。高溫裂解制取乙烯副產(chǎn)品餾分中含有較多的烯烴。而NMF法不但毒性小、無腐蝕、萃取效率高，而且省卻了抽余液加氫脫炔烴工藝，可節(jié)能一半。用NMP從含有環(huán)戊二烯的裂解餾分粗品回收異戊二烯純度可達(dá)到99%r。世界采用NMP法回收異戊二烯已占總生產(chǎn)能力的10%。NMP法丁二烯抽提 工藝從反應(yīng)壓力可分為高壓法工藝、中低壓工藝等。

1.1 高壓法工藝

這一技術(shù)的發(fā)展最早。其工藝分鍋式法和管式法2種，除反應(yīng)器不同之外，其他的過程基本相同。在丁二烯高壓法聚合反應(yīng)屬于自由基聚合反應(yīng)，反應(yīng)過程包括鏈出發(fā)，鏈增長，鏈終止和鏈轉(zhuǎn)移。低密度聚丁二烯工業(yè)生產(chǎn)中通常采用高壓氣相聚合法，該法生產(chǎn)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稱為高壓聚丁二烯的歷史。它以純度達(dá)到99.95%的丁二烯為原料，采用微氧，偶氮化合物有機(jī)或無機(jī)過氧化物，使引發(fā)劑，進(jìn)行自由基加成聚合氣相高的壓力下。當(dāng)反應(yīng)壓力為100 ～ 350MPa，聚合溫度150 ～ 30℃。由于其反應(yīng)溫度高，易發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移，因此產(chǎn)品支鏈多曲線的大分子。聚合度主要由反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度、引發(fā)劑用等因素影響的量，分子量調(diào)節(jié)器。在釜式法工藝的材料是近似在整個(gè)交流，壓力溫度相同時(shí)，產(chǎn)物的分子量分布窄，支鏈的鏈許多，因此產(chǎn)品的沖擊強(qiáng)度很高；在管式法工藝反應(yīng)物料近似于柱塞類，溫度壓力梯度大，產(chǎn)物的分子量分布寬，支鏈少，更適合生產(chǎn)膜類。

1.2 中低壓工藝

該工藝主要有漿（懸浮法），溶液法，氣相法3種。漿工藝的工業(yè)化時(shí)間早，技術(shù)成熟，產(chǎn)品質(zhì)量好，丁二烯的轉(zhuǎn)化率超過90%。分為攪拌式反應(yīng)器和管式反應(yīng)器2種工藝，根據(jù)反應(yīng)器形式。歐洲和日本廣泛使用的攪拌釜式淤漿聚合工藝的代表；管反應(yīng)器淤漿聚合工藝，代表公司為美國飛利浦。溶液法可能產(chǎn)生的熔融指數(shù)為0115 ～ 150g/10分鐘每種產(chǎn)品，本產(chǎn)品質(zhì)量好，膠體灰份低，產(chǎn)品的密度范圍為0191 ～ 0.96g/cm3.solution聚合時(shí)，單體和生產(chǎn)聚合物溶解在惰性溶劑，聚合溫度和壓力高。

1.3 兩種工藝的比較

高壓法需要專門的技術(shù)和設(shè)備，工作壓力高（150 ～ 400MPa級），投資大，雖然近年來低密度聚丁二烯LLDPE LDPE的市場沖擊，但其采光質(zhì)量，靈活性和易性好，仍有一定的競爭力，其處理技術(shù)仍在發(fā)展。所有的使用溶劑的淤漿法、溶液法，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)效率受到限制。在淤漿聚合一些低密度聚合物的溶解度大的溶劑溶解時(shí)，后張使反應(yīng)體系的粘度增加，造成操作困難，溶液法生產(chǎn)的高分子量產(chǎn)品溶液的粘度的增加，攪拌困難，限制了生產(chǎn)力的提高。由于氣相流化床工藝不在粘度限制溶液法和淤漿法工藝的溶解度極限，投資和運(yùn)行成本低，原材料和宣傳項(xiàng)目耗能低，產(chǎn)品范圍廣，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展迅速，目前新建裝置約70%使用氣相法工藝。這是PE工藝的發(fā)展方向。流化床工藝可以生產(chǎn)HDPE、LLDPE，特別是LLDPE成了短支鏈主鏈的植物，從一棵樹邊，結(jié)晶度高于LDPE，HDPE和LDPE性能具有空間頻帶之間填充LLDPE與LDPE相比，具有突出的抗穿透性，抗沖擊和抗拉伸性能，可廣泛應(yīng)用于薄膜，如包裝，李寧膜農(nóng)用膜。此外LLDPE高于LDPE的抗剝離強(qiáng)度，可在域等壓縮成型和油管，因此LLDPE在過去的20年里，消費(fèi)量持續(xù)增長。氣相流化床工藝可生產(chǎn)熔融流動(dòng)指數(shù)范圍非常寬的產(chǎn)品，從70年代初開始迅速成為聚丁二烯主導(dǎo)工藝。

二. DMF 法及其與NMP法的區(qū)別

DMF 法又稱 GPB 法， 目前是生產(chǎn)丁二烯的各種方法中產(chǎn)量較高的 1 種。DMF 工藝中， 萃取系統(tǒng)的每個(gè)塔都設(shè)置了再沸器， 并且部分再沸器有在線備用， 數(shù)量較多。NMP 工藝在生產(chǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生影響產(chǎn)品質(zhì)量的胺類雜質(zhì)， 在生產(chǎn)運(yùn)行期間具有較大的節(jié)能優(yōu)勢。NMP 的選擇性、溶解度、閃點(diǎn)、空氣中爆炸范圍、等性能均優(yōu)于 DMF。但 NMP 的粘度大于 DMF。由于萃取蒸餾塔的板效率和物料的粘度成反比， 所以 DMF 的塔板效率要優(yōu)于 NMP。NMP 法的廢水、廢氣和廢渣量較DMF 法低很多。DMF 職業(yè)性接觸毒物危害程度為Ⅲ級 ， 在水存在下會(huì)分解， 且含 DMF 的廢水不易被生物降解。DMF 對人體的毒性是累積性的， 無法從體內(nèi)排出， 而且裝置的允許泄漏點(diǎn)較多， 因此DMF 對裝置員工的健康危害較大。含 DMF 的廢水也會(huì)危害周圍環(huán)境， DMF 落到水泥地面后極難清除， 而且 DMF 法每次排放焦油都會(huì)對周圍空氣產(chǎn)生較大污染。NMP 基本無毒， 用水很容易沖洗干凈。熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性極好， 即使發(fā)生微量水解， 其產(chǎn)物也無腐蝕性。廢水中含有微量 NMP， 也易于生物降解， 有益于環(huán)境保護(hù)和人身健康， 具有環(huán)保優(yōu)勢。

三. 結(jié)語

盡管 NMP 工藝存在一定的不足， 但綜合來看， 該工藝還是優(yōu)于DMF 工藝， 尤其在裝置的能耗、溶劑的性能、防聚合和環(huán)保等方面具有明顯的優(yōu)勢。在今后新建丁二烯抽提裝置的技術(shù)選擇方面， NMP 工藝越來越為人們所接受。

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篇5

一、石油化工廢水的重要特征

石油化工產(chǎn)業(yè)在進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，產(chǎn)生與排除的廢水量十分巨大，從其所含有的成分來看，存在著原油脫鹽水、洗滌水、冷凝水、油罐的脫水、機(jī)泵的冷卻水與鍋爐的排污水等等，其產(chǎn)生的廢水量與污染物質(zhì)是隨著煉廠的類型及加工工藝等方式而存在一定的差別。一般的煉油廠殘?jiān)鼜U水主要來自常減壓、催化生產(chǎn)的初常頂油和催化汽油、催化柴油等油品用堿液進(jìn)行堿洗后的廢液，而所洗的產(chǎn)品不同，殘?jiān)男再|(zhì)也存在著一定的差異，對殘?jiān)奈镔|(zhì)分析，我們發(fā)現(xiàn)，其仍然存在著一些有用的物質(zhì)，我們必須采取有效的回收對策，實(shí)現(xiàn)資源的利用最大化，剩下的物質(zhì)無法被利用，作為殘?jiān)欧牛瑢@部分物質(zhì)的含油量分析，我們發(fā)現(xiàn)，一般情況下，其COD值都特別高，可高達(dá)數(shù)十萬，COD及硫化物、酚等污染物的排放量占煉油廠或石油化工污染物排放量的20~30%，除此之外，還含有一定部分的酚和環(huán)烷酸，對這部分物質(zhì)必須采取有效對策進(jìn)行處理，否則將會(huì)對整個(gè)系統(tǒng)造成一定的污染，將會(huì)對整個(gè)企業(yè)造成嚴(yán)重的沖擊，影響無處處理系統(tǒng)的功能發(fā)揮，所以，加強(qiáng)對殘?jiān)鼜U水的處理是十分必要的。

二、處理殘?jiān)鼜U水的有效對策分析

從我國當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)水平來看，對殘?jiān)鼜U水的處理工藝水平相對較高，以硫酸酸化法、焚燒法、稀釋處理發(fā)、濕式氧化法、利用催化裂化再生煙氣中和高級氧化組合工藝處理堿渣法為主，下面就對這幾種工藝進(jìn)行詳細(xì)的分析

1.傳統(tǒng)的硫酸酸化法

這是較為傳統(tǒng)的對殘?jiān)鼜U水處理的工藝，首先其程序是進(jìn)行沉降除油、然后用硫酸酸化，最后進(jìn)行分離。其原理對廢水的酸堿值進(jìn)行調(diào)節(jié)，除去大部分的油，但是其除去污染物的能力十分有限，經(jīng)過這一處理工藝的污染物對環(huán)境的污染仍然十分嚴(yán)重，導(dǎo)致后續(xù)處理存在著一定的難度，而且存在著一定的安全隱患。

2.成本費(fèi)用較高的樊燒法

這一方法的原理是利用瓦斯砌體或者是燃料油將經(jīng)過蒸發(fā)處理后的殘?jiān)鼜U水在樊燒爐中經(jīng)過高溫樊燒，利用高溫氧化除去所含的污染物。但是對樊燒的物質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)分析后，我們發(fā)現(xiàn)，其會(huì)產(chǎn)生大量的SO2等有毒氣體，會(huì)對周邊的環(huán)境造成一定的影響，而且由于需要采用燃料油或者是瓦斯氣助燃，所以其成本相對較高。

3.對污染物進(jìn)行稀釋

這一方法的原理相對較為簡單，就是降低污染物的濃度，用水進(jìn)行稀釋，使其達(dá)標(biāo)。但是從實(shí)際情況來看，殘?jiān)鼜U水中污染物的濃度相對較高，與預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)相差十分巨大，要想達(dá)到目標(biāo)，就需要擴(kuò)大污水處理廠的規(guī)模數(shù)倍，成本相當(dāng)高，而且會(huì)造成土地資源的浪費(fèi)。

4.濕式氧化和間歇式活性污泥處理法

這一方法最早出現(xiàn)在遼寧撫順，相對而言，其處理效果十分理想，但是其對操作的環(huán)境要求十分要個(gè)，必須在高溫高壓的環(huán)境中方能進(jìn)行。其由緩和濕式空氣氧化脫臭（WAO）和間歇式活性污泥生物處理（SBR）兩個(gè)單元構(gòu)成。在WAO單元，殘?jiān)鼜U水中的無機(jī)物及有機(jī)物經(jīng)過氧化作用合成硫代硫酸鹽、亞硫酸鹽和磷酸鹽，實(shí)現(xiàn)脫臭的目標(biāo)，同時(shí)可以減少在后續(xù)的酸化中可能出現(xiàn)的用酸量。進(jìn)入到SBR單元，經(jīng)過氧化脫臭后的廢堿液在SBR反應(yīng)池完成生物降解和固相微生物與廢水的固液分離過程，出水COD500mg/L，達(dá)到二級生物處理系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)的控制指標(biāo)，滿足污水處理的要求。

5.利用化學(xué)原理處理殘?jiān)鼜U水

現(xiàn)在應(yīng)用較為普遍的還有利用催化裂化再生煙氣中與高級氧化組合工藝對殘?jiān)鼜U水進(jìn)行處理，其原理是將汽油精制產(chǎn)生的堿液或堿渣和液化氣精制產(chǎn)生的堿液或堿渣進(jìn)行調(diào)和，在調(diào)和后的廢堿液或堿渣中通入催化裂化再生煙氣進(jìn)行中和反應(yīng)，達(dá)到降低PH值的目的，流化催化裂化裝置再生煙氣中主要包括酸性氣體CO2、SO2及NOx，且該酸性氣體將廢堿液或堿渣中的NaOH、酚鈉、環(huán)烷酸鈉、硫化鈉進(jìn)行中和反應(yīng)轉(zhuǎn)化為碳酸鈉及酚、環(huán)烷酸、硫化氫；便于實(shí)現(xiàn)殘?jiān)鼜U水中的油和酚、環(huán)烷酸的處理。具體的處理步驟包括進(jìn)行多級沉降、高級氧化、絮凝、壓濾工藝等等；進(jìn)一步提取粗酚、環(huán)烷酸等；將處理后的水有管理地排放到現(xiàn)有的污水處理廠進(jìn)行綜合處理。

三、各項(xiàng)工藝的優(yōu)劣對比

經(jīng)過對以上的各項(xiàng)工藝分析對比我們發(fā)現(xiàn)，各種工藝都存在著一定的處理能力，但是相較而言，硫酸酸化法相對較差，在應(yīng)用中存在著一定的安全隱患；樊燒法盡管效果十分理想，但是其成本過高，而且會(huì)造成周邊環(huán)境的壓力；稀釋處理對策相對實(shí)現(xiàn)的可能性不大，而且對后續(xù)污水的處理仍然存在著很大的壓力。而濕式氧化和間歇式活性污泥生物處理法經(jīng)過實(shí)踐分析，我們發(fā)現(xiàn)其成本性對較低，但是對施工環(huán)境的要求較高，但是處理的效果十分理想，脫硫率可以高達(dá)99.9%，COD脫除率：98%；而采用催化裂化的處理成本也相對較低，處理的效果也非常好，值得推廣。

經(jīng)過一系列分析，我們對上述的生產(chǎn)工藝都有了新的認(rèn)識(shí)，經(jīng)過分析研究，我們發(fā)現(xiàn)濕式氧化和間歇式活性污泥生物處理法與催化裂化再生煙氣處理法這兩種技術(shù)比較具有實(shí)用性，從效果上來看二者沒有明顯的區(qū)別，但是從實(shí)際操作的難度上分析，我們發(fā)現(xiàn)催化裂化的方式更加使用，具有一定的技術(shù)優(yōu)勢，具有一定的推廣價(jià)值。

四、結(jié)束語

殘?jiān)鼜U水是石油化工企業(yè)發(fā)展的附屬品，其嚴(yán)重影響企業(yè)的發(fā)展與產(chǎn)品的生產(chǎn)，為了倡導(dǎo)綠色環(huán)保的理念，我們必須采取必要的措施，加強(qiáng)管理，不斷地應(yīng)用心得技術(shù)來提高處理能力，降低成本，增強(qiáng)石油化工行業(yè)對殘?jiān)鼜U水的處理能力，大力推廣新工藝。實(shí)現(xiàn)綠色化工。

參考文獻(xiàn)

篇6

【摘要】針對目前煉焦工藝學(xué)課程教學(xué)過程中的問題，對如何上好煉焦工藝學(xué)進(jìn)行簡單的討論，提出多媒體教學(xué)、典型工藝教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和畢業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)等多種教學(xué)手段相結(jié)合的方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自主性，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，為學(xué)生進(jìn)一步深造或工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 煉焦工藝學(xué)；教學(xué)研究；典型煉焦工藝

煉焦工藝學(xué)是煤化工專業(yè)必修的一門專業(yè)課程，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和綜合性，在日常教學(xué)過程中，由于其內(nèi)容覆蓋面廣，牽涉專業(yè)知識(shí)較深，學(xué)生普遍感覺學(xué)習(xí)時(shí)有一定的難度，課程內(nèi)容枯燥，學(xué)習(xí)完課程過后印象不深，很難抓住重點(diǎn)難點(diǎn)。針對上述問題，教師應(yīng)該根據(jù)煉焦領(lǐng)域的發(fā)展，調(diào)整教學(xué)方法，使學(xué)生獲得系統(tǒng)化、專業(yè)化的煉焦知識(shí)，能利用所學(xué)的知識(shí)解釋專業(yè)現(xiàn)象，具有解決生產(chǎn)問題的能力。下面就如何上好煉焦工藝學(xué)進(jìn)行簡單的討論。

1合理設(shè)計(jì)課程內(nèi)容

要教好一門課程首先教師就要合理設(shè)計(jì)課程內(nèi)容，明確課程培養(yǎng)目標(biāo)。煉焦工藝學(xué)課程主要向?qū)W生傳授煤化工產(chǎn)品生產(chǎn)、科研、設(shè)計(jì)所需的基本理論和知識(shí)。課程內(nèi)容應(yīng)根據(jù)國內(nèi)外煉焦與化產(chǎn)回收工業(yè)的最新發(fā)展，結(jié)合當(dāng)前社會(huì)重大需求和所面臨的問題，對課程內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，刪減陳舊過時(shí)內(nèi)容，尤其對課本中的一些低效老式焦?fàn)t煉焦工藝等知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生感覺內(nèi)容枯燥乏味，這就要求教師上課時(shí)發(fā)揮自己的能動(dòng)性，將一些新型煉焦技術(shù)引入到課堂教學(xué)當(dāng)中。

同時(shí)，教師還應(yīng)明確教學(xué)重點(diǎn)如煉焦基礎(chǔ)理論部分、焦?fàn)t基本原理部分、典型煉焦工藝等，這些知識(shí)點(diǎn)涉及到許多基礎(chǔ)課程如煤化學(xué)、化工工藝學(xué)、化工原理、燃燒工程等課程的內(nèi)容，講授課程內(nèi)容時(shí)，既要說明各章節(jié)內(nèi)容、新老知識(shí)點(diǎn)的相互聯(lián)系，又要避免或減少課程內(nèi)容的重復(fù)。使學(xué)生清楚所學(xué)知識(shí)的來龍去脈，讓學(xué)生明白學(xué)什么、如何學(xué)，合理分配重點(diǎn)講解內(nèi)容和自學(xué)內(nèi)容。授課時(shí)要突出重點(diǎn)，探討煉焦基本問題如煉焦用煤的特點(diǎn)、煤粘結(jié)成焦的機(jī)理、碳化室內(nèi)成層結(jié)焦、煉焦化學(xué)品以及化產(chǎn)回收工藝等；介紹煉焦新技術(shù)及其基本原理、焦?fàn)t加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)等；分析典型煉焦工藝，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力；同時(shí)密切關(guān)注國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展前沿動(dòng)態(tài)，使學(xué)生了解關(guān)于此學(xué)科的前沿進(jìn)展。

2利用多媒體教學(xué)

合理有效地利用多媒體技術(shù)進(jìn)行教學(xué)具有很多優(yōu)點(diǎn)，可以擴(kuò)大課堂講授的信息量，拓寬學(xué)生的專業(yè)視野，使所要傳授的知識(shí)直觀生動(dòng)形象，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)，多媒體還可使課堂教學(xué)更靈活，克服了課本、教師語言、板書、掛圖等傳統(tǒng)教學(xué)方式的局限性。這些優(yōu)勢都有利于提高了教學(xué)的質(zhì)量和效率，例如在教授焦?fàn)t結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容時(shí)，可以先期播放一些大型焦?fàn)t生產(chǎn)的視頻，為學(xué)生提供了直觀具體的感性認(rèn)識(shí)資料，使學(xué)生可以身臨其境的感受到焦?fàn)t的生產(chǎn)過程。由于學(xué)生事先通過視聽等學(xué)習(xí)較為抽象的教學(xué)內(nèi)容，并且能夠直觀地認(rèn)識(shí)到了焦?fàn)t的科學(xué)性和復(fù)雜性，從而能使后期教學(xué)內(nèi)容的效果明顯。多媒體教學(xué)能讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)，對所學(xué)的知識(shí)理解，記憶的更加深刻。過去給講授焦?fàn)t熱工課程時(shí)，只是一味枯燥的講解一些理論知識(shí)如焦?fàn)t熱工效率、物料平衡和熱平衡等等，學(xué)生學(xué)習(xí)后，效果不佳，印象不深，很多同學(xué)過段時(shí)間后就不清楚如何進(jìn)行焦?fàn)t的熱工評定，而現(xiàn)在利用多媒體教學(xué)，可以結(jié)合課本理論內(nèi)容，播放一些焦?fàn)t加熱、煤氣燃燒和熄焦等過程的視頻資料，使學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容認(rèn)識(shí)更加深刻，并且在實(shí)際工作中能夠運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行分析，提高學(xué)生專業(yè)能力。

3典型工藝講解

課堂教學(xué)時(shí)，可以將一些典型煉焦工藝引入課堂，讓學(xué)生了解這些工藝的特點(diǎn)，并且讓學(xué)生對不同工藝進(jìn)行總結(jié)評價(jià)，激發(fā)學(xué)生積極性，主動(dòng)參與課堂討論，參與學(xué)習(xí)，從而不僅能活躍課堂氣氛，提高教學(xué)效果和效率，同時(shí)讓學(xué)生能夠?qū)λ鶎W(xué)的理論靈活應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識(shí)分析、解決實(shí)際問題的能力。例如在講解搗固煉焦工藝時(shí)，先將搗固煉焦的基本原理介紹給學(xué)生，然后讓學(xué)生們列表對比搗固煉焦與其他煉焦工藝的區(qū)別，如比較焦?fàn)t結(jié)構(gòu)、裝煤方式、煉焦煤的質(zhì)量等。同學(xué)們看過對比結(jié)果后，會(huì)進(jìn)行思考，帶著問題來學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)完本節(jié)課程后，鼓勵(lì)學(xué)生相互討論，大膽發(fā)言，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。對于一個(gè)典型工藝的講解分析并不只是局限在某一個(gè)堂課內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)上，而是要貫徹整個(gè)教學(xué)過程中。在講授有關(guān)典型焦?fàn)t結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，同樣可以搗固煉焦工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行探討，讓學(xué)生分析焦?fàn)t應(yīng)該如何設(shè)計(jì)碳化室結(jié)構(gòu)，如何最大限度的提高焦炭產(chǎn)量，又不會(huì)影響推焦操作。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生就能對新型焦?fàn)t的發(fā)展等有較深的理解，掌握分析其它煉焦?fàn)t結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，能夠舉一反三，這種講解方式比教師照本宣科的教學(xué)更能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效地解決課堂中的教與學(xué)，并且最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，以學(xué)生為中心，最終有助于達(dá)到教學(xué)目的。

4利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)工作的重要組成部分，可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察力、動(dòng)手能力和專業(yè)素質(zhì)，使學(xué)生初步學(xué)會(huì)學(xué)科做科學(xué)研究的基本方法，是理論聯(lián)系實(shí)際的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。對于煉焦工藝學(xué)中的很多內(nèi)容，僅僅是靠教師板書，甚至是多媒體也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到教學(xué)效果的，必須要讓學(xué)生親體體驗(yàn)操作，例如學(xué)生學(xué)完了煉焦工藝學(xué)課程過后，熟悉和掌握了煤炭結(jié)焦的基本原理，然而不少學(xué)生卻不知道焦炭反應(yīng)性的測試，這就說明教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的部分的嚴(yán)重缺乏，在煉焦工藝學(xué)教授過程中，在介紹相關(guān)章節(jié)內(nèi)容時(shí)，需安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)部分，并且同時(shí)教會(huì)學(xué)生做科學(xué)研究的基本方法與注意事項(xiàng)，讓學(xué)生明白做實(shí)驗(yàn)前的注意事項(xiàng)，如何去查找實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，如何紀(jì)錄、分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使學(xué)生養(yǎng)成一個(gè)良好的科研習(xí)慣。

5利用畢業(yè)實(shí)習(xí)進(jìn)行教學(xué)

煤化工專業(yè)畢業(yè)實(shí)習(xí)是一次重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對專業(yè)課課堂教學(xué)的一個(gè)完善和補(bǔ)充，通過畢業(yè)實(shí)習(xí)對學(xué)生進(jìn)行專業(yè)知識(shí)的深化，把理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合起來，加深學(xué)生對課堂教學(xué)內(nèi)容的消化、理解和掌握，提高學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用的能力。畢業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)過程中，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)腦、勤思考，不能走馬觀花的看一遍，讓學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，這樣使他們在畢業(yè)實(shí)習(xí)的過程中，能將自己在課堂中所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用的實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，并且引導(dǎo)學(xué)生查找資料解決一些復(fù)雜問題。例如在參觀焦炭的加熱系統(tǒng)時(shí)，要求學(xué)生描述焦?fàn)t加熱系統(tǒng)運(yùn)行，采用何種加熱方式以及這種方式的主要特點(diǎn)等，并要求學(xué)生根據(jù)課本所學(xué)內(nèi)容和實(shí)地學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)焦?fàn)t加熱系統(tǒng)，通過此種辦法畢業(yè)實(shí)習(xí)，可以使學(xué)生不僅思考一些表面現(xiàn)象，還啟發(fā)同學(xué)們思考深層次的問題，能收到很好的實(shí)習(xí)效果，為學(xué)生日后的進(jìn)一步深造或工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

總之，要上好煉焦工藝學(xué)課程，首先教師對課程內(nèi)容進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，然后采用多媒體教學(xué)、典型煉焦工藝教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、畢業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)等多種教學(xué)方法和手段，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、自主性，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，對學(xué)生進(jìn)行專業(yè)技術(shù)能力和科學(xué)方法研究的培養(yǎng)，為學(xué)生日后的進(jìn)一步深造或工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，最終將學(xué)生培養(yǎng)成一名合格的煤化工專業(yè)技術(shù)人員。

參考文獻(xiàn)

篇7

回顧20世紀(jì)的發(fā)展，特別是20世紀(jì)30年代以來，正是烴類經(jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史，主要資源來自于化石資源（煤、石油和天燃?xì)猓S多國家都認(rèn)為化石資源是保證能源和原材料供應(yīng)的基礎(chǔ)。從20年代以來的靠其提供經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，以至于達(dá)到今日的生活水準(zhǔn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，生物基資源所占份額很小，在能源方面低于1%，在原材料方面也不到5%。盡管烴類對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)呈強(qiáng)勁勢頭，但是有限的資源令人擔(dān)憂，而各種化工產(chǎn)品帶來的生態(tài)和環(huán)境問題也日益嚴(yán)重，因此可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為全球共識(shí)，并且已被廣泛接受和推行。

在可持續(xù)發(fā)展的施行中，要使經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保持平衡，經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長、生活健康標(biāo)準(zhǔn)不斷提高、國家安全與穩(wěn)定，保證資源供應(yīng)具有重要的作用。因此，許多國家政府的產(chǎn)業(yè)界都呼吁開發(fā)和利用可再生資源來補(bǔ)充和取代目前過于依賴的非再生并日益減少的化石燃料資源。

早在1996年，美國政府就組織有關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)、學(xué)術(shù)團(tuán)體、產(chǎn)業(yè)界和教育科研部門專家講座可再生資源開發(fā)利用問題，并于1998年后提出題為《2020植物/農(nóng)作物為基礎(chǔ)的可再生資源——通過可再生植物/農(nóng)作物資源利用加強(qiáng)美國經(jīng)濟(jì)安全性的設(shè)想》（以下簡稱“設(shè)想”）。該設(shè)想公開發(fā)表后，美國農(nóng)業(yè)部和能源部支持全國玉米種植者協(xié)會(huì)組織跨產(chǎn)業(yè)部門研究講座設(shè)想的實(shí)施問題。經(jīng)過長時(shí)間講座產(chǎn)業(yè)界、深信界和政府部門對設(shè)想目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)、存在問題和實(shí)施步驟取得共識(shí)，并提出了題為《實(shí)施植物/農(nóng)作物為基礎(chǔ)的可再生資源2020年設(shè)想的技術(shù)指南》（以下簡稱“技術(shù)指南”）。這兩份報(bào)告內(nèi)容詳實(shí)、焦點(diǎn)明確、邏輯性強(qiáng)、實(shí)施步驟清晰，許多觀點(diǎn)和技術(shù)課題及措施具有啟迪性。從該兩份報(bào)告中，不僅可以弄清可再生資源和內(nèi)涵、開發(fā)利用的必要性和可能性，而且對如何開展和促進(jìn)可再生資源的開發(fā)利用提供了實(shí)施途徑。對目前可再生資源開發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)技術(shù)狀況、存在的障礙和誤區(qū)也都作了明確的闡述。雖然兩份報(bào)告都是針對美國情況提出的，但是其科學(xué)性和前瞻性以及許多技術(shù)內(nèi)涵對我們?nèi)圆环梃b參考價(jià)值。

“設(shè)想”是有關(guān)于發(fā)展以植物/農(nóng)作物為基礎(chǔ)的可再生資源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略，是由美國農(nóng)業(yè)、林業(yè)和化學(xué)工業(yè)部門（其中有各類美國公司企業(yè)）、非盈利組織、商貿(mào)協(xié)會(huì)和學(xué)術(shù)部門、各行各業(yè)的專家學(xué)者共63人經(jīng)過講座研究，首先提出對此新興產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的設(shè)想。

1996年12月美國全國玉米種植者協(xié)會(huì)組織戰(zhàn)略設(shè)想研討會(huì)，目的是草擬一個(gè)產(chǎn)業(yè)設(shè)想，使植物/農(nóng)作物為基礎(chǔ)的的可再生物質(zhì)可以作為當(dāng)前慣用的原料的補(bǔ)充來源以滿足人們對化學(xué)品、材料和其他產(chǎn)品不斷增長的需要。

本“設(shè)想”廣泛地規(guī)劃了此產(chǎn)業(yè)如何從目前家庭式的產(chǎn)業(yè)走向全國規(guī)模的核心制造產(chǎn)業(yè)的道路。公開此“設(shè)想”的目的是為了吸引更多讀者關(guān)注，出謀劃策，共同開發(fā)，使其能成為現(xiàn)實(shí)的技術(shù)實(shí)施方案。

對于世界資源能否足夠支持當(dāng)前已經(jīng)發(fā)生的急劇經(jīng)濟(jì)膨脹，社會(huì)上歷來存在兩種不同觀點(diǎn)：一種是悲觀的認(rèn)為，世界資源難以滿足呈指數(shù)的經(jīng)濟(jì)增長。如果現(xiàn)有技術(shù)不能進(jìn)一步發(fā)展，而非再生資源又有限，這種悲觀看法確實(shí)是現(xiàn)實(shí)的評價(jià)；另一方面，當(dāng)前的技術(shù)正在突破，并有無限潛力，因此對未來產(chǎn)生樂觀看法。

歷史教育人們，只有通過協(xié)調(diào)提出明確設(shè)想，才能引導(dǎo)人們?nèi)ソ鉀Q關(guān)于未來發(fā)展的重大問題。

過去一直談如何解決未來25年世界超過100億人口的食品問題。獲得食物只是人類生存的一種需要，其他還有呈指數(shù)增長的對能源、運(yùn)輸、住宅、學(xué)校、機(jī)械以及計(jì)算機(jī)等的需要，而滿足這些需求的資源從何而來是應(yīng)當(dāng)考慮的問題。

鉆探更多、更深的油氣井可以供應(yīng)更多的烴類原料，但是油氣儲(chǔ)量畢竟有限。對現(xiàn)有烴類的有效利用率將會(huì)不斷提高，但是效果不大。納米技術(shù)可能會(huì)促進(jìn)小型化從而節(jié)省材料，但是有些物件不能縮小。問題是資源正在耗盡，何時(shí)耗盡并不重要，重要的是探求一種新的資源模式，使之逐步轉(zhuǎn)化。

“設(shè)想”序言稱，不論適用性技術(shù)應(yīng)用如何，凡將現(xiàn)有資源轉(zhuǎn)化為可再生資源，都是符合可持續(xù)發(fā)展的方向，也適應(yīng)環(huán)境和生態(tài)要求。因此，應(yīng)用植物/農(nóng)作物資源的設(shè)想是樂觀的。

隨著適用性研究和開發(fā)的進(jìn)展，人們可以發(fā)現(xiàn)許多經(jīng)濟(jì)上可行的方案來滿足整個(gè)地球的需求。該"設(shè)想"確定了方向和相應(yīng)的規(guī)劃，采取措施建立利用植物系統(tǒng)中能源和碳源的可再生資源基礎(chǔ)。面臨的挑戰(zhàn)是嚴(yán)重的，但機(jī)遇也是難以衡量的。人類可以適應(yīng)變化，但必須接受所面臨的挑戰(zhàn)。序言中從兩方面進(jìn)一步闡明“設(shè)想”提出的背景：

1、界定植物/農(nóng)作物基資源

植物/農(nóng)作物基(有時(shí)用生物基bio-based)資源是指來自于一定范圍的植物系統(tǒng)，主要是農(nóng)作物、林產(chǎn)品和食品、飼料和纖維工業(yè)加工過程中的副產(chǎn)物。它們可以通過一年生的作物和樹種，多年生植物和短期輪作樹種等途徑在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)再生。石油化學(xué)品原本也是以植物為基礎(chǔ)，其基本分子為烴類。植物/農(nóng)作物基可再生資源當(dāng)前所用的大量基本分子是碳水化合物、木質(zhì)素和植物油。也有一些量少高值的分子是來自二級植物新陳代謝。另一個(gè)主要區(qū)別是烴類及其提取系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)并加工處理其所需要的原料型產(chǎn)品，而植物基可再生資源在某些程度上雖然也被認(rèn)定，但某種植物會(huì)含有某種資源，加工后會(huì)留下什么，尚未完全搞清。

最近生物技術(shù)進(jìn)展可以改變植物成分和酶提取系統(tǒng)，這就為現(xiàn)在需要的化學(xué)產(chǎn)品和新型中間人體及產(chǎn)品制造提供了新的經(jīng)濟(jì)機(jī)遇。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國的森林、耕地、牧場等面積約22.46億英畝(1英畝=0.405公頃，下同)，其中主要農(nóng)作物的種植面積有4.24億英畝，可以生產(chǎn)大量植物/農(nóng)作物基資源。過去50年，這類資源的重點(diǎn)主要是面向食物、飼料和纖維生產(chǎn)。

2、烴類經(jīng)濟(jì)

20世紀(jì)后期，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展很快，生產(chǎn)增長率有很大提高，尤其是各發(fā)達(dá)國家，一些發(fā)展中國家也不斷增長。成功的增長和發(fā)展過程中起主要作用的是烴類經(jīng)濟(jì)。自20年代以來，礦物化石燃料的采取和利用提供了人們當(dāng)前所享受的經(jīng)濟(jì)效益和生活水準(zhǔn)。許多國家都依靠這種資源來滿足能源和原材料的需要。

在過去50年中，大量的研究開發(fā)在能源生產(chǎn)和基礎(chǔ)產(chǎn)品制造方面創(chuàng)造了許多可以大量增值的工藝過程。市場經(jīng)濟(jì)明顯地受人們提高生活水準(zhǔn)的意愿所驅(qū)動(dòng)，以創(chuàng)造各種產(chǎn)品。生物基資源的(主要是用植物基)用量很小。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在能源方面少于1%，在原材料方面亦低于5%。美國1996年玉米、黃豆和小米等生產(chǎn)用作食品和飼料量約為6900億磅(1磅=0.4536公斤，下同)。由此從經(jīng)濟(jì)角度看還不能趕上工業(yè)原料，而以烴類為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)卻繁榮昌盛。

烴類雖然將繼續(xù)起到非常有效的經(jīng)濟(jì)發(fā)展平臺(tái)作用，但是在其未來應(yīng)用中卻有若干問題有待解決。首先是對石油化學(xué)產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境問題日益受到關(guān)注，隨著又產(chǎn)生了許多相關(guān)的問題。化石燃料是一類正在減少的原料資源。應(yīng)用植物/農(nóng)作物基資源作為一種補(bǔ)充，由于它們是可再生的，所以為經(jīng)濟(jì)有序地向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。

通過對能源狀態(tài)的審視就可看到可再生資源作為一種補(bǔ)充的必要性。烴類資源有限，許多專家提出世界可采和探明儲(chǔ)量，如按現(xiàn)在消費(fèi)水平計(jì)算只能提供50-100年，此處的一個(gè)重要假設(shè)是“現(xiàn)在消費(fèi)水平”是保持不變，但是從全世界人口增長和生活水準(zhǔn)變化來考慮，此假設(shè)是不合理的。當(dāng)前世界上按人口平均的能源消費(fèi)水平差距很大，詳見表1，許多發(fā)展中國家都將增加能源消費(fèi)。未來的能源供應(yīng)問題是多方面的，因?yàn)榘l(fā)展中國家人口眾多。例如，中國按人口平均能源消費(fèi)相當(dāng)于美國水平的1/3，其需要增加的能量數(shù)量約相當(dāng)于美國現(xiàn)在全年能源使用總量。

表1當(dāng)前按人口平均能源消費(fèi)水平KWh/人美國法國日本巴西泰國中國

122007500700015001200900

一些有效利用烴類的開發(fā)將有助于需要增長問題的解決，但是對烴類找到補(bǔ)充資源是完全必要的，只有如此才能保持可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)基礎(chǔ)。

新技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用需要時(shí)間。石油化學(xué)工業(yè)本身的發(fā)展就是一個(gè)事例。1920年烴類原材料經(jīng)濟(jì)并不像今天這樣具有吸引力，過了50年，開始適應(yīng)化石燃料狀況的工藝。因此，要使植物/農(nóng)作物基系統(tǒng)達(dá)到同樣現(xiàn)代化水平也需要時(shí)間。

當(dāng)前正是開展大量研究開發(fā)工作、利用各種可再生資源和各種新工藝、并開始在各種可供選擇的途徑中提出選擇標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候。現(xiàn)在進(jìn)行研究并不意味系統(tǒng)要立即改變，但是，烴類經(jīng)濟(jì)的經(jīng)濟(jì)學(xué)未來將出現(xiàn)問題：要支付高額環(huán)境費(fèi)用，或是由于原料缺少而價(jià)格上揚(yáng)。

投資適用性研究可以在未來能源和原材料間進(jìn)行相關(guān)的比較，提供非常需要的選擇。在中期至長期，選擇植物/農(nóng)作物基可再生資源可能是要兼顧環(huán)境方面容許和經(jīng)濟(jì)方面具有吸引力。而在近期，研究和開發(fā)可能只在一些領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行，使植物/農(nóng)作物可再生資源能開始進(jìn)入基本化學(xué)原料市場，從而擴(kuò)大資源基礎(chǔ)，延長有價(jià)值的化石燃料儲(chǔ)備的應(yīng)用壽命。

在上述背景環(huán)境下，通過研究討論，提出了2020年開發(fā)利用植物/農(nóng)作物可再生資源的設(shè)想的目標(biāo)；“設(shè)想”是要通過植物/農(nóng)作物基可再生資源的開發(fā)來提供經(jīng)濟(jì)繼續(xù)發(fā)展、生活的健康標(biāo)準(zhǔn)和強(qiáng)大的國家安全。植物/農(nóng)作物基可再生資源可以改變當(dāng)前對日益減少的非再生資源的依賴。

本“設(shè)想”的內(nèi)涵重點(diǎn)是建立新的觀念，即植物基資源是越來越重要的工業(yè)原料資源。非再生資源可能因經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素逐步被植物基再生資源所取代，“設(shè)想”反對等到危機(jī)發(fā)生時(shí)現(xiàn)開始啟動(dòng)替代。

展望2020年，化石燃料可能仍將占90%，增加植物基可再生資源并不是可有可無的，它對滿足未來的需求非常迫切。當(dāng)然，需要有效地加工和利用這些植物衍生原料。其新途徑的研究從現(xiàn)在就要開始，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展有足夠的時(shí)間，保證解決環(huán)境而進(jìn)行良好的合作。

要取得有成效的進(jìn)展，應(yīng)當(dāng)確定以下的方向性目標(biāo)：

1、2020年化學(xué)基礎(chǔ)產(chǎn)品中至少有10%來自植物的可再生資源原料，到2050年提高到50%。

2、建立植物基(農(nóng)作物，林產(chǎn)，加工業(yè))系統(tǒng)，用有效的轉(zhuǎn)化加工工藝生產(chǎn)可再生原料，為2020年選中的產(chǎn)品提供經(jīng)濟(jì)合理、對環(huán)境瓜敏感的制造平臺(tái)。用此生產(chǎn)鏈來示范一個(gè)綜合的植物/農(nóng)作物基原料系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理性和潛在效益，顯示工業(yè)應(yīng)用機(jī)遇的新領(lǐng)域，為2020年以后國內(nèi)和出口的需求做出貢獻(xiàn)。

3、在工業(yè)投資者、植物商、生產(chǎn)者、學(xué)術(shù)界和各級政府之間建立合作伙伴關(guān)系，開發(fā)從小范圍到大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，重新激活農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，改進(jìn)增值加工和制造鏈的集成，消除食品、飼料和纖維加工業(yè)與基礎(chǔ)材料制造業(yè)之間的差別。

“設(shè)想”中提出，科研與開發(fā)方面要制定有詳細(xì)目的和要求的相應(yīng)計(jì)劃，支持上述方向性目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，從而也可取得投資的優(yōu)勢。

植物/農(nóng)作物基資源利用現(xiàn)狀和前景

一、現(xiàn)狀

烴類提供人類能源和衣著。塑料、油料、油漆、染料、藥品等基礎(chǔ)原料，已經(jīng)成為現(xiàn)代生活的主要依靠。1970-1990年間石油基的塑料增加了4倍，已經(jīng)逐步代替了玻璃、金屬甚至紙張。植物/農(nóng)作物基資源目前尚未有效利用，主要是因?yàn)榭捎眯圆睢①|(zhì)量不高、供應(yīng)不穩(wěn)或是價(jià)格高。要推動(dòng)和提高植物/農(nóng)作物可再生資源應(yīng)用的興趣，需要從以下幾個(gè)方面來分析。

1、實(shí)用性

盡管消費(fèi)總量不高，但是植物基原料當(dāng)前在化學(xué)品方面應(yīng)用面很廣，如用于油漆、粘合劑及劑等。黃豆是植物袖的傳統(tǒng)原料，隨著基因工程進(jìn)展，可以生產(chǎn)滿足特殊劑市場需要的專門油。最近，可用黃豆衍生物制造油墨，在乙醇、山梨醇、纖維素、擰槽酸、天然橡膠、多數(shù)氨基酸以及各種蛋白質(zhì)等化學(xué)品生產(chǎn)中，植物基資源是主要原料，詳見表2。

表2、美國植物基資源用量萬t/a類別用量用途

木材8090紙，紙板，木質(zhì)素纖維復(fù)合材料

工業(yè)淀粉300粘合劑，聚合物，樹脂

植物油100表面活性劑，油墨，油漆，樹脂

天然橡膠100輪胎，家用品

木材提取物90油料，膠

纖維素50紡織纖維，聚合物

木質(zhì)素20粘合劑，丹寧，vanillin

在多數(shù)情況下，應(yīng)用的植物基材料主要是原始狀態(tài)分子。如木質(zhì)素纖維、植物油和橡膠等復(fù)雜分子的應(yīng)用也只有有限的改性。這就與石油化學(xué)工業(yè)構(gòu)成明顯的反差，石油化工則是用化學(xué)方法按需要將烴類裂解成幾種簡單分子，如甲烷、丙烯等。用這些基礎(chǔ)原料進(jìn)行化學(xué)合成，制造所需要的復(fù)雜的分子。

在少數(shù)情況下，植物/農(nóng)作物原料進(jìn)行裂解成為不同的基礎(chǔ)分子，例如高果糖的玉米生產(chǎn)糖漿和玉米淀粉發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇。1996年美國用211億磅(1磅=0.4536公斤，下同)玉米采用新型酶發(fā)酵方法生產(chǎn)9億加侖(1加侖=4.546L,下同)乙醇，從而加工為90億加侖混合汽油。從許多實(shí)例看，植物基原料有一定實(shí)用性，雖還未生產(chǎn)像藥物那樣的高度專業(yè)化的分子，但卻包括了大量生產(chǎn)的中間體及產(chǎn)品。

2、供應(yīng)及質(zhì)量

植物系統(tǒng)地區(qū)分布廣，由于土壤和氣候條件不同，導(dǎo)致供應(yīng)和質(zhì)量的差異。森林和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)縮小了天然野生植物的供應(yīng)差異。

生物質(zhì)的總產(chǎn)量雖然很大，但是由于沒有經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)化技術(shù)而使其應(yīng)用受限制。一些新進(jìn)展如快速裂解提供了從中獲得低分子量產(chǎn)品的機(jī)會(huì)，如果能在分離技術(shù)上進(jìn)一步創(chuàng)新，就可以推動(dòng)此應(yīng)用。生物質(zhì)資源可以來自快速增長木材、田邊作物以及其他專門培植的植物物種。另一潛在的生物質(zhì)資源是當(dāng)前為食用和飼料種植的農(nóng)作物，如玉米、黃豆、小麥和高梁等。一般情況下這些作物只應(yīng)用其產(chǎn)量的一半。此4種作物估計(jì)每英畝(1英畝=0.405公頃,下同)約有2600磅(以干物質(zhì)計(jì),下同)遺留在田地中，總計(jì)約有5200億磅。一部分留在耕地以改良土壤結(jié)構(gòu)，但大部分運(yùn)出去，作為原料應(yīng)用。因此要求有適當(dāng)?shù)摹⒊杀镜偷膬?chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和加工技術(shù)。

供應(yīng)方面的主要問題是對原始生產(chǎn)的管理。當(dāng)前，樹木可作木材和紙漿，種植農(nóng)作物只是為食品、飼料和纖維加工，沒有在綜合利用上進(jìn)行優(yōu)化。對植物/農(nóng)作物投入的成本評價(jià)基礎(chǔ)是未經(jīng)優(yōu)化的植物生產(chǎn)系統(tǒng)，因此經(jīng)濟(jì)性不佳。一些邊際土地的利用可以擴(kuò)大植物基可再生資源原料基地。但是從經(jīng)濟(jì)上比較，其很難達(dá)到經(jīng)濟(jì)可行目標(biāo)。在估算其經(jīng)濟(jì)回報(bào)時(shí)，要考慮化肥、農(nóng)藥等化學(xué)品的使用費(fèi)用。要增加可再生資源來源，除了要提高邊際土地利用率外，主要應(yīng)是如何對良田建立優(yōu)化種植生產(chǎn)系統(tǒng)。

當(dāng)前低投入、低產(chǎn)出的植物生產(chǎn)對農(nóng)民難以盈利，并不利于農(nóng)村發(fā)展，也不能為加工業(yè)提供低價(jià)原料。但是在產(chǎn)出方面，數(shù)量和質(zhì)量相差甚大，從此系統(tǒng)得到的產(chǎn)品必然價(jià)格較高，嚴(yán)重地限制了經(jīng)濟(jì)上的可行性。而且，由于低產(chǎn)出生產(chǎn)就需要更多的土地，其對環(huán)境的單位影響常常大于更為強(qiáng)化、密集的系統(tǒng)。因此要優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)，同時(shí)改善邊際土地的利用。此外利用生產(chǎn)率高的土地作為植物/農(nóng)作物可再生資源的原料基地，這也有利于解決數(shù)量和質(zhì)量上的波動(dòng)變化。

農(nóng)村根據(jù)市場需求規(guī)劃種植計(jì)劃，如根據(jù)乙醇市場還是植物油供需情況，做出種玉米還是種黃豆的選擇，其次則要進(jìn)行第2輪對品種的選擇，作乙醇則要種高淀粉含量的玉米品種，如要種飼料，則種含高油量玉米更佳。這些選擇都對產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)效益有很大影響。面對“設(shè)想”需要擴(kuò)大食品或飼料、飼料或原料、油料或淀粉、纖維或糖、藥品或聚合物等等選擇范圍。要根據(jù)供應(yīng)或需求來決策，就需要進(jìn)一步仔細(xì)研究有關(guān)課題。

3、植物/農(nóng)作物基原料成本

利用植物/農(nóng)作物基可再生資源主要是成本問題，它與烴類相比是不經(jīng)濟(jì)的。工業(yè)生產(chǎn)要求大量的便宜原料。植物原料價(jià)格便宜，如果能開發(fā)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)將極具競爭能力。利用植物/農(nóng)作物基原料生產(chǎn)化學(xué)品的成本比較，詳見表3。

表3、植物/農(nóng)作物基化學(xué)品生產(chǎn)成本類別生產(chǎn)量萬噸通常方法美元/1b植物衍生美元/1b植物衍生占總產(chǎn)量%

糠醛300.750.7897.0

粘合劑5001.651.4040.0

脂肪酸2500.460.3340.0

表面活性劑3500.450.4535.0

醋酸2300.330.3517.5

增塑劑801.502.5015.0

炭黑1500.500.4512.0

洗滌劑12601.101.7511.0

顏料15502.005.806.0

染料45012.0021.006.0

墻涂料7800.501.203.5

油墨3502.002.503.5

專用涂料2400.801.752.0

塑料30000.502.001.8

實(shí)際上,在制造業(yè)中選用不同的化學(xué)加工工藝對其成本影響很大。

植物/農(nóng)作物基可再生資源不是一種替代性資源,而是為工業(yè)原料提供的補(bǔ)充資源。成本問題并非只限于原料,而且與加工過程有關(guān)，因此要進(jìn)一步開發(fā)新的化學(xué)和生物加工工藝，才能擴(kuò)大植物基可再生資源應(yīng)用范圍，使之成為經(jīng)濟(jì)可行系統(tǒng)。

二、前景

由于植物/農(nóng)作物基可再生資源的來源不同，每種來源的原料又可以利用不同的加工工藝，構(gòu)成了一種多維的發(fā)展前景。本“設(shè)想”運(yùn)用矩陣分析方法進(jìn)行探討。不同投人的植物原料，可以運(yùn)用不同的加工系統(tǒng)，并取得各種不同的開發(fā)效果。

1、廢料和副產(chǎn)物利用

從當(dāng)前看，利用機(jī)會(huì)多，但需要有新的加工技術(shù)才能使其成為更重要的資源。

(1)現(xiàn)代化學(xué)

森林工業(yè)已經(jīng)將副產(chǎn)物利用發(fā)展成為一個(gè)較大的行業(yè)，如紙漿副產(chǎn)液轉(zhuǎn)化為磺酸木質(zhì)素表面活性劑CH3SOCH3以及用樹皮制丹寧。農(nóng)作物的磨榨工業(yè)開發(fā)了許多應(yīng)用副產(chǎn)物進(jìn)行加工的工藝，如從燕麥制糠醒、淀粉粘合劑、專用棉籽油、從濕磨料生產(chǎn)擰蒙酸鹽和氨基酸等。但是，許多食品加工業(yè)，如蔬菜和水果卻沒有開發(fā)相應(yīng)的副產(chǎn)利用加工工藝，經(jīng)常將副產(chǎn)淀粉和糖排放入周圍環(huán)境。副產(chǎn)物的利用具有許多發(fā)展機(jī)遇，提取及銷售其所含的有效成分是降低主產(chǎn)物成本的手段，而且從戰(zhàn)略上看是擴(kuò)大利用植物基資源。

(2)改進(jìn)化學(xué)

木本植物和有些農(nóng)作物加工中有較高的木質(zhì)纖維素含量和一些碳水化合物，如烴類工業(yè)一樣，可以將復(fù)雜分子轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小分子技術(shù)。便宜的植物衍生發(fā)酵制糖的開發(fā)已在進(jìn)行。用金屬有機(jī)物化學(xué)將碳水化合物轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋祷瘜W(xué)品是擴(kuò)大利用植物基原料的又一技術(shù)途徑。改進(jìn)化學(xué)方法具有潛力，可以使植物衍生的廢料加工利用提高經(jīng)濟(jì)回報(bào)率。

(3)生物加工

在比較復(fù)雜的料漿中用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)某種分子，再將其分離出來成為需要的產(chǎn)物。生物轉(zhuǎn)化是應(yīng)用微生物、細(xì)胞或不含細(xì)胞的酶系統(tǒng)的一步法工藝，它提供了改進(jìn)廢物料和副產(chǎn)物利用機(jī)會(huì)，隨著分離技術(shù)的提高，生物加工工藝可以獲得更為廣泛的應(yīng)用。

(4)新分子

在此方面似乎不太重要，從廢料中生產(chǎn)新分子不是一條最佳途徑。

2、現(xiàn)有農(nóng)作物

從近期看擴(kuò)大應(yīng)用具有最佳機(jī)會(huì)。

(1)現(xiàn)代化學(xué)

從化學(xué)工業(yè)整體看，并沒有|認(rèn)為植物衍生材料具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但是具體|問題要具體分析。石油化工利用烴類而不用碳水化合物和其他生物基分子。

(2)改進(jìn)化學(xué)

如果植物衍生原料是結(jié)構(gòu)型的生物質(zhì)，含有木質(zhì)素和纖維素等成分，其具有一定優(yōu)勢。一些新技術(shù)，如綜合燃燒或金屬有機(jī)化學(xué)等都能提供更好地利用此類資源的機(jī)會(huì)。除林產(chǎn)資源外，約有5200億磅的生物質(zhì)資源目前尚未加以利用。改變加工工藝路線可以提高利用現(xiàn)有資源的效益。新的工藝開發(fā)可以提供利用糖和淀粉的機(jī)會(huì)。植物淀粉有不同來源，如水稻、土豆、玉米和小麥，它們的性質(zhì)、用途都不同，因此需要改進(jìn)其化學(xué)方法，發(fā)揮其潛能。新化學(xué)工藝與生物加工及先進(jìn)的分離技術(shù)綜合起來可產(chǎn)生很大效益。

(3)生物加工工藝

植物作為生物加工原料量大而多樣，從結(jié)構(gòu)型生物質(zhì)到一些專門的植物組分，在生物加工方面潛在優(yōu)勢很大：用酶轉(zhuǎn)換玉米衍生的葡萄糖生產(chǎn)高果糖的玉米糖漿。最近從玉米葡萄糖經(jīng)過發(fā)酵制琥珀酸也取得成功。琥珀酸鹽可以用作制一些化學(xué)產(chǎn)品如丁二醇、四氫呋喃，這些中間體又可進(jìn)一步加工制成許多種產(chǎn)品。當(dāng)前，用10億磅這種原料可得到價(jià)值13億美元產(chǎn)品，現(xiàn)在正在中試。多種學(xué)科進(jìn)行合作就可取得良好的效果，這是短期內(nèi)取得成效的一種良好運(yùn)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專用酶，可產(chǎn)生新分子。此工作目前只在很小的市場中進(jìn)行。當(dāng)市場對具有特殊性能的新產(chǎn)品需求增加，投入產(chǎn)出可能會(huì)促使其發(fā)展，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的綜合研究要沿著產(chǎn)品開發(fā)鏈進(jìn)行，從界定所需要的產(chǎn)品——需要的特性——分子結(jié)構(gòu)——中間體——酶技術(shù)——蛋白質(zhì)/基因工程——投入植物的最佳原料——生產(chǎn)優(yōu)化等。

3、新鮮農(nóng)作物

此項(xiàng)作為中期發(fā)展機(jī)遇。

(l)現(xiàn)代化學(xué)

因?yàn)榛瘜W(xué)工業(yè)一般不認(rèn)為農(nóng)作物的利用能獲得較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此新鮮農(nóng)作物并無吸引力。過去曾認(rèn)為可以降低成本，但是實(shí)際上的技術(shù)限制否定了其經(jīng)濟(jì)性。

(2)改進(jìn)化學(xué)

從投入產(chǎn)出看，存在類似問題，如果改進(jìn)的化學(xué)工藝需要專門的農(nóng)作物，-新鮮農(nóng)作物可能會(huì)有優(yōu)勢。另一優(yōu)勢是在物流方面。按照改進(jìn)工藝實(shí)施和運(yùn)作規(guī)模，所需原料只能就近供應(yīng)新鮮農(nóng)作物。因此改進(jìn)工藝應(yīng)當(dāng)與供應(yīng)系統(tǒng)平行進(jìn)行才能互相支持共同發(fā)展。植物作為原料補(bǔ)充資源時(shí)，困難在于許多烴類加工裝置不位于農(nóng)作物和森林種植地區(qū)，而植物基原料運(yùn)輸費(fèi)用很高。

(3)生物加工工藝

與改性化學(xué)類似,區(qū)別在于如何將原料加工成中間體和最終產(chǎn)品。在技術(shù)上要考慮農(nóng)作物品種的適用性，一種生物工藝可以對多種品種進(jìn)行加工。優(yōu)化工藝是影響運(yùn)作經(jīng)濟(jì)很重要的因素。

4、改性基因類植物

這是中長期發(fā)展機(jī)遇，其可提供的成效目前尚難以想像，今后是否出現(xiàn)碳水化合物經(jīng)濟(jì)，或是其他經(jīng)濟(jì)，這要看建立在生物工程基礎(chǔ)上的新工業(yè)平臺(tái)所能發(fā)揮的作用。

(1)現(xiàn)代化學(xué)

基因改性植物基原料可能成為現(xiàn)有的烴類加工系統(tǒng)原料。但是，改性植物分子在烴類系統(tǒng)中降解所花代價(jià)太高。因此投入技術(shù)要能跨越加工技術(shù)，或者是較復(fù)雜的分子能直接得到并進(jìn)入制造鏈，再有是新工藝路線能高效地應(yīng)用此改性原料。當(dāng)然這些變革都要從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境兩方面來評價(jià)其效益。

(2)改性化學(xué)

對優(yōu)化植物/農(nóng)作物基原料投入和加工有好處，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行此方面研究。至于何時(shí)見效則要根據(jù)基因技術(shù)進(jìn)展及其達(dá)到工業(yè)化時(shí)間來確定。

(3)生物加工工藝

微生物或酶進(jìn)行基因改變達(dá)到強(qiáng)化工藝過程目的。生物工程具有長期潛力，在原料投入和生物技術(shù)本身之間創(chuàng)優(yōu)，有時(shí)所需要的可作基礎(chǔ)原料的分子可以部分在植物原料內(nèi)進(jìn)行合成，用生物轉(zhuǎn)化或高度專門化的生物/化學(xué)工藝進(jìn)行分離。為了繼續(xù)應(yīng)用化石燃料生產(chǎn)專門產(chǎn)品，需要進(jìn)行研究開發(fā)，使有限資源能取得最大的價(jià)值。

(4)新分子

過去20年中，塑料已成為最大的工業(yè)部門，在日常生活中代替了玻璃、陶瓷、木材和金屬。市場將會(huì)根據(jù)消費(fèi)者的意愿和需求發(fā)生變化。材料科學(xué)將繼續(xù)發(fā)展，市場銷售者將繼續(xù)設(shè)計(jì)新的消費(fèi)品，塑料的未來變化難以預(yù)料。能作為新工業(yè)發(fā)展平臺(tái)基礎(chǔ)的新分子將會(huì)很多，物理與化學(xué)科學(xué)與生物工程材料結(jié)合將產(chǎn)生新的領(lǐng)域。植物基可再生資源將是未來的主要資源。新陳代謝工程是將豐富資源制造成所需基礎(chǔ)原料的渠道，支持社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施。開發(fā)和拓寬其可能性，需要先進(jìn)的技術(shù)，這將是未來新領(lǐng)域。

生物技術(shù)的潛在影響及實(shí)施“設(shè)想”的工作途徑

生物技術(shù)的潛在影響

對一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行評價(jià)，可以從如下幾個(gè)方面來分析：近來變化的速度和引入的速度、量度及其帶來利益的水平及公共公司投資、評價(jià)專利活動(dòng)和有關(guān)協(xié)會(huì)的活動(dòng)、觀察開發(fā)進(jìn)程、審視所取得的成功進(jìn)展。

90年代初期，許多人對生物技術(shù)將對農(nóng)作物帶來很大變化是持懷疑態(tài)度的。到1996年，轉(zhuǎn)基因作物在產(chǎn)業(yè)化方面取得成功，明確地澄清了這個(gè)問題。這些早期的成效是關(guān)于新的作物保護(hù)途徑，對保護(hù)植物生產(chǎn)免受病蟲害起了重要作用，對進(jìn)一步了解和掌握如何改進(jìn)植物組分也很重要。

由于管理方面的需要，轉(zhuǎn)基因大田試驗(yàn)記錄由美國動(dòng)物和植物健康監(jiān)測服務(wù)中心保存。從記錄中可以看到一些行之有效的轉(zhuǎn)基因改變植物組分的工作正在進(jìn)行之中，試驗(yàn)范圍也在不斷擴(kuò)大，一些主要的公司如杜邦、孟山都和PioneerHi-Bred等都在進(jìn)行。

為了改變植物組分以提高營養(yǎng)價(jià)值，改善加工性能，或是為了某些工業(yè)和制藥的應(yīng)用，一些轉(zhuǎn)基因改性品種已經(jīng)進(jìn)行了評價(jià)，包括碳水化合物的變革、油和脂肪酸改性、提高氨基酸水平、蛋白質(zhì)形態(tài)操作(typemonipulation)、纖維特性改性、產(chǎn)生抗體、工業(yè)酶生產(chǎn)、二級化合物操作(甾醇，earotenoids等)、新型聚合物生產(chǎn)。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展非常迅速，為植物基材料擴(kuò)大應(yīng)用開辟了新的途徑，使其可以為工業(yè)生產(chǎn)提供分子基礎(chǔ)原料和更為復(fù)雜的分子原料。用植物基原料主產(chǎn)聚合物，制造塑料就是一個(gè)成功事例。從A1-coligenenentrophus細(xì)菌的3種基因已經(jīng)能轉(zhuǎn)入植物的1ipid合成中，可以得到polyhydroxybutyrate(聚羥基丁酸酯)，濃度可達(dá)14%。這種生物可降解的熱塑性塑料正在進(jìn)一步開發(fā)，使之可以從黃豆、棉花和油菜籽制備。

在過去50年內(nèi)，通常用的植物培植產(chǎn)率已經(jīng)提高了3倍，根據(jù)農(nóng)作物滿足食物、飼料和纖維不同用途，選擇不同的方法得到具有不同特性的產(chǎn)物。高級植物種植要用基因圖譜和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，進(jìn)一步提高食物和飼料生產(chǎn)需要供應(yīng)的植物基原料。

生物技術(shù)對植物基原料已經(jīng)產(chǎn)生革命性的影響。但是，用生物技術(shù)來改變植物，使之適合烴類經(jīng)濟(jì)需要，并不是一條最佳途徑。這就需要進(jìn)一步弄清什么是工業(yè)鏈需要的因素，而這些因素又是能在未來轉(zhuǎn)基因植物基可再生資源中具有最大的優(yōu)勢。

實(shí)施“設(shè)想”的工作途徑

要成功實(shí)施美國可再生資源開發(fā)利用的戰(zhàn)略設(shè)想(以下簡稱“設(shè)想”)中所提出的大綱，需要將研究、開發(fā)、工業(yè)過程工程以及對未來的市場了解等項(xiàng)工作有效地集成起來。適應(yīng)“設(shè)想”的多學(xué)科計(jì)劃以及各個(gè)項(xiàng)目的協(xié)作都要求有一共同的目標(biāo)，向前沿技術(shù)邁進(jìn)。應(yīng)用改進(jìn)的化學(xué)工藝加工現(xiàn)有的農(nóng)作物，包括集成運(yùn)用生物工藝，可以納入短期計(jì)劃之內(nèi)，從當(dāng)前到今后10年可以著手實(shí)施。這是研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。另一個(gè)熱點(diǎn)是觀念上的飛躍，超越當(dāng)前的烴類化學(xué)，結(jié)合基因改性植物，運(yùn)用新的工藝，這可以納人中長期計(jì)劃中，在10到20年甚至更長時(shí)期內(nèi)實(shí)施并產(chǎn)生影響。上述兩個(gè)熱點(diǎn)都是當(dāng)前在研究中進(jìn)行投資，在不同期限內(nèi)可以取得回報(bào)。

如果在這些領(lǐng)域內(nèi)取得成功，在工業(yè)應(yīng)用上就可以有了一個(gè)可行的堅(jiān)實(shí)科學(xué)基礎(chǔ)。新鮮作物應(yīng)用開發(fā)將被看作是一個(gè)降低這些系統(tǒng)成本的一種機(jī)制，或是改善供應(yīng)狀況(數(shù)量和質(zhì)量)，滿足工業(yè)發(fā)展需要。

當(dāng)審視植物基可再生資源的前景時(shí)，可以看到供應(yīng)鏈本身包含著許多重大課題。不同物種發(fā)展有各自的地理優(yōu)勢，可以形成專門原料的加工中心，包括進(jìn)入國內(nèi)和國外兩個(gè)市場。對轉(zhuǎn)基因作物的鑒別保護(hù)機(jī)制仍在變化，植物基可再生資源上的這些系統(tǒng)都需要進(jìn)一步研究。

本“設(shè)想”并非要給各種問題以答案，而是指出未來潛在的可能，在各方面采取一定的步驟就可以使其實(shí)現(xiàn)。下一階段就要進(jìn)行各方的協(xié)調(diào)工作，使多方面的投資者能有一個(gè)投入的基礎(chǔ)，針對“設(shè)想”提出的目標(biāo)進(jìn)行開發(fā)工作。該規(guī)劃要訂出各項(xiàng)目計(jì)劃，通過研究和開發(fā)來支持“設(shè)想”中提出的方向性指標(biāo)。各計(jì)劃項(xiàng)目要符合下列一個(gè)或幾個(gè)方面的要求。

優(yōu)化生物質(zhì)和農(nóng)作物基原料生產(chǎn)，達(dá)到計(jì)劃應(yīng)用要求狀況。

為植物基原料的供應(yīng)鏈提出裝置、地點(diǎn)、貯運(yùn)和分銷措施，包括加強(qiáng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的機(jī)制。

加速發(fā)展基于改性化學(xué)和生物工藝的新工藝，同時(shí)考慮利用植物/農(nóng)作物基可再生資源原料。

對多類投資者支持的項(xiàng)目，對上述三個(gè)方面中一個(gè)或一個(gè)以上將產(chǎn)生影響的項(xiàng)目，或是多學(xué)科項(xiàng)目等將給以優(yōu)先和優(yōu)惠待遇。投資項(xiàng)目選擇標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)考慮時(shí)間要求和潛在影響的大小來確定。

植物/農(nóng)作物基可再生資源對工業(yè)基礎(chǔ)原產(chǎn)的需求增長是一個(gè)戰(zhàn)略性措施，也是使美國在21世紀(jì)繼續(xù)保持領(lǐng)先地位的戰(zhàn)略性選擇。開發(fā)基礎(chǔ)資源具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)方面的好處。機(jī)遇是明確的，考慮未來的設(shè)想是需要的，要聯(lián)合投資者對新途徑進(jìn)行投資，才能創(chuàng)造一個(gè)安全的未來。

“設(shè)想”文本中不止一處引用達(dá)爾文的名言“能夠幸存下來的物種，不是最強(qiáng)的，也不是最聰明的，而是能適應(yīng)變化的”。

2020年可再生資源應(yīng)用將增加五倍

《植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想實(shí)施的技術(shù)指南》(以下簡稱“技術(shù)指南”)，是《植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想》(以下簡稱“設(shè)想”)的補(bǔ)充，提出的目的是：支持“設(shè)想”方向，確定發(fā)展中的主要障礙和問題，確定優(yōu)先的研究領(lǐng)域。

要達(dá)到上述目的需要進(jìn)行協(xié)調(diào)觀念開發(fā)，收集專家證明，組織多學(xué)科研討會(huì)、聽證會(huì)，優(yōu)勢排隊(duì)試驗(yàn)和團(tuán)隊(duì)行動(dòng)計(jì)劃等多項(xiàng)工作。在“技術(shù)指南”編制過程中吸收了各方面人士的意見，參加研討的共有66名有關(guān)部門不同行業(yè)的專家。專家們就全球性問題提出“設(shè)想”，針對“設(shè)想”結(jié)合現(xiàn)實(shí)狀況提出存在的主要障礙與問題，再確定研究與開發(fā)領(lǐng)域，從而找出優(yōu)先研究開發(fā)的課題。這些課題所屬領(lǐng)域都是能為利用可再生資源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展起最大杠桿作用的研究領(lǐng)域。通過參加“技術(shù)指南”研究和編制的專家的專業(yè)情況反映出在化工制造中應(yīng)用生物基原料需要涉及多門學(xué)科。但是有3個(gè)產(chǎn)業(yè)是中心，即化學(xué)、生物和農(nóng)業(yè)，每個(gè)產(chǎn)業(yè)都涉及幾門不同的學(xué)科，如農(nóng)業(yè)，林業(yè)和石油化學(xué)。

1、農(nóng)業(yè)和林業(yè)

農(nóng)業(yè)：是一個(gè)廣泛的概念，包括谷物生產(chǎn)、林地和牧場等。這些土地上生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品和林產(chǎn)品一起構(gòu)成生物基材料，它們通過太陽能，大氣中的CO2和土壤中養(yǎng)分進(jìn)行原始生產(chǎn)而成為可再生資源。美國擁有大量優(yōu)良土地，豐富的自然水資源和先進(jìn)的技術(shù)基礎(chǔ)，通過資源保護(hù)和利用，每年可產(chǎn)生可再生資源的巨大財(cái)富。林業(yè)：在美國有超過6.5億英畝（1英畝=4046.24平方米）的森林，從業(yè)人口140萬，每年生產(chǎn)價(jià)值2000億美元產(chǎn)品。過去10年內(nèi)，紙張部門的增長比木材業(yè)快。木材和紙產(chǎn)品回收循環(huán)利用率高，每年有約4000萬t紙?jiān)偕谩Ｃ绹牧謽I(yè)已經(jīng)制定出2020年發(fā)展設(shè)想以及相應(yīng)的研究計(jì)劃。該設(shè)想呼吁進(jìn)行研究，用先進(jìn)的生物和遙感技術(shù)以及樹木生理學(xué)和土壤科學(xué)等理論。

農(nóng)業(yè)和林業(yè)通過應(yīng)用基因?qū)W技術(shù)和轉(zhuǎn)基因植物等新手段將會(huì)出現(xiàn)大的躍進(jìn)。在不久的將來，可生產(chǎn)出大數(shù)量和高質(zhì)量的作物。除了飼料和食品，還可以為工業(yè)部門提供原材料。而且還可以引入某些酶標(biāo)記基因，可能會(huì)在植物體內(nèi)制造完全新型的聚合物，并可大量生產(chǎn)，成為經(jīng)濟(jì)的消費(fèi)用品。

美國將技術(shù)進(jìn)展應(yīng)用于植物和農(nóng)作物的調(diào)整，使其在農(nóng)業(yè)、林業(yè)和制造業(yè)中保持可持續(xù)發(fā)展的領(lǐng)先地位起著主要作用。國家的未來明顯地要依靠近期開發(fā)可再生資源基礎(chǔ)的研究來支持。

2、石油化工業(yè)

化學(xué)、工程學(xué)、物理學(xué)和地理學(xué)等幾門學(xué)科在石油化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用，對人們生活產(chǎn)生的影響是50年前難以想像的。石油化學(xué)工業(yè)成功地創(chuàng)造了眾多產(chǎn)品，從高性能的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料到基礎(chǔ)化學(xué)品以及許多聚合物，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯和聚碳酸酯等。

石油化學(xué)工業(yè)：是資本密集型工業(yè)，已經(jīng)建立了可觀的基礎(chǔ)設(shè)施來處理和加工化石燃料。美國每天要用1390萬桶烴類原料，多數(shù)是作為燃料型產(chǎn)品，用于化工及其他工業(yè)基礎(chǔ)原料生產(chǎn)，每天約為260萬桶油短類原料。

近年來，工業(yè)化學(xué)品和塑料生產(chǎn)都有巨大的增長。塑料工業(yè)從業(yè)人員120萬人，有20000套生產(chǎn)加工裝置，過去在研究開發(fā)上花費(fèi)以10億美元數(shù)計(jì)的投資，才獲得了今日成就。如果塑料制品的原料沒有可再生資源，遲早有一天會(huì)變得十分昂貴。一方面，是否還有上萬億桶的石油開采量，原油價(jià)格能否在每桶10美元以內(nèi)。世界原油生產(chǎn)已經(jīng)變化迅速，而且有許多不定因素。另一方面，化石燃料資源是有限的，這是無可爭議的事實(shí)。重要的是考慮當(dāng)供應(yīng)呈峰值時(shí)未來價(jià)格的敏感度，而不是去爭論何時(shí)是油將用盡的理論時(shí)間。最近由于幾處新資源的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用，在20年內(nèi)原油產(chǎn)量可能會(huì)有所增加。但是，必須注意美國一直是原油進(jìn)口國，50%原油靠進(jìn)口。如果原油進(jìn)口一旦停止，北美可采用的化石燃料資源儲(chǔ)量按目前消費(fèi)水平只能維持約14年。如果保持目前進(jìn)口水平而不增加，也只能使用28年。當(dāng)然，將會(huì)有新的改進(jìn)的抽提技術(shù)，例如水平鉆探和核磁共振鉆孔等，但是要在近年取得成效，希望是不大的。

用可再生資源補(bǔ)充石油化學(xué)品，要從現(xiàn)在開始，由少量到大量逐步進(jìn)行，有關(guān)研究工作要立即開始。不考慮化石原料供應(yīng)衰退時(shí)間表的爭論，由于人口增長以及一些新興國家人們生活水平提高，需求將繼續(xù)增長。在可再生資源取代化石燃料之前，它將作為一種補(bǔ)充資源。因此，無論如何在美國開發(fā)可再生資源作為工業(yè)原料都是十分重要的。

“設(shè)想”中提出的指標(biāo)是“2020年基礎(chǔ)化學(xué)品至少有10%來自植物衍生可再生資源，隨著發(fā)展觀念到位，2050年要提高到50%”。要注意無論是美國還是全世界總消費(fèi)量的增加是很快的，因?yàn)榧词?020年的10%目標(biāo)是按當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)總量計(jì)算，也比當(dāng)前消費(fèi)水平要提高4—5倍，絕對的增加更大。如果2020年消費(fèi)水平本身提高1倍，可再生資源的絕對指標(biāo)也要翻番。

換言之，不能期望可再生資源在不變的需求環(huán)境下能完全取代烴類資源，而只有當(dāng)消費(fèi)產(chǎn)品需求增加，可再生資源可以能滿足此增加需求中的一部分。在2040年時(shí)間框架中，指標(biāo)可以是：可再生資源應(yīng)用使化石燃料能穩(wěn)定地維持現(xiàn)在的消費(fèi)水平。按此指標(biāo)可以形成以下的觀念：

由于不是一個(gè)競爭替代戰(zhàn)略，可再生資源并不與非再生資源直接競爭。

需要用可再生資源和非再生資源兩種資源來滿足未來20年的需要。30年以后，可能要更多依靠可再生資源，因?yàn)槟菚r(shí)的化石燃料將會(huì)很貴而且有限。滿足近期指標(biāo)的支持和研究完全與長期目標(biāo)保持一致，這些方向性指標(biāo)，非常清楚地表明面臨的挑戰(zhàn)是巨大的，需要從現(xiàn)在就采取行動(dòng)，應(yīng)當(dāng)開始建立通向擴(kuò)大利用可再生資源的道路。除了建立可操作的可再生資源基礎(chǔ)指標(biāo)外，其他一些相關(guān)的指標(biāo)也是很重要的，包括：

建立系統(tǒng)，通過加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)可靠性的基礎(chǔ)設(shè)施支持，將供應(yīng)、制造和分銷等活動(dòng)集成起來。

通過功能基因?qū)W來提高對植物新陳代謝的理解，優(yōu)化對專門的增值加工工藝的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，除應(yīng)用現(xiàn)有的組分外，要開拓新型聚合物生產(chǎn)和應(yīng)用。要保證開發(fā)的新工藝過程的效率高于95%，同時(shí)應(yīng)用伴生工藝，應(yīng)用所有副產(chǎn)物，消除廢料，保證新的平臺(tái)能在特殊的環(huán)境條件下堅(jiān)持目標(biāo)方向?qū)Υ_定目標(biāo)與研究指標(biāo)要反復(fù)交叉檢驗(yàn)，使其能堅(jiān)持可再生燃料/能源需要的目標(biāo)。

在生產(chǎn)和分銷中要開發(fā)保持穩(wěn)定供應(yīng)的途徑，在年生產(chǎn)一定范圍基礎(chǔ)上控制一些因素，如價(jià)格、數(shù)量、性能、地區(qū)分布、質(zhì)量等。同時(shí)要制定提出這些因素的標(biāo)準(zhǔn)。

建立進(jìn)一步合作伙伴關(guān)系，改進(jìn)綜合集成，通過加強(qiáng)農(nóng)村發(fā)展來支持取得成功。

“設(shè)想”的目標(biāo)要實(shí)現(xiàn)，主要要使本“技術(shù)指南”中所列出的目的大綱都能達(dá)到。基因改性植物生產(chǎn)專門的代謝產(chǎn)品和開發(fā)補(bǔ)充性的化學(xué)改性產(chǎn)品取得成效就可以達(dá)到2020年可再生資源應(yīng)用增加5倍的目標(biāo)。這些進(jìn)展也將為2020年以后的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

可再生資源應(yīng)用技術(shù)和市場的障礙及問題

將可再生資源制成消費(fèi)產(chǎn)品的整個(gè)系統(tǒng)中有許多障礙和問題，其中關(guān)鍵和問題是：

植物科學(xué)方面：基因?qū)W、酶、新陳代謝和組分。

生產(chǎn)方面：單位成本、收率、持續(xù)性、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、植物設(shè)計(jì)。

加工方面：經(jīng)濟(jì)學(xué)、分離、轉(zhuǎn)化、生物催化、基礎(chǔ)設(shè)施。

應(yīng)用方面(由技術(shù)和材料驅(qū)動(dòng)的問題)：經(jīng)濟(jì)學(xué)、功能性、性能、新用途。

應(yīng)用方面(由市場和需求驅(qū)動(dòng)的問題)：價(jià)格性能比、性能、知覺、市場開發(fā)。

現(xiàn)將上述關(guān)鍵和問題擇要分別介紹于下。

一、關(guān)于應(yīng)用方面（材料驅(qū)動(dòng)問題）

1、經(jīng)濟(jì)學(xué)

單位成本是當(dāng)前植物衍生材料使用的主要障礙，也是經(jīng)常引起爭論的一個(gè)問題，問題的核心是競爭性成本狀態(tài)。在多數(shù)情況下，應(yīng)用植物基原料的成本都比較高，難以與以烴類原料為基礎(chǔ)的加工工藝競爭。但是，成本競爭情況有幾個(gè)非常復(fù)雜的因素互相影響，諸如產(chǎn)品價(jià)值、材料成本、產(chǎn)量、需要加工程度以及所用基礎(chǔ)原料的性能等。因此如果未來的戰(zhàn)略只考慮降低本是不會(huì)成功的。最重要的經(jīng)濟(jì)推動(dòng)因素不是成本本身，而是制得的產(chǎn)品和制造費(fèi)用的差價(jià)(即增值)。

產(chǎn)品價(jià)格是諸多因素的函數(shù)，諸如產(chǎn)品利用、性能、消費(fèi)者喜好和需求等，而制造成本則受原材料價(jià)格、供應(yīng)的持續(xù)性、加工、廢料處理費(fèi)用和投資等諸因素影響，要符合當(dāng)前的具有競爭性的通用化學(xué)品工業(yè)的低成本需要。但是，從長遠(yuǎn)考慮，只進(jìn)行成本比較是有問題的，因?yàn)槲磥淼幕剂系某杀臼请y以預(yù)測的。

在當(dāng)前情況下，用烴類原料生產(chǎn)消費(fèi)型產(chǎn)品的加工效率是很高的。但這并非是化石原料本身具備的特點(diǎn)。因?yàn)槭突ひ呀?jīng)研究了100年，有了3代科學(xué)家，政府投入了大量資源才使之達(dá)到今日的水平。與之相比，植物基材料應(yīng)用尚處于較低的水平，開拓植物基原料應(yīng)用來適應(yīng)已臻成熟的烴類加工需要并不是一條唯一的道路，目前應(yīng)用數(shù)量還是很少的。另一條路線是通過弄清植物衍生材料性能進(jìn)行技術(shù)開發(fā)，用基因改性植物，使之能提供含有需要功能的組分。

2、功能性

改變植物中的不同組分含量的目的是提高其功能性。在石油化工中先進(jìn)行原料裂解降級成為簡單的分子，隨后用它們再行合成為較復(fù)雜的分子和聚合物。植物中已經(jīng)含有不同形態(tài)的聚合物，可以在許多產(chǎn)品中應(yīng)用。但是，在現(xiàn)在加工系統(tǒng)中尚無大量應(yīng)用。用量有限的原因有幾個(gè)方面，其中主要的是由于缺乏對其功能性的理解，而只注意其成本。最近，已經(jīng)由植物衍生的蛋白質(zhì)聚合物研制出塑料薄膜的試驗(yàn)產(chǎn)品，顯示出其應(yīng)用的潛力。而且，植物擁有立體化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以得到一些有價(jià)值的手性分子，如糖類、維生素、氨基酸等。從總體看，目前對植物基礎(chǔ)原料的反應(yīng)性和功能性尚不夠了解，因此限制了新應(yīng)用思路的產(chǎn)生。

二、關(guān)于應(yīng)用方面（需求驅(qū)動(dòng)問題）

1、市場開發(fā)的費(fèi)用

植物衍生材料應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵是市場開發(fā)費(fèi)用高。正如許多新產(chǎn)品市場一樣，新產(chǎn)品的研究往往是由小公司開始的，它們投資不足，缺乏繼續(xù)發(fā)展的資源，常常只停留在試驗(yàn)階段。工業(yè)化的成功率低，由于沒有一定的供應(yīng)量而常使產(chǎn)品衰落。因此，需要大力改進(jìn)產(chǎn)品開發(fā)和支持機(jī)制，而且要進(jìn)行與產(chǎn)品相關(guān)的市場開發(fā)，這是擴(kuò)大利用可再生資源的主要工作。目前市場上應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)都是基于石化產(chǎn)品，沒有適應(yīng)生物基產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，這也是要成功地與石化產(chǎn)品競爭的另一障礙。

2、認(rèn)識(shí)問題

植物衍生材料常給人以較低級的印象，這可能是由于當(dāng)前處于“石化時(shí)代”之故。對某些制造廠商來說，它的性能較差，主要是因?yàn)槲吹脙?yōu)化。雖然公眾環(huán)境意識(shí)增強(qiáng)，但是對植物基產(chǎn)品需求尚不足以創(chuàng)造市場來拉動(dòng)技術(shù)開發(fā)。因此，當(dāng)前可再生資源的進(jìn)展主要是基于技術(shù)推動(dòng)的結(jié)果，只有增加市場拉動(dòng)才能有力吸引公司更多投資。沒有要變革的沖擊，就不會(huì)有更多的變革。因此，如果沒有各種經(jīng)濟(jì)傾斜途徑，現(xiàn)狀是難以改變的。

三、加工問題

1、基礎(chǔ)設(shè)施中分銷問題

多年來石油化學(xué)工業(yè)已經(jīng)建立了加工和分銷烴類基礎(chǔ)產(chǎn)品的有效基礎(chǔ)設(shè)施。由于依賴進(jìn)口原油，美國的多數(shù)基礎(chǔ)設(shè)施是建設(shè)在海岸線上。因此，許多現(xiàn)有的加工裝置并不適合大量植物基材料的收集。植物原料都是在木材加工廠、榨油廠和玉米濕法加工廠進(jìn)行加工，它們最好接近于供應(yīng)地。要應(yīng)用大量植物原料就需要進(jìn)一步將供應(yīng)和加工制造集成起來。應(yīng)當(dāng)開拓確立農(nóng)村發(fā)展優(yōu)勢和重點(diǎn)的戰(zhàn)略和措施，更好地鼓勵(lì)多用可再生資源。

2、分離技術(shù)

應(yīng)用植物于工業(yè)用途的一個(gè)關(guān)鍵是缺少植物組分的分離技術(shù)。樹木具有非常復(fù)雜的成分如木質(zhì)纖維素。此成分強(qiáng)度高，但要將它分離為有用的分子組分則很困難。多數(shù)農(nóng)作物收獲品是種子，它們含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、油分和數(shù)萬種其他組分。通常對許多谷物發(fā)芽和生長都能進(jìn)行良好的安排，而對其作為原料進(jìn)行分別管理則很困難。一些除去原始粗組分的工藝，如榨油和提取糖分等已經(jīng)開發(fā)，但如何將專門形態(tài)的蛋白質(zhì)和純的含碳組分分離則仍是困難。在植物基原料加工中常遇到非常稀的水溶液物料，處理費(fèi)用很高而且技術(shù)困難，這是應(yīng)當(dāng)要解決的問題。將反應(yīng)與分離集成起來的加工系統(tǒng)(如催化蒸餾)可能是一個(gè)解決問題的方向。但是此類系統(tǒng)目前應(yīng)用有限。而且還未被開發(fā)作為植物基原料方面的應(yīng)用。通過引入某些基因而使植物增加新的組分，就更需要應(yīng)用先進(jìn)的分離技術(shù)來回收有意義的新組分。例如生物聚合物開發(fā)中目前就因缺少高效純凈的經(jīng)濟(jì)上可行的分餾工藝技術(shù)而受到限制。植物的組分如不能有效地分離出來，就不可能控制最終產(chǎn)品的特性和質(zhì)量。

3、轉(zhuǎn)換技術(shù)

要利用植物中各種組分的另一問題是將這些非均相的混雜原料轉(zhuǎn)換成較為簡單的分子，這才可以進(jìn)行進(jìn)一步反應(yīng)。在植物基原料中，加工工藝需要有高性能的多功能生物催化劑或是非均相催化劑，這些催化劑具有多種功能并可以進(jìn)行回收。

知識(shí)不足是另一關(guān)鍵，目前人們尚缺乏關(guān)于植物組分的自然差別和來自不同作物的同樣組分的特性等方面知識(shí)。這些知識(shí)的缺乏和不足就構(gòu)成難以鑒別植物的差異性，缺少鑒別的手段，因此也就難以考慮作為原料的應(yīng)用。發(fā)酵是用來將某些農(nóng)作物轉(zhuǎn)化為各種產(chǎn)品的工藝，轉(zhuǎn)化是非均相的。所用的轉(zhuǎn)化方式，副產(chǎn)利用和分離等方面仍有許多有待改進(jìn)之處。一般地說，植物系統(tǒng)的復(fù)雜化學(xué)問題使新型或改進(jìn)植物基加工工藝的設(shè)計(jì)較為困難。烴類化學(xué)制造中有豐富的氧化化學(xué)知識(shí)，還原化學(xué)方面較少，這些都是植物系統(tǒng)加工所需要的。目前特別缺少關(guān)于還原生物催化劑共生因子系統(tǒng)方面的實(shí)踐知識(shí)。

植物原料加工工藝開發(fā)的另一個(gè)大的障礙是當(dāng)前缺乏有關(guān)的教育培訓(xùn)。目前化學(xué)工程課程中只有少數(shù)涉及生物化學(xué)課題，多數(shù)畢業(yè)生成為化學(xué)工程師只擁有非常基礎(chǔ)的生物工藝知識(shí)和有限的重要生物分離的知識(shí)。多年來，工藝化學(xué)家和工程師的培訓(xùn)重點(diǎn)都是烴類化學(xué)，考慮植物基可再生資源加工需要很少。

四、生產(chǎn)方面

1、收率、持續(xù)性和基礎(chǔ)設(shè)施

因?yàn)槟壳吧形蠢么罅恐参锘希静暮驮旒埻猓皇顷P(guān)注未來的供應(yīng)分銷而不是現(xiàn)實(shí)存在的問題。但是，這些對實(shí)現(xiàn)可再生資源的目標(biāo)都是十分重要的。在供應(yīng)的持續(xù)性方面，數(shù)量和質(zhì)量都是未知數(shù)。如果植物基原料能加工成簡單的碳分子，其持續(xù)性問題就不成關(guān)鍵。但是如果要設(shè)計(jì)應(yīng)用其中某種特殊組分(如聚合物)，或是要直接抽取其中某種專門組分，原料的質(zhì)量和數(shù)量的穩(wěn)定性就非常重要。

在一些情況下，供應(yīng)持續(xù)性中的不確定因素實(shí)際上就是風(fēng)險(xiǎn)管理的內(nèi)容。未來的石油化工供應(yīng)問題和可再生資源供應(yīng)問題都有風(fēng)險(xiǎn)。對石油化工來說，未來的供應(yīng)不桷定因素可能因世界上一些區(qū)域的政治變化而增加。而對植物基原料來說，氣候可能成為不確定的地區(qū)因素。如果某些專門植物不能大量生產(chǎn)可能導(dǎo)致貿(mào)易上的不確定因素，這些問題不需要采取斷然措施，但是需要重視通過改變基礎(chǔ)設(shè)施來保證經(jīng)濟(jì)可靠性。另一個(gè)沖擊供應(yīng)持續(xù)性的不確定因素是未來的農(nóng)作物用途是作為食物還是作為工業(yè)原料。一方面是根據(jù)供應(yīng)短缺理論，認(rèn)為農(nóng)業(yè)難以供應(yīng)飛躍增長的人口和消費(fèi)品增長所需的原料。實(shí)際上，從需求角度看，食物和原料都在增長，即使不考慮可再生資源進(jìn)行工業(yè)利用，食物本身也存在問題。解決食物問題的方案也可能就是解決工業(yè)原料問題的方案。因此，在供應(yīng)方面必須應(yīng)用新技術(shù)，如生物技術(shù)，這樣才能保持產(chǎn)率不斷提高，使農(nóng)業(yè)能達(dá)到一個(gè)新的水平。

2、植物設(shè)計(jì)、植物科學(xué)、基因?qū)W

轉(zhuǎn)基因技術(shù)已經(jīng)顯示出令人鼓舞的前景，要進(jìn)一步充分利用尚有大量工作有待進(jìn)行。存在的一個(gè)主要障礙是對植物本身內(nèi)在新陳代謝過程還不夠了解，不能按特殊聚合物和其他材料的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，對植物新陳代謝和碳流的知識(shí)匱乏是其發(fā)展中的限制因素。

近年來功能基因?qū)W的進(jìn)展有望促進(jìn)對材料合成設(shè)計(jì)的理解。但是這門科學(xué)目前剛開始，與類似的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相比所取得的支持還是很有限的。基因轉(zhuǎn)變中的另一成就是讓更多的專用基因嵌入和對質(zhì)體以及細(xì)胞核的常規(guī)轉(zhuǎn)變。在植物變化、基因?qū)W和生物信息等方面有著廣泛的研究項(xiàng)目，但是將這些出現(xiàn)的新技術(shù)應(yīng)用于可再生資源的專門研究則很少。

要使科學(xué)知識(shí)不斷深化，在一定程度上取決于消除這些主要障礙，有些已被稱為多學(xué)科的研究。但是，需要努力加強(qiáng)和協(xié)調(diào)才能促進(jìn)現(xiàn)有的障礙及時(shí)地被克服。換言之，基因管理的研究必須緊密地與植物內(nèi)含聚合物的功能性以及分離工程等研究相結(jié)合。

研究和開發(fā)的課題

《美國植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想的技術(shù)指南》(以下簡稱“技術(shù)指南“)列出為解決植物/農(nóng)作物基可再生資源利用中的主要障礙應(yīng)當(dāng)進(jìn)行研究開發(fā)的課題。“技術(shù)指南”按4個(gè)主要方面的障礙依重要性大小列出研究開發(fā)課題，每個(gè)研究課題的影響都有其時(shí)間范圍，其中近期表示0—3年、中期表示2010年、長期表示2020年，近期目標(biāo)的達(dá)到可用以衡量面向2020年可再生資源開發(fā)利用設(shè)想的前進(jìn)步伐。

一、植物科學(xué)研究方面

1、近期影響課題(按重要性依次減小順序排列,，下同)

(1)應(yīng)用功能基因?qū)W了解植物新陳代謝和組成，至少要與1種主要農(nóng)作物基因計(jì)劃結(jié)合；

(2)開發(fā)能實(shí)時(shí)進(jìn)行植物組分的定量分析工具；

(3)改進(jìn)轉(zhuǎn)基因方法，特別是對麥桿基因的專門嵌入，要在1998年基礎(chǔ)上提高效益10倍；

(4)開發(fā)1—2種主要農(nóng)作物的基因標(biāo)記系列，使之有助于擺在有用的可再生組件含量；

(5)將80%現(xiàn)有的germplasmbase進(jìn)行編目，有效利用各類淀粉、蛋白質(zhì)和油分；

(6)找尋發(fā)展中的生物信息學(xué)利用途徑，推動(dòng)可再生資源的研究和開發(fā)，

(7)弄清nuclear-plastid相互作用。

2、中期影響課題

(1)在新陳代謝過程和碳流中至少弄清50個(gè)限制速率的關(guān)鍵步驟；

(2)利用功能基因?qū)W弄清分子、細(xì)胞和整個(gè)植物的控制管理；

(3)為主要植物用于可再生資源的組分制定標(biāo)準(zhǔn)；

(4)在2種植物中，建立碳庫并為細(xì)胞分割確定控制點(diǎn)；

(5)在plastid轉(zhuǎn)變中高效率(大于90%)方法的建立；

(6)創(chuàng)建示范工廠，使主要組分利用率大于60%(如油料、淀粉)或是專門碳鍵(如C5)大于3O%；

(7)利用基因開關(guān)的方法；

(8)建立為植物可再生資源利用的生物信息學(xué)基礎(chǔ)。

3、長期影響課題

(1)重新設(shè)計(jì)新陳代謝過程，提供有用的碳結(jié)構(gòu)骨架；

(2)應(yīng)用有針對性進(jìn)化技術(shù)建立100個(gè)未來原料的品種庫；

(3)設(shè)計(jì)新型分子或改性現(xiàn)有化合物，使之適應(yīng)于功能需要；

(4)為提供工業(yè)用原料，創(chuàng)制2種新植物種類；

(5)利用簡單的細(xì)胞組織進(jìn)行成本和能源效率評價(jià)；

(6)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)植物組分。

二、生產(chǎn)研究方面

1、近期影響課題

(1)提高畝產(chǎn)量10%~15%以降低原材料單位成本；

(2)改善農(nóng)業(yè)管理，提高肥料利用效率和蟲害防治，

(3)確定至少10種影響原料組分和質(zhì)量的因素；

(4)對至少10種具有潛力的系統(tǒng)和植物類型的畝產(chǎn)效率進(jìn)行定標(biāo)趕超（如主要農(nóng)作物、林業(yè)和多年生種類等）；

(5)調(diào)節(jié)氣候條件對生產(chǎn)的影響；

(6)每年對2種農(nóng)作物的潛力進(jìn)行評價(jià)或用其他方法評價(jià)畝產(chǎn)量；

(7)提高當(dāng)前農(nóng)業(yè)加工中廢料利用率5倍；

(8)在單位投入基礎(chǔ)上提高貧瘠土地產(chǎn)量2倍。

2、中期影響課題

(1)提高產(chǎn)量，使單位投入的碳產(chǎn)出為1998年基礎(chǔ)上的2倍；

(2)為長期可持續(xù)發(fā)展，開發(fā)盡量減小土地、大氣和水利用影響的系統(tǒng)方法；

(3)對收獲產(chǎn)物和主要植物成分建立標(biāo)準(zhǔn)；

(4)專門設(shè)計(jì)收獲裝備，盡量增大碳的收獲；

(5)開發(fā)新的利用方法，使現(xiàn)在遺留在土地上的農(nóng)作物45%能得到利用，

(6)培育適應(yīng)專門土地和土壤的農(nóng)作物；

(7)建立農(nóng)業(yè)信息學(xué)基礎(chǔ)，重點(diǎn)是不同來源的可再生資源植物類型、生產(chǎn)價(jià)值、質(zhì)量和單位成本。

3、長期影響課題

(l)在化石燃料排出廢氣中CO2的固定；

(2)從現(xiàn)在植物/農(nóng)作物生產(chǎn)中消除碳的廢料；

(3)設(shè)計(jì)新的農(nóng)作物/植物生長系統(tǒng)，優(yōu)化原料回收率(大于95%可利用)；

(4)對主要能源獲取和固定，提高化合效率；

(5)對收獲前期工作和部分就地加工的裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)；

(6)對連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和評價(jià)。

三、加工研究方面

1、近期影響課題

(1)改進(jìn)分離技術(shù)，處理大于95%的非均—植物材料；

(2)改進(jìn)單體基礎(chǔ)原料變換的生物催化劑；

(3)開發(fā)3種具有高選擇性的快速反應(yīng)強(qiáng)力催化劑；

(4)為將植物聚合物轉(zhuǎn)換為有用的單體，找出新型和性能優(yōu)良的酶(具有10倍活性)并進(jìn)行評價(jià)；

(5)將微生物進(jìn)行工程化，改善非均—植物的發(fā)酵；

(6)提高廢物利用率2倍；

(7)開發(fā)高效的除水技術(shù)并對改進(jìn)的非水溶劑反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)；

(8)在植物材料中利用天然立體化學(xué)方法的評價(jià)。

2、中期影響課題

(1)應(yīng)用5種以上高級分離系統(tǒng)(如自行清凈膜、離子交換、精餾等)；

(2)為經(jīng)濟(jì)捕集植物單體和聚合物開發(fā)改進(jìn)的分離——純化技術(shù)；

(3)為2種以上植物類型建立經(jīng)濟(jì)共生系統(tǒng)；

(4)通過分子進(jìn)化技術(shù)設(shè)計(jì)并創(chuàng)制50種新型酶；

(5)開發(fā)100種以上具有性能成本特性的新型酶庫；

(6)研究反應(yīng)性分級系統(tǒng)；

(7)對微生物、酶和化學(xué)品庫的性能建立信息學(xué)基礎(chǔ)，用于特殊的轉(zhuǎn)化。

3、長期影響課題

(1)實(shí)現(xiàn)原料加工中無廢料的多種產(chǎn)出的連續(xù)工藝；

(2)為改性植物和組分設(shè)計(jì)新設(shè)備；

(3)為3種以上新產(chǎn)品(如將工程化酶轉(zhuǎn)入植物并在收獲中得到活化)設(shè)計(jì)新機(jī)制；

(4)固態(tài)酶轉(zhuǎn)化；

(5)設(shè)計(jì)14種化學(xué)與生物結(jié)合型反應(yīng)器；

(6)評價(jià)植物組分在分離前相內(nèi)的作用。

四、應(yīng)用和基礎(chǔ)設(shè)施研究方面

1、近期影響課題

(3)探求3種在現(xiàn)有加工裝置(如玉米濕法加工廠、紙漿廠)上擴(kuò)大應(yīng)用植物原料的機(jī)遇；

(4)分析測量系統(tǒng)，對90%以上的主要植物組分進(jìn)行定量；

(5)實(shí)時(shí)評價(jià)單位性能成本和增值成本的方法；

(6)評價(jià)運(yùn)輸系統(tǒng)及成本；

(7)計(jì)算出100%年加工貯存量和投人產(chǎn)出的需求量；

(8)創(chuàng)建基礎(chǔ)設(shè)施，擴(kuò)大利用農(nóng)業(yè)廢料。

2、中期影響課匾

(1)深入掌握植物中10種以上組分和碳鍵新陳代謝體的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系知識(shí)；

(2)開發(fā)對高質(zhì)量原材料的100%鑒別保護(hù)系統(tǒng)；

(3)為價(jià)值驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)和定貨實(shí)現(xiàn)營銷系統(tǒng)；

(4)對在同一地點(diǎn)的多目的利用區(qū)的協(xié)同作用進(jìn)行評價(jià)；

(5)對原材料組分和加工過程中的中間產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定量分析手段(小于3分鐘/試樣)；

(6)開發(fā)生產(chǎn)預(yù)測手段，準(zhǔn)確性大于95%；

(7)在一組植物原料性能基礎(chǔ)上建立信息學(xué)基礎(chǔ)，如單位成本、性能、功能性、最佳來源、應(yīng)用范圍等。

3、長期影響課題

(1)所需功能進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備植物化合物至少10種；

(2)在植物生產(chǎn)區(qū)內(nèi)開發(fā)至少5個(gè)制造利用中心；

(3)開發(fā)3種以上有新功能的新材料；

(4)提出擴(kuò)大利用可再生資源所需的教育培訓(xùn)需求；

(5)在植物組分功能間協(xié)同作用的利用；

(6)設(shè)計(jì)最終產(chǎn)品的貯存和運(yùn)輸，使之到達(dá)銷售中心和出口；

(7)為供需關(guān)系的控制創(chuàng)建減輕超過90%風(fēng)險(xiǎn)的戰(zhàn)略。

當(dāng)前，美國有一些項(xiàng)目已在進(jìn)行，可視為工業(yè)原料中應(yīng)用可再生資源的先驅(qū)，也可視為本“技術(shù)指南”中研究項(xiàng)目的示范事例。其一是在轉(zhuǎn)基因植物開發(fā)中的聚羥基丁酸酯(PIB)。PHB可在植物中生成，作為制造生物降解塑料的原料，用適當(dāng)?shù)募?xì)菌基因進(jìn)行轉(zhuǎn)化并弄清植物內(nèi)在的新陳代謝路徑，從而構(gòu)成制備方法。現(xiàn)在正在進(jìn)行分離、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)等項(xiàng)工作。

其二是用玉米淀粉作原料，通過酶反應(yīng)制備聚乳酸(PLA)。Cargi11-Dow合資企業(yè)已在充分研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步投資數(shù)百萬美元建立制造裝置進(jìn)行工業(yè)開發(fā)。PLA是一種生物裂解聚合物，原料是由玉米濕法加工工藝制備的葡萄糖，其中發(fā)酵過程和酶的活性是重要因素。最終的PLA樹脂可視用戶制膜、纖維、碳制品和涂層的需要分別制出不同規(guī)格品種。PLA具有聚苯乙烯、聚烯烴和纖維素的功能性。

協(xié)同與合作是取得成功的途徑

未來利用可再生資源需要采取一條多學(xué)科和跨行業(yè)途徑。在許多領(lǐng)域內(nèi)的研究成就都提供了發(fā)展機(jī)遇，如生物聚合物、立體結(jié)構(gòu)型分子、新型酶、新材料和轉(zhuǎn)基因設(shè)計(jì)等。但是每個(gè)方面內(nèi)的任何進(jìn)展如果只當(dāng)作孤立的技術(shù)領(lǐng)域是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要更有力的相關(guān)研究計(jì)劃，采取平行的和協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行工作，才能取得成果。

要取得有效益的進(jìn)展必須采取多學(xué)科的途徑，這是非常清楚的。但是，任何一個(gè)組織都難以具備有如此深度和廣度的技術(shù)能力。因此，對研究提供的支持應(yīng)當(dāng)是多方面的，而且要在跨行業(yè)的系統(tǒng)中進(jìn)行。

“植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想”(以下簡稱“設(shè)想”)中提出的要求需將重點(diǎn)瞄準(zhǔn)有限的熱點(diǎn)目標(biāo)同步取得進(jìn)展。對于研究工作則需要有準(zhǔn)確的時(shí)間表和系統(tǒng)中各方面的廣泛交流，所有這些都要走相互協(xié)同的道路。例如，一位科學(xué)家可能發(fā)現(xiàn)一種新型聚合物，具有可以作為高級生物降解塑料的功能，但是，此研究成果的價(jià)值受到以下一些因素的限制：發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)幕颉⑿玛惔x過程可靠性、:最佳作物類型是否能有足夠的產(chǎn)率和可承受的成本、各種聚合物組分分離可能和利用此材料制造新產(chǎn)品的方法等。所有這些因素都需通過研究和開發(fā)才能取得相應(yīng)的進(jìn)展。進(jìn)行這些研究開發(fā)要采取最佳途徑保證研究成果關(guān)鍵的目標(biāo)互相協(xié)調(diào)、平行地進(jìn)行，此途徑要鼓勵(lì)私營部門的參與。

當(dāng)前，植物和農(nóng)作物作為生物質(zhì)和原料已被應(yīng)用，諸如淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪酸和異戊二烯化合物。林業(yè)主要是為紙漿和造紙?zhí)峁┰稀｜S豆則是用于油墨和涂料。玉米通過濕法加工發(fā)酵工藝已經(jīng)進(jìn)入幾個(gè)工業(yè)部門，但是各種用量都很少。由于基因工程可以通過新陳代謝操作使植物或農(nóng)作物生成有功能需要的材料，從而顯示出新的發(fā)展機(jī)遇。

“技術(shù)指南”已經(jīng)突出了未來取得進(jìn)展的途徑，而且確定了系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的目標(biāo)。成功地達(dá)到這些目標(biāo)就可實(shí)現(xiàn)“設(shè)想”中確定的到2020年可再生資源利用增加5倍的目的，同時(shí)也為2020年以后進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。按“技術(shù)指南”目標(biāo)提出課題是人們用所有的天然資源滿足不斷增長的消費(fèi)品和能源的需要。當(dāng)前進(jìn)行研究將為今后的產(chǎn)品選擇提供機(jī)會(huì)。可再生資源需要將注意焦點(diǎn)放在以下幾個(gè)方面：發(fā)展方向、最佳科學(xué)思維的應(yīng)用、最先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和最高級智能水平的繼續(xù)研究等。本“技術(shù)指南”已經(jīng)提出了需求和研究開發(fā)課題，其目的就是為美國開拓實(shí)施一條成功的可再生資源戰(zhàn)略。而且也選出了需要優(yōu)先支持的領(lǐng)域，它們都是從幾個(gè)已經(jīng)確定的科學(xué)研究和工業(yè)開發(fā)需求中選擇出來的，而且考慮了在高級可再生資源的關(guān)鍵部門有最大的投資回報(bào)。

未來世界許多方面都會(huì)延續(xù)但將發(fā)生變化。幸運(yùn)的是我們已看見其需求并具有科學(xué)智慧適應(yīng)變化的發(fā)展。美國要保持領(lǐng)先地位就要繼續(xù)采取迅速的行動(dòng)來滿足擴(kuò)大利用可持續(xù)發(fā)展的可再生資源的需求。不斷的科學(xué)突破和技術(shù)進(jìn)步(正如“技術(shù)指南”文件中所列出的項(xiàng)目和課題)才能滿足資源利用的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)正在我們面前，我們面臨的挑戰(zhàn)是為滿足人們對產(chǎn)品不斷增長的需求。

“技術(shù)指南”中從兩個(gè)方面表明多學(xué)科和跨部門的研究開發(fā)對實(shí)現(xiàn)“設(shè)想”的重要性：

篇8

2005年，我國NOx排放總量約為1.94×107t。隨著國民經(jīng)濟(jì)繼續(xù)發(fā)展、人口增長和城市化進(jìn)程的加快，2020年和2030年，我國NOx排量將分別達(dá)到3.00×107t和3.54×107 t[1]。在不銹鋼表面處理的生產(chǎn)過程中，廣泛采用HF+HNO3混酸酸洗，也會(huì)產(chǎn)生高濃度的NOx廢氣，由于其中NO2的含量較高，一般表現(xiàn)為煙囪“冒黃龍”現(xiàn)象。據(jù)中國特鋼企業(yè)協(xié)會(huì)不銹鋼分會(huì)統(tǒng)計(jì)，2006年起，我國不銹鋼粗鋼產(chǎn)量及鋼材產(chǎn)量已居世界第一。2004年至2011年的八年之間，我國不銹鋼粗鋼產(chǎn)量從236.4萬噸飆升至1259.1萬噸，凈增1022.7萬噸，年均增長達(dá)127萬噸，這在世界不銹鋼發(fā)展史上也是沒有過的。面對如此嚴(yán)峻的NOx廢氣排放形勢，必須采取切實(shí)可行的方法予以處理。

目前，針對高濃度NOx廢氣的處理方法主要有干法、濕法和干濕連用技術(shù)。濕法主要以各種吸收劑溶解在水中，然后再采用噴淋的方法來吸收NOx并與之反應(yīng)，最終達(dá)到降低NOx濃度的目的[2-5]。濕法實(shí)際上是一種“污染轉(zhuǎn)移”的處理方式，并未徹底解決污染治理的問題。干法即SCR法，是指在催化劑存在的條件下，采用NH3、CO或碳氧化合物等作為還原劑，將煙氣中的NOx還原為N2和H2O；其中NH3-SCR技術(shù)較為成熟可靠，目前已在全球范圍，尤其是發(fā)達(dá)國家中得到廣泛應(yīng)用[6-10]。王海林等[11]詳細(xì)對比了液體吸收法和SCR法的優(yōu)缺點(diǎn)，得出結(jié)論：采取何種形式的處理方法，一方面取決于廢氣中NOx的含量和氣體組分，另一方面，取決于廢氣的排放制度。

依據(jù)酸洗NOx廢氣的低溫、低塵、高氧化度、高濃度等特點(diǎn)，本文嘗試采用“噴淋吸收+預(yù)熱+換熱+加熱+SCR反應(yīng)+換熱”的工藝，對某鋼廠酸洗線產(chǎn)生的高濃度NOx廢氣進(jìn)行工程實(shí)際處理，結(jié)果顯示脫硝效果優(yōu)異，大大減少了NOx廢氣的排放，由此可產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益和一定的經(jīng)濟(jì)效益，因此該工藝可以作為示范工程，應(yīng)用于NOx廢氣的處理領(lǐng)域。

1. 工藝選擇

1.1. NOx廢氣排放要求

排放煙囪數(shù)據(jù)應(yīng)符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16297-1996中的新污染源大氣污染物排放限值二級排放標(biāo)準(zhǔn)。NOx排放濃度

1.2. 工藝的選擇

1.2.1 混酸酸洗NOx廢氣和燃煤煙氣的區(qū)別

混酸酸洗NOx廢氣和燃煤煙氣存在許多不同點(diǎn)，表1是混酸酸洗NOx廢氣和燃煤煙氣的對比表。

表1混酸酸洗NOx廢氣和燃煤煙氣的區(qū)別

結(jié)合表1中混酸酸洗NOx廢氣和燃煤煙氣的各項(xiàng)比較參數(shù)的區(qū)別，將會(huì)在NOx廢氣的實(shí)際處理工藝上體現(xiàn)差異。

1．排氣溫度

酸洗NOx廢氣的排氣溫度一般最高不會(huì)超過60℃，這就決定了需要通過加熱NOx廢氣的方式來達(dá)到SCR的反應(yīng)溫度區(qū)間。因此，應(yīng)該盡量選擇具有低溫催化性能的催化劑，這樣，可以最大限度的節(jié)省加熱及換熱設(shè)備投資。而燃煤煙氣的排放溫度區(qū)間正好是V/Ti系催化劑的反應(yīng)區(qū)間，因此，無需額外的增加能耗既能夠讓SCR反應(yīng)持續(xù)。

2．含塵量

酸洗時(shí)，脫硝系統(tǒng)收集的廢氣主要來源于外環(huán)境中滲入酸洗槽的空氣和酸洗液本身揮發(fā)及反應(yīng)后分解產(chǎn)生的廢氣，所以，廢氣中的塵含量與外環(huán)境大氣中的塵含量基本相當(dāng)。因此，在酸洗NOx廢氣脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)一般不用考慮催化劑的防塵性能。所以，催化劑的節(jié)距可以設(shè)置的更小。

而在燃煤煙氣中，煤質(zhì)燃燒產(chǎn)生大量的粉塵，這些粉塵和廢氣一并進(jìn)入到脫硝系統(tǒng)。因此，在燃煤煙氣的脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，第一層的催化劑一般需要堅(jiān)硬化或者銳化處理，在SCR反應(yīng)器內(nèi)還需要設(shè)置吹灰裝置，同時(shí)，蜂窩催化劑的節(jié)距一般都比較大，這樣才能基本確保催化劑不被堵塞。

3．NOx濃度

在酸洗NOx廢氣的排放中，根據(jù)酸洗對象的不同，產(chǎn)生的NOx廢氣濃度可能忽高忽低或持續(xù)在高位。因此，在設(shè)計(jì)脫硝設(shè)備時(shí)，需要針對NOx廢氣排放的濃度特征進(jìn)行針對性的考慮。而在燃煤煙氣的排放實(shí)例中，燃煤持續(xù)的在比較均勻的燃燒環(huán)境中燃燒，因此，排放的NOx廢氣濃度也是比較穩(wěn)定的。

4．廢氣中的組分

酸洗NOx廢氣的組分一般比較簡單，主要是HF、NOx、HNO3等。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，HF和HNO3在進(jìn)入SCR系統(tǒng)之前就需要基本完全去除，而SCR系統(tǒng)將被設(shè)計(jì)為專門去除NOx。

燃煤煙氣中除了有NOx之外，還有SOx、CO等其他多種組分。由于SO2和CO等均有可能對NOx的SCR反應(yīng)進(jìn)行干擾，嚴(yán)重的甚至可以引起催化劑的中毒。因此，在催化劑的設(shè)計(jì)時(shí)，也要采用針對性的措施，確保NOx催化反應(yīng)的順利進(jìn)行。

5．NOx氧化度

酸洗廢氣中的NOx氧化度常規(guī)在50%左右，最高可達(dá)90%以上，這是金屬及其氧化物與酸液在一個(gè)強(qiáng)氧化環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)的必然結(jié)果。

在燃煤燃燒過程中，NOx的生成機(jī)理非常復(fù)雜。但是，從總的趨勢來看，由于氣體的溫度比較高，NO2容易分解為NO，同時(shí)，N的“爭氧”能力也不如C、CH等。綜合各種因素之后，最終導(dǎo)致燃煤煙氣中的NOx氧化度一般只有10%左右。

1.2.2酸洗NOx廢氣SCR處理的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1．酸洗NOx廢氣中其他污染物的去除

在酸洗NOx廢氣中，除NOx這個(gè)主要污染因子外，還有HF、HNO3(g)等對環(huán)境有害的污染物。酸洗NOx廢氣中產(chǎn)生的HF濃度在1000mg/m3以下，HNO3(g)濃度在2000mg/m3以下。而兩種氣體都極易溶解于水。因此，常規(guī)的處理工藝都是采用水或者稀堿液來吸收以上兩種污染物，去除率可高達(dá)99%以上。一般采用填料洗滌塔來吸收HF和HNO3。填料洗滌塔的空速控制在0.8~1.8m/s左右，填料可選用高比表面積的規(guī)整填料，比表面積最高可達(dá)500m2/m3，理論塔板數(shù)可達(dá)4~4.5m-1，可節(jié)省塔體高度，提高吸收能力。

2．防結(jié)露與廢氣預(yù)熱及加熱

由于酸洗NOx廢氣的排放溫度一般在常溫(20~60℃)之間，而SCR反應(yīng)的溫度區(qū)間則在200~400℃之間，因此，一般通過換熱器預(yù)升溫后，再通過燃?xì)馍郎鼗蛘唠娂訜嵘郎丶纯蛇_(dá)到反應(yīng)溫度。換熱器內(nèi)的高溫氣體來自SCR反應(yīng)器處理后的尾氣。

板式換熱器的換熱元件一般采用波紋板，板厚在0.6~1.5mm之間，板間距在3~41mm之間自由選擇，總壓損一般在1~3 KPa之間。在同等換熱能力下，板式換熱器的體積和重量均只有管殼式換熱器的1/3左右。

一部分SCR反應(yīng)器處理后的高溫尾氣引入到吸收塔后、換熱器前的管道上，將進(jìn)入換熱器的溫度提高10~30℃左右，從而避免廢氣的濕度飽和，也有效的阻止了結(jié)露。

3．還原劑的選擇

還原劑一般采用氨基，目前，市面上主要有液氨、氨水和尿素三種還原劑。

表2 液氨、氨水和尿素的比較表

注：(1)還原劑價(jià)格為2012年9月份上海市場價(jià)，氨水價(jià)格因地區(qū)差異變動(dòng)較大。

(2)折合氨單價(jià)未考慮原料含雜質(zhì)情況。

通過上表可以看出，液氨的使用要求和管理要求均較高，初始投資也較高，但是運(yùn)行費(fèi)用較低。然而，液氨在使用時(shí)一般不允許用盡，所以當(dāng)液氨采用現(xiàn)場儲(chǔ)罐形式供應(yīng)時(shí)，液氨的使用成本是較低的。而采用液氨鋼瓶供應(yīng)時(shí)，鋼瓶內(nèi)經(jīng)常殘留部分液氨，該部分液氨不允許回收。同時(shí)，液氨對于環(huán)境安全的要求非常高，操作人員也需要具備特種作業(yè)人員的資質(zhì)。因此，在實(shí)際項(xiàng)目中，尿素已經(jīng)逐步成為一種主流的還原劑，廣泛應(yīng)用于各種SCR場合。

4．催化劑的選擇

SCR系統(tǒng)中，催化劑是最關(guān)鍵的核心部分。由于酸洗NOx廢氣具有低溫、微塵、不含SO2及CO等、濃度高或者濃度波動(dòng)大、氧化度高等特點(diǎn)，在催化劑的選擇上，需要盡量選擇低溫型的催化劑，同時(shí)，不用過多的考慮飛灰、SO2等帶來的不利影響。在催化活性上，也要更加傾向于NO和NO2的聯(lián)合去除。

目前商用的催化劑類型主要是蜂窩式催化劑。而蜂窩式又可分為兩種，一種是燃煤電廠經(jīng)常使用的V/Ti系催化劑，一類是上海同濟(jì)科藍(lán)環(huán)保設(shè)備工程有限公司生產(chǎn)的具有低溫特性的GJ-HC型催化劑。下表是兩種催化劑的對比。

表3 兩種蜂窩式催化劑的比較

從表3中可以得出，在酸洗NOx廢氣的SCR處理中，由于無需考慮飛灰影響，因此可選用較低節(jié)距的金屬氧化物蜂窩陶瓷催化劑，提高反應(yīng)空速，降低使用量。同時(shí)，與V/Ti系催化劑相比，金屬氧化物催化劑的最佳反應(yīng)區(qū)間整整降低了100℃，極大的節(jié)省了廢氣加熱所需的能源，同樣的，低溫反應(yīng)也相應(yīng)的延長了設(shè)備的使用壽命。

2. 工藝流程及說明

2.1 工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)某不銹鋼廠的設(shè)計(jì)要求、工程設(shè)計(jì)規(guī)范、能源介質(zhì)條件，并考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。

2.2 設(shè)計(jì)工藝流程

酸洗NOx廢氣從酸洗槽中通過收集管道集中到一根總排管道中，進(jìn)入SCR處理系統(tǒng)。工藝流程圖如圖1所示：

酸洗槽排出的NOx廢氣首先進(jìn)入填料洗滌塔內(nèi)，去除大部分的HF和HNO3之后，通過酸霧風(fēng)機(jī)送入前置預(yù)熱器內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，隨后進(jìn)入氣氣換熱器中進(jìn)行換熱升溫，升溫后的廢氣再通過燃?xì)鉄旒訜岬椒磻?yīng)溫度，此時(shí)，尿素噴入尿素噴射混合器內(nèi)，迅速霧化成細(xì)微顆粒，并在高溫環(huán)境下熱解為NH3和CO2，再與NOx廢氣在四階段混合器內(nèi)進(jìn)行充分的混合之后，繼而進(jìn)入SCR反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行SCR反應(yīng)。反應(yīng)后的尾氣一部分進(jìn)入氣氣換熱器內(nèi)放熱，一部分直接回到前置預(yù)熱器內(nèi)與進(jìn)氣混合。放熱后的尾氣排入煙囪。

圖1 NOx廢氣SCR法處理工藝流程圖

3. 運(yùn)行效果及處理成本說明

3.1 運(yùn)行效果

在SCR系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)?shù)丨h(huán)境監(jiān)測部門對該項(xiàng)目進(jìn)行了監(jiān)測，主要監(jiān)測項(xiàng)目為排氣溫度、標(biāo)干排氣量、NOx濃度及排放速率、HF濃度及排放速率、NH3濃度及排放速率等，結(jié)果見表4。

表4 各監(jiān)測指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果

注：ND，未監(jiān)測到。

3.2 處理成本說明

SCR系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行費(fèi)用見表5，NOx處理費(fèi)用見表6：

表5運(yùn)行費(fèi)用分析表

表6處理費(fèi)用分析表

4．結(jié)論

1.由脫硝系統(tǒng)運(yùn)行工況和實(shí)際運(yùn)行效果來看，脫硝效率及各種相關(guān)參數(shù)都符合設(shè)計(jì)要求。

2.本SCR脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)成熟，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，穩(wěn)定性較好，脫硝效率較高。

3.本項(xiàng)目實(shí)施的意義：大大減少了NOx廢氣的排放，減輕了其對環(huán)境的危害，產(chǎn)生了優(yōu)異的環(huán)境效益；減少了因NOx廢氣產(chǎn)生的污染而花費(fèi)的治理費(fèi)用，間接的產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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篇9

目前RFID技術(shù)正處于迅速上升的時(shí)期，被業(yè)界公認(rèn)為是本世紀(jì)十大技術(shù)之一，RFID商品標(biāo)簽也被認(rèn)為將是今后全球商品交易及物流中采用最廣的技術(shù)之一。但RFID標(biāo)簽的高成本卻制約著這一技術(shù)的普及（RFID標(biāo)簽的成本大約在每枚0.2美元以上）。為了解決這個(gè)關(guān)鍵問題，RFID標(biāo)簽設(shè)計(jì)及制作工作一直在尋找新的途徑。近年來國外已經(jīng)開始有機(jī)RFID標(biāo)簽技術(shù)的研究，并且已經(jīng)取得了很大的成就。采用有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)能夠使IC電路制備在便宜的塑料基底上，進(jìn)行取代硅芯片的方案，最后通過印刷方式進(jìn)行批量生產(chǎn)。據(jù)估計(jì)，這種有機(jī)RFID標(biāo)簽的成本將有望降至0.01～0.02美元甚至更低。作為一個(gè)低成本的選擇方案，有機(jī)RFID將在世界范圍內(nèi)開辟一個(gè)新的市場，與硅片RFID技術(shù)相互補(bǔ)充來滿足市場的需求。

可印刷的RFID

有機(jī)RFID技術(shù)其基本原理同半導(dǎo)體RFID一樣，是利用射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合）傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。系統(tǒng)一般由兩部分組成，即有機(jī)RFID標(biāo)簽（應(yīng)答器）和閱讀器（讀頭）。在實(shí)際應(yīng)用中，有機(jī)電子標(biāo)簽附著在被識(shí)別的物體上，當(dāng)帶有有機(jī)電子標(biāo)簽的被識(shí)別物品通過其可識(shí)讀范圍時(shí)，閱讀器自動(dòng)以無接觸的方式將有機(jī)電子標(biāo)簽中的約定識(shí)別信息取出，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別物品或自動(dòng)收集物品標(biāo)志信息的功能。有機(jī)RFID技術(shù)除了具有半導(dǎo)體RFID技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以外，還具有便宜、厚度可以非常薄等特點(diǎn)，可以制成柔性電子標(biāo)簽，使用時(shí)可以隨意粘貼，不受軟硬度及厚度等限制，將來可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理、軍事物流等眾多領(lǐng)域。

有機(jī)RFID標(biāo)簽

有機(jī)RFID作為一種新事物，是有機(jī)半導(dǎo)體和RFID技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。有機(jī)RFID標(biāo)簽的工作原理、結(jié)構(gòu)、功能及頻譜劃分等與無機(jī)RFID相比并沒有太大的區(qū)別，二者主要的區(qū)別在于材料和加工工藝的不同。無機(jī)RFID標(biāo)簽的芯片部分需要通過復(fù)雜及昂貴的IC工藝在硅片上制備出來，然后再與天線部分集成在一起構(gòu)成完整的標(biāo)簽。而有機(jī)RFID標(biāo)簽則力圖全部通過印刷技術(shù)，用金屬和有機(jī)物墨水把天線和芯片直接制備在同一襯底上，因?yàn)椴捎昧擞∷㈦娮蛹夹g(shù)，有機(jī)薄膜晶體管能夠使電路制備在便宜的塑料基底上，通過卷對卷（R2R）印刷技術(shù)批量生產(chǎn)有機(jī)RFID標(biāo)簽，這樣制作工藝將得到簡化，成本也將大大地降低。據(jù)Nature Materials Commentary雜志報(bào)導(dǎo)，全有機(jī)的RFID標(biāo)簽成本將降至每枚0.01～0.02美元。如果有機(jī)RFID技術(shù)成熟的話，Nature期刊所設(shè)想的一種產(chǎn)品可能將大量進(jìn)入市場: 這種產(chǎn)品將顯示部件、傳感部件和RFID標(biāo)簽集中于一種商品上。這樣對每件商品，消費(fèi)者可以直接知道其保鮮度、顏色、溫度等有關(guān)質(zhì)量信息。

有機(jī)RFID標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)在組成上與無機(jī)RFID標(biāo)簽并無多大差異。RFID標(biāo)簽主要由天線、整流器、IC芯片及負(fù)載調(diào)節(jié)器部分組成。讀寫器將要發(fā)送的信息，經(jīng)編碼后載在某一頻率的載波信號上經(jīng)天線向外發(fā)送，進(jìn)入閱讀器工作區(qū)域的電子標(biāo)簽接收此脈沖信號，卡內(nèi)芯片中的有關(guān)電路對此信號進(jìn)行調(diào)制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權(quán)限等進(jìn)行判斷。若讀命令，控制邏輯電路則從存儲(chǔ)器中讀取有關(guān)信息，經(jīng)加密、編碼、調(diào)制后通過卡內(nèi)天線再發(fā)送給閱讀器， 最后閱讀器對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)、解碼、解密后送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。因此有機(jī)RFID技術(shù)的發(fā)展還將得益于多項(xiàng)技術(shù)的綜合發(fā)展。所涉及的關(guān)鍵技術(shù)大致包括: 有機(jī)半導(dǎo)體技術(shù)、芯片技術(shù)、天線技術(shù)、無線收發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)變換與編碼技術(shù)、電磁傳播技術(shù)等。

RFID標(biāo)簽按其發(fā)射方式可分為反射式和發(fā)射式兩種。反射式（通常為無源標(biāo)簽所采用）將閱讀器發(fā)射的高頻信號經(jīng)過標(biāo)簽內(nèi)產(chǎn)生的識(shí)別信號調(diào)制后，形成的已調(diào)信號反射發(fā)送到閱讀器中。閱讀器將接收到已調(diào)信號，并解調(diào)出識(shí)別信號進(jìn)行識(shí)別。發(fā)射式（通常為有源標(biāo)簽采用）射頻卡內(nèi)有高頻載波發(fā)生電路，該電路產(chǎn)生高頻載波，并被卡內(nèi)產(chǎn)生的識(shí)別信號調(diào)制，調(diào)制后的已調(diào)信號發(fā)送到閱讀器中。

美國的3M公司早在2003年就采用并五苯(Pentacene)等高性能的導(dǎo)電材料制作了儲(chǔ)存信息量為1位，頻率為125KHz的并五苯RFID標(biāo)簽。電路部分幾乎全部采用有機(jī)薄膜晶體管制作而成。有機(jī)射頻卡電路是屬于反射式的，7環(huán)振蕩器和或非門構(gòu)成識(shí)別信號發(fā)生電路，產(chǎn)生振蕩脈沖識(shí)別信號，調(diào)制閱讀器發(fā)出的高頻信號，并反射給閱讀器，閱讀器接收到已調(diào)信號，并解調(diào)出識(shí)別信號進(jìn)行識(shí)別。有機(jī)RFID應(yīng)答器的電路部分包括脈沖識(shí)別信號產(chǎn)生電路、緩沖放大電路及射頻信號調(diào)制電路。

儲(chǔ)存信息量大的有機(jī)RFID標(biāo)簽則需要加入儲(chǔ)存電路部分。在這方面德國PolyIC已經(jīng)做出了驚人的成果。成功開發(fā)出32和64字節(jié)內(nèi)存的有機(jī)RFID產(chǎn)品，除天線部分外，調(diào)制電路、儲(chǔ)存電路和邏輯控制電路等內(nèi)部電路均使用有機(jī)材料，集成了數(shù)百上千個(gè)有機(jī)薄膜晶體管。

有機(jī)薄膜晶體管

有機(jī)薄膜晶體管物理特性的提高導(dǎo)致采用有機(jī)薄膜晶體管代替無機(jī)薄膜晶體管（主要采用硅制造）作為大規(guī)模集成電路中的主要部件，是導(dǎo)致有機(jī)RFID的誕生及帶動(dòng)有機(jī)RFID迅速發(fā)展的主要關(guān)鍵技術(shù)之一。

有機(jī)薄膜晶體管的誕生

過去十多年來，具有光電特性的有機(jī)導(dǎo)電分子，以及高分子材料研發(fā)中有許多突破性的進(jìn)展。這些具有光電性質(zhì)的有機(jī)材料，不論是小分子、聚合物或是高分子聚合物，往往可以吸收、發(fā)射可見光及光電性質(zhì)，進(jìn)而催生出不同的應(yīng)用，其中最重要的包括有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light Emitting Diode，簡稱OLED）、有機(jī)薄膜晶體管（Organic Thin Film Transistors，簡稱OTFT）。有機(jī)薄膜晶體管從廣義上來說是將傳統(tǒng)無機(jī)晶體管中的半導(dǎo)體層，用有機(jī)材料來取代，并進(jìn)一步以有機(jī)導(dǎo)體與塑料基板來取代無機(jī)導(dǎo)體和玻璃基板，完成可撓曲的有機(jī)薄膜晶體管。

在傳統(tǒng)的MOS組件制造上，一般是利用無機(jī)半導(dǎo)體材料硅作為主要材料。一般而言，硅是一種三度空間的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，強(qiáng)大的鍵能使得硅原子間形成緊密的三度空間聚集結(jié)構(gòu)，具有寬闊的價(jià)帶和導(dǎo)帶，從而具有相當(dāng)高的載流子遷移率。但是這種晶粒排列需要高溫、高成本的沉積方式來完成。

在有機(jī)半導(dǎo)體方面，包含小分子和高分子，從化學(xué)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)來看，都含有非定域(delocalize)的π共軛電子; 且由其最高已占分子軌道(Highest Occupied Molecular Orbital，HOMO)及最低未占分子軌道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，LUMO)的差距，可定義其為半導(dǎo)體或?qū)w。在形成半導(dǎo)體層時(shí)，分子多以集團(tuán)方式存在，分子與分子間僅以微弱的凡得華力相聯(lián)系，所以有機(jī)物的電特性，主要是由分子本身的結(jié)構(gòu)來決定。因此，如果分子間排列不夠完整，有機(jī)物的載流子傳輸就受限于分子間的傳導(dǎo)，而非分子本身共軛結(jié)構(gòu)的完整性，也因?yàn)榉肿娱g的鍵結(jié)合力小，相較于無機(jī)晶體，有機(jī)物的價(jià)帶與導(dǎo)帶就顯得相對狹窄; 有機(jī)分子載流子遷移率，其值可能偏小一些。但自從Koezuka等在1986年報(bào)道了基于電化學(xué)聚合的聚唾吩O(shè)FET（OTFT）器件，一般被認(rèn)為是真正意義上的可應(yīng)用于有機(jī)電子電路的基本單元器件，同時(shí)也被看做是第一次有關(guān)OFET器件的報(bào)道，從那時(shí)到現(xiàn)在短短的二十幾年時(shí)間里，有機(jī)薄膜晶體管的研究取得了巨大的進(jìn)展，其可以應(yīng)用于集成電路中有機(jī)薄膜晶體管的遷移率已經(jīng)提高到5cm2/Vs，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非晶硅的遷移率（大約1cm2/Vs）。

有機(jī)薄膜晶體管擁有傳統(tǒng)無機(jī)薄膜晶體管不可比擬的優(yōu)點(diǎn): 有機(jī)材料可利用溶液進(jìn)行大面積旋涂、打印，降低制作的成本。相對于無機(jī)材料，有機(jī)材料可以在較低溫的條件下制作， 因此可選擇耐熱性較差的塑料基板，以制造質(zhì)輕、具韌性、可撓曲的電子器件。可撓基底、低成本、低溫制程，使得OTFT 可以應(yīng)用于低成本、大面積的軟性電子產(chǎn)品的機(jī)會(huì)大大提升。 例如作為開關(guān)元件應(yīng)用于大面積有源矩陣平板顯示領(lǐng)域AMLCD、AMOLED以及傳感器陣列,在需要柔性襯底的大規(guī)模集成電路中的應(yīng)用，包括智能卡、智能價(jià)格及庫存標(biāo)簽、無線射頻識(shí)別標(biāo)簽、商品防盜標(biāo)簽以及電子條形碼等。

有機(jī)薄膜晶體管的基本原理

人們通常把半導(dǎo)體導(dǎo)電能力隨電場而變化的現(xiàn)象稱為“場效應(yīng)”。晶體管是一種三端子有源器件。它可以分為雙極型晶體管與單極型晶體管。場效應(yīng)晶體管是單極型晶體管中的一種。按載流子傳輸通道可分為表面場效應(yīng)晶體管和體內(nèi)場效應(yīng)晶體管兩種，前者又分為MESFET(Metal-Semiconductor FET)和MISFET / MOSFET ( Metal-Insulator-Semiconductor FET /Metal-Oxide-Semiconductor FET )，后者又稱結(jié)型柵場效應(yīng)晶體管(Junction-FET， JFET) 。 有機(jī)場效應(yīng)晶體管是利用有機(jī)半導(dǎo)體作為器件的有源制備的一種MOSFET。由于有機(jī)場效應(yīng)晶體管一般作為薄膜形式的器件，因此也被稱為有機(jī)薄膜晶體管。

有機(jī)薄膜晶體管基本上如同MOS晶體管一樣，是由一個(gè)柵極（Gate）、一個(gè)源極（Source）、一個(gè)漏極（Drain）的三端點(diǎn)電子組件組成。在MOS晶體管的三端點(diǎn)里，源極通常接地，而讓整個(gè)MOS晶體管的操作，由VGS(柵極電壓)與VDS(漏極電壓)來主導(dǎo)。其中VGS(柵極電壓)的大小將決定此晶體管的開關(guān)狀態(tài)，VDS(漏極電壓)則決定當(dāng)晶體管處于“開”的狀態(tài)時(shí)，流經(jīng)漏極，溝道(Channel)和源極的電流大小。按照產(chǎn)生的導(dǎo)電溝道的不同有機(jī)薄膜晶體管又可以分為n型、p型和雙極型。

研究近況及市場概況

目前世界各國都認(rèn)為有機(jī)RFID市場前景巨大。至于技術(shù)的發(fā)展，目前全球都還在探索階段。各國家、地區(qū)和機(jī)構(gòu)紛紛加大研發(fā)力度，尤其各國已經(jīng)有專門的公司進(jìn)行相關(guān)項(xiàng)目的投資。比如，美國Organic ID、IBM和德國PolyIC等公司。

美國的3M公司用一種便宜的導(dǎo)電塑料來替代傳統(tǒng)的硅晶體材料，這種材料名叫并五苯(Pentacene)。根據(jù)該公司公布的消息，利用并五苯作為芯片半導(dǎo)體材料的標(biāo)簽已經(jīng)可以被幾厘米外的讀取裝置識(shí)別。

OrganicID（Weyerhaeuser公司的子公司，主要生產(chǎn)可印刷的RFID塑料標(biāo)簽）計(jì)劃設(shè)計(jì)制作一種高分子標(biāo)簽，其工作頻率為13.56MHz。 2004年該公司已經(jīng)申請了有關(guān)NQS模式的低性能晶體管電路設(shè)計(jì)技術(shù)方面的專利。到了2004年12月份，該公司宣稱制作出了已經(jīng)滿足17MHz工作頻率的一種有機(jī)RFID標(biāo)簽。

2006年，德國PolyIC GmbH & Co.KG開發(fā)出了使用印刷和卷對卷技術(shù)生產(chǎn)的有機(jī)無線射頻識(shí)別標(biāo)簽，為數(shù)據(jù)保存集成了8位RFID標(biāo)簽，集成了數(shù)百個(gè)有機(jī)晶體管，有機(jī)晶體管使用的半導(dǎo)體為Poly-3-alkylthiophene（P3AT）。制作完成10個(gè)月后其特性仍未出現(xiàn)下降。因此，該公司認(rèn)為這種無線標(biāo)簽?zāi)軌虼_保1年以上的元件壽命。

2007年6月，PolyIC又開發(fā)出32位和64位存儲(chǔ)有機(jī)RFID標(biāo)簽，工作頻率為13.56MHz。

另外近期有機(jī)整流器方面也有較大的突破。比利時(shí)微電子研究中心（IMEC）于2006年已開發(fā)出激活無源RFID標(biāo)簽的有機(jī)整流二極管，該二極管的工作頻率高達(dá)50 MHz。

日前韓國順天（Sunchon）國立大學(xué)化學(xué)工程學(xué)教授Cho Kyu-jin和他的開發(fā)團(tuán)隊(duì)利用百分之百的有機(jī)傳導(dǎo)材料開發(fā)出了一款芯片，這款新開發(fā)的芯片可以用來制造無線射頻識(shí)別技術(shù)產(chǎn)品。利用噴墨打印技術(shù)，最終將生產(chǎn)出的無線射頻識(shí)別技術(shù)產(chǎn)品的成本減少為十分之一，將每個(gè)識(shí)別標(biāo)簽的價(jià)格降至0.004美元。

美國市場研究公司NanoMarkets稱，目前在印刷電子市場，RFID占的份額基本上可以忽略不計(jì)，但到2014年將增長到30％。NanoMarkets表示，2012年有機(jī)RFID市場將達(dá)到45億美元。2015年，使用有機(jī)電路的RFID市場規(guī)模將達(dá)到116億美元。

目前，采用有機(jī)RFID標(biāo)簽的應(yīng)用已經(jīng)在國外出現(xiàn)，剛剛結(jié)束的2007年德國有機(jī)電子大會(huì)(OEC-07)成功地在其大會(huì)票證上采用了印刷式有機(jī)RFID標(biāo)簽。標(biāo)簽內(nèi)存為4個(gè)字節(jié)，運(yùn)行頻率為13.56MHz，由PolyIC提供。PolyIC稱其兩款印刷式有機(jī)RFID標(biāo)簽?zāi)壳罢糜谝恍┰圏c(diǎn)項(xiàng)目，用量達(dá)10萬個(gè)。

自從1997年第一個(gè)完全由高分子制備的有機(jī)RFID標(biāo)簽誕生以來，有機(jī)RFID技術(shù)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室取得巨大的進(jìn)步。歐美各國宣稱，有機(jī)RFID技術(shù)將很快走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入市場，與無機(jī)RFID相媲美。目前，部分銷售打印有機(jī)RFID標(biāo)簽的公司在國外已經(jīng)開始出現(xiàn)。近期發(fā)展趨勢雖然還是以發(fā)展無機(jī)RFID技術(shù)為主，但從長遠(yuǎn)發(fā)展看，有機(jī)RFID有可能成為將來主導(dǎo)各行業(yè)信息處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。

應(yīng)用前景廣闊

面對新穎的有機(jī)RFID技術(shù)，歐美等大國一如既往地追逐及投資具有巨大市場潛力的新技術(shù)，新加坡及韓國都已明確指出要重點(diǎn)發(fā)展包括有機(jī)電子標(biāo)簽技術(shù)及應(yīng)用的項(xiàng)目，而中國的大部分企業(yè)一直處于觀望的狀態(tài)，雖然目前已經(jīng)開始嘗試無機(jī)RFID在一些領(lǐng)域的應(yīng)用示范，但在技術(shù)基礎(chǔ)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美各國，加之標(biāo)準(zhǔn)待確立和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，諸多因素制約著RFID技術(shù)在中國這個(gè)世界最具潛力的消費(fèi)市場難以大規(guī)模運(yùn)行。如果有機(jī)RFID的研究及應(yīng)用方面遲遲不肯投資，在未來新崛起的有機(jī)RFID產(chǎn)業(yè)里又必將落后于歐美、日韓和新加坡等國。只有在快要占領(lǐng)市場的有機(jī)RFID技術(shù)方面盡早投入，將來才可能分得一杯羹。

鏈接

RFID的發(fā)展歷程

RFID技術(shù)其實(shí)是繼承了雷達(dá)的概念，并由此發(fā)展出的一種生機(jī)勃勃的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。1948年哈里•斯托克曼發(fā)表的“利用反射功率的通信”奠定了RFID的理論基礎(chǔ)。 20世紀(jì)中期無線電技術(shù)的理論與應(yīng)用研究是科學(xué)技術(shù)發(fā)展最重要的成就之一。

RFID技術(shù)的發(fā)展可按10年期劃分如下:

1941～1950年。雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了RFID技術(shù)，1948年奠定了RFID技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

1951～1960年。早期RFID技術(shù)的探索階段，主要是實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究。

1961～1970年。RFID技術(shù)的理論得到了發(fā)展，開始了一些應(yīng)用嘗試。

1971～1980年。RFID技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個(gè)大發(fā)展時(shí)期，各種RFID技術(shù)測試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的RFID應(yīng)用。

1981～1990年。RFID技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段，各種規(guī)模的應(yīng)用開始出現(xiàn)。

1991～1997年。RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨得到重視，RFID產(chǎn)品得到廣泛采用，RFID產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。

1997年，第一個(gè)完全由高分子制備的有機(jī)RFID標(biāo)簽誕生。

2000年，RFID標(biāo)準(zhǔn)化文件出現(xiàn)。

篇10

化學(xué)學(xué)科知識(shí)與化學(xué)學(xué)科文化之間具有密切的聯(lián)系。一方面，化學(xué)學(xué)科知識(shí)的發(fā)展是化學(xué)學(xué)科文化產(chǎn)生的基礎(chǔ)和存在的依據(jù)，并豐富了化學(xué)學(xué)科文化。如人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，經(jīng)歷了道爾頓實(shí)心模型、湯姆遜糕棗模型、盧瑟福行星模型、玻爾模型和量子力學(xué)模型等，在其發(fā)展過程中不但發(fā)展了原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)和理論，其“依據(jù)事實(shí)-提出假設(shè)-抽象建模-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的研究思想和方法也豐富了化學(xué)學(xué)科文化；人類對酸堿的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了樸素酸堿概念、酸堿電離理論、酸堿溶劑理論、酸堿質(zhì)子理論、酸堿電子理論和軟硬酸堿理論等發(fā)展過程，豐富了“堅(jiān)韌不拔、不斷求索”的化學(xué)學(xué)科精神。另一方面，化學(xué)學(xué)科文化是維系學(xué)科學(xué)術(shù)共同體的基石，也是化學(xué)學(xué)科知識(shí)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。學(xué)科共同體成員堅(jiān)信化學(xué)學(xué)科是造福人類的，追求人與自然、社會(huì)和諧發(fā)展的價(jià)值取向，遵循化學(xué)學(xué)科研究的行為規(guī)范，以偉大的化學(xué)家為榜樣，不斷探索化學(xué)科學(xué)的真諦，使化學(xué)學(xué)科知識(shí)得以豐富和發(fā)展。如新元素的發(fā)現(xiàn)、稀有氣體化合物的合成等，正是化學(xué)科學(xué)方法得以科學(xué)應(yīng)用所取得的成果。從哲學(xué)意義上說，學(xué)科價(jià)值是指學(xué)科對人類的有用性。這種學(xué)科的有用性包括了理論與實(shí)踐上的有用性，個(gè)體與社會(huì)層面上的有用性等等，不同的學(xué)科有用性反映了不同的學(xué)科價(jià)值，形成學(xué)科之間區(qū)別的重要標(biāo)志。化學(xué)是理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合、基礎(chǔ)和創(chuàng)新并重的學(xué)科。化學(xué)學(xué)科的價(jià)值主要體現(xiàn)的兩個(gè)方面，一是通過揭示客觀事物的變化運(yùn)動(dòng)規(guī)律而得到價(jià)值體現(xiàn)，二是通過創(chuàng)造和識(shí)別能服務(wù)于人類社會(huì)發(fā)展的新物質(zhì)而得到價(jià)值體現(xiàn)的。

1.2思維方法和語言系統(tǒng)

學(xué)科方法實(shí)際上是學(xué)科內(nèi)開展科學(xué)研究的基本方式與途徑，不同的學(xué)科往往以不同的方法論指導(dǎo)學(xué)科內(nèi)開展科學(xué)研究，形成了不同學(xué)科之間思維方式的差異。學(xué)科方法（也可以說成是學(xué)科共同體成員的思維方式）是學(xué)科文化的內(nèi)核，是學(xué)科共同體所有成員特有的研究和思維方式。化學(xué)學(xué)科研究方法主要有觀察法、科學(xué)實(shí)驗(yàn)法、歸納法、數(shù)學(xué)方法、假說與模型等等。化學(xué)學(xué)科共同體成員習(xí)慣于根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，進(jìn)行歸納概括、抽象推理的思維，習(xí)慣于從實(shí)物粒子的微觀結(jié)構(gòu)視角揭示物質(zhì)變化本質(zhì)的思維；習(xí)慣于關(guān)注環(huán)境因素對體系狀態(tài)和性質(zhì)影響的思維；習(xí)慣于提出假設(shè)、建構(gòu)模型、實(shí)驗(yàn)論證的思維。化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法在化學(xué)學(xué)科方法中具有特殊的地位。化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為主要研究方法的基礎(chǔ)科學(xué)，即使是計(jì)算化學(xué)迅速發(fā)展的今天，化學(xué)實(shí)驗(yàn)依然是檢驗(yàn)化學(xué)原理和計(jì)算結(jié)構(gòu)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。正如化學(xué)教育家傅鷹先生所說，只有實(shí)驗(yàn)才是化學(xué)的最高法庭。語言是文化的產(chǎn)物、載體和現(xiàn)象，是思維的物質(zhì)外殼與呈現(xiàn)形式，是學(xué)科文化的窗口。每一學(xué)科獨(dú)特的思維方式?jīng)Q定了其獨(dú)特的語言方式或言語體系，學(xué)科共同體成員用這些專業(yè)言語體系進(jìn)行學(xué)術(shù)上、思想上和情感上的交流，傳遞建立在學(xué)科知識(shí)和信仰體系之上的宇宙觀、人生觀和知識(shí)觀。化學(xué)學(xué)科在發(fā)展過程中形成和豐富了自身學(xué)科語言。化學(xué)語言主要包括文字語言、符號語言和圖表語言等。普適、通用和簡捷的化學(xué)語言，能將眾多的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、組成、變化和性質(zhì)等化學(xué)事實(shí)表達(dá)出來（如化學(xué)符號CO，表達(dá)了一氧化碳分子的組成、共價(jià)鍵成鍵情況、孤對電子數(shù)目等信息）。化學(xué)學(xué)科共同體成員用化學(xué)語言表示物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性能及其變化規(guī)律，化學(xué)語言是化學(xué)學(xué)科共同體成員進(jìn)行化學(xué)思維、學(xué)術(shù)和思想交流不可缺少的工具和中介。

1.3化學(xué)研究和教學(xué)行為習(xí)慣

學(xué)科研究和學(xué)科教學(xué)是學(xué)科最主要的學(xué)術(shù)活動(dòng)形式，學(xué)科研究習(xí)慣和學(xué)科教學(xué)行為不但是學(xué)科文化的重要要素，更是學(xué)科文化傳承和發(fā)展的基本保障。學(xué)科共同體成員的學(xué)科教學(xué)與研究習(xí)慣具有一致性，正是這種一致性保證了學(xué)科及其學(xué)科文化的延續(xù)和發(fā)展。學(xué)科共同體成員在長期的學(xué)術(shù)研究和教學(xué)過程中，學(xué)科知識(shí)和觀點(diǎn)逐漸內(nèi)化成學(xué)科成員的學(xué)識(shí)和信仰，逐漸改變著個(gè)人的人生觀和價(jià)值觀。伴隨著學(xué)科知識(shí)的獲取和傳授，學(xué)科文化就在不知不覺中深深地影響著所有學(xué)科共同體成員的思想、規(guī)范、行為和習(xí)慣等，并成為他們參加社會(huì)生活的重要經(jīng)驗(yàn)和手段。化學(xué)教學(xué)是由教師的教和學(xué)生的學(xué)所組成的雙邊活動(dòng)。在教師有目的、有計(jì)劃、有組織的指導(dǎo)下，學(xué)生掌握系統(tǒng)的化學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展能力，形成一定的學(xué)科素養(yǎng)和社會(huì)所期望的道德品質(zhì)。化學(xué)教學(xué)行為體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科前輩們進(jìn)行研究和教學(xué)的行為習(xí)慣，化學(xué)教學(xué)行為能夠內(nèi)化為學(xué)生的行為習(xí)慣。化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)和價(jià)值觀點(diǎn)一定程度上決定著化學(xué)研究和教學(xué)行為習(xí)慣。化學(xué)服務(wù)于人類社會(huì)發(fā)展的價(jià)值取向，促使化學(xué)研究和教學(xué)關(guān)注化學(xué)在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用；化學(xué)研究著力解決生產(chǎn)、生活和社會(huì)發(fā)展中的問題，化學(xué)教學(xué)關(guān)注對學(xué)生應(yīng)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)；化學(xué)揭示客觀事物本質(zhì)及其規(guī)律的價(jià)值取向，要求化學(xué)研究應(yīng)具有懷疑的、思辨的品質(zhì)，促使化學(xué)教學(xué)教真實(shí)的化學(xué)、有用的化學(xué)，重視實(shí)驗(yàn)探究在化學(xué)研究和教學(xué)中的作用；而“化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)的科學(xué)”這一學(xué)科特點(diǎn)也同樣決定了化學(xué)研究必須以實(shí)驗(yàn)為主要研究手段，化學(xué)教學(xué)也應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主要方式的探究學(xué)習(xí)。

2化學(xué)學(xué)科文化的育人功能

教育既是一個(gè)知識(shí)傳授的過程，又是一個(gè)文化育人的過程。這就表明學(xué)科教育存在兩個(gè)維度，一是知識(shí)維度，即以知識(shí)為中心，追求知識(shí)的系統(tǒng)性、理論體系的完備性，把對事物的認(rèn)識(shí)作為主要目的的教育。二是文化維度，即以文化為中心，在知識(shí)教育基礎(chǔ)上關(guān)注文化，使學(xué)科教育成為關(guān)注學(xué)生如何適應(yīng)社會(huì)并成為全面發(fā)展的人的教育。學(xué)科文化是教育最主要的文化資源、最基本的教育內(nèi)容。從文化視角研究和探索學(xué)科教育思想、方法，可以豐富、發(fā)展和完善當(dāng)前的教育理論，有助于開闊教學(xué)的視野，優(yōu)化師生的知識(shí)結(jié)構(gòu)。今天的化學(xué)教育已經(jīng)不單純是化學(xué)知識(shí)的教育，通過化學(xué)課程的實(shí)施，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和人文精神是化學(xué)教育的最終目標(biāo)。作為中學(xué)課程結(jié)構(gòu)中科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)科目的化學(xué)，既是一種科學(xué)知識(shí)體系，又是一個(gè)教育科目。這就決定了化學(xué)學(xué)科的知識(shí)體系，既必須符合科學(xué)知識(shí)本身的規(guī)律，又要符合學(xué)生的學(xué)習(xí)與認(rèn)知規(guī)律，符合學(xué)校的教學(xué)規(guī)律。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》明確要求，要在人類文化背景下構(gòu)建化學(xué)課程體系，理解化學(xué)課程的人文內(nèi)涵，發(fā)揮化學(xué)課程對培養(yǎng)學(xué)生人文精神的重要作用；要在化學(xué)課程實(shí)施中，結(jié)合人類探索物質(zhì)及其變化的歷史與現(xiàn)代化學(xué)科學(xué)發(fā)展的趨勢，引導(dǎo)學(xué)生形成科學(xué)的世界觀；要從學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)和將要經(jīng)歷的社會(huì)生活實(shí)際出發(fā)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)與人類生活的密切關(guān)系，關(guān)注人類面臨的與化學(xué)相關(guān)的社會(huì)問題，培養(yǎng)其社會(huì)責(zé)任感、參與意識(shí)和決策能力；要通過化學(xué)課程的實(shí)施，讓學(xué)生養(yǎng)成務(wù)實(shí)求真、勇于創(chuàng)新、積極實(shí)踐的科學(xué)態(tài)度。因此，化學(xué)學(xué)科文化的育人功能是指化學(xué)學(xué)科文化主體、學(xué)科文化場域，以及包括知識(shí)理論體系、學(xué)科價(jià)值體系等在內(nèi)的學(xué)科文化核心要素，對學(xué)生理想人格的塑造、價(jià)值觀念的形成、思維方式與行為習(xí)慣的養(yǎng)成等方面施加影響的能力[5~7]。化學(xué)學(xué)科文化中的價(jià)值取向、思維方式、行為規(guī)范、語言系統(tǒng)等都是豐富的教育資源，對于學(xué)生的成長和發(fā)展具有重要的定向和規(guī)范作用。在中學(xué)化學(xué)課程實(shí)施中，在重視化學(xué)學(xué)科知識(shí)的教育意義的同時(shí)，關(guān)注化學(xué)學(xué)科知識(shí)背后潛藏的文化背景和價(jià)值體系的教育意義，既能引導(dǎo)學(xué)生思維和行為方式的養(yǎng)成，又能培養(yǎng)他們形成認(rèn)識(shí)世界的科學(xué)態(tài)度與高尚理想人格，從而提高綜合素質(zhì)。

2.1運(yùn)用化學(xué)學(xué)科文化，塑造學(xué)生的理想人格

人格是人的內(nèi)在品質(zhì)結(jié)構(gòu)與外部行為方式的一種相對穩(wěn)定的個(gè)性綜合特征。人格既是個(gè)人所獨(dú)有的特質(zhì)，又是個(gè)人經(jīng)社會(huì)化所獲得的整體，具有鮮明的時(shí)代特征。當(dāng)代學(xué)生的理想人格應(yīng)該包括“有理想、有信念，具有與時(shí)俱進(jìn)的人生觀和價(jià)值觀；既具有良好的自我意識(shí)和獨(dú)立能力，又具有良好的團(tuán)隊(duì)精神和和諧的人際關(guān)系；能積極參與社會(huì)實(shí)踐，勇于開拓創(chuàng)新，具有強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感”等。學(xué)生人格的塑造事關(guān)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，基礎(chǔ)教育承載著幫助學(xué)生建構(gòu)既適應(yīng)時(shí)代的需求又不失學(xué)生個(gè)性特色的理想人格的任務(wù)。徐光憲先生曾經(jīng)說“化學(xué)是一門承上啟下的中心學(xué)科”。他認(rèn)為科學(xué)可按照它的研究對象由簡單到復(fù)雜的程度分為上游、中游和下游。數(shù)學(xué)、物理學(xué)是上游，化學(xué)是中游，生命、材料、環(huán)境、能源等朝陽科學(xué)是下游。化學(xué)是中心科學(xué)，是從上游到下游的必經(jīng)之地。盡管今天的化學(xué)看上去沒有那些學(xué)科炫耀和光彩，卻始終默默地發(fā)揮著本學(xué)科必不可少的作用。化學(xué)學(xué)科發(fā)展的終極目標(biāo)是促進(jìn)人類社會(huì)發(fā)展。從生產(chǎn)生活實(shí)踐中孕育產(chǎn)生的化學(xué)科學(xué)，從誕生之日起就深深打上了服務(wù)于人類社會(huì)的烙印，化學(xué)學(xué)科共同體成員在化學(xué)學(xué)科中所進(jìn)行的研究都是以服務(wù)于人類社會(huì)為終極目標(biāo)的。化學(xué)學(xué)科不僅與人類的衣、食、住、行等方面密切相關(guān)，而且通過與相關(guān)學(xué)科的滲透、交叉與融合而產(chǎn)生了眾多新興的應(yīng)用性更強(qiáng)的學(xué)科和研究領(lǐng)域，其成果應(yīng)用極大地推動(dòng)了人類社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展，并造福了人類。化學(xué)學(xué)科服務(wù)于社會(huì)發(fā)展的價(jià)值取向能夠有效地塑造學(xué)生報(bào)效社會(huì)的價(jià)值觀，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和使命感。在化學(xué)科學(xué)發(fā)展進(jìn)程中，許多化學(xué)家為化學(xué)科學(xué)的發(fā)展做出了杰出的貢獻(xiàn)，他們?yōu)榭茖W(xué)而獻(xiàn)身的事跡是化學(xué)學(xué)科價(jià)值的核心內(nèi)容。化學(xué)家們的事跡是我們進(jìn)行學(xué)科文化教育，塑造學(xué)生理想人格的重要資源，門捷列夫?qū)υ刂芷诒淼木幹啤⒕永锓驄D對放射元素鐳的發(fā)現(xiàn)、候德榜制堿工藝的發(fā)明，無一不閃爍著為科學(xué)進(jìn)步和為社會(huì)發(fā)展堅(jiān)持信仰、勇于創(chuàng)新、不懈追求的人格力量。而化學(xué)學(xué)科所取得的每一進(jìn)步，都體現(xiàn)著“在爭論中堅(jiān)持追求、在合作中取得創(chuàng)新、在堅(jiān)守中獲得成功”的特點(diǎn)，更能對學(xué)生進(jìn)行理想人格的塑造。

2.2運(yùn)用化學(xué)學(xué)科文化，培養(yǎng)學(xué)生的思維方法

不同的學(xué)科中有著各自公認(rèn)的觀察問題、分析問題和解決問題的方式及衡量標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)，在耳濡目染中習(xí)得了該學(xué)科文化定的感知、思維和行為模式，即學(xué)會(huì)了本學(xué)科特有的觀察問題、分析問題和解決問題的方式，形成了該學(xué)科特定的專業(yè)習(xí)性。學(xué)生在學(xué)科學(xué)習(xí)中形成的學(xué)科習(xí)性不僅限于專業(yè)領(lǐng)域之內(nèi)觀察問題與分析問題的方式，也會(huì)（自覺或不自覺地）影響到學(xué)生觀察社會(huì)和世界的方式。化學(xué)科學(xué)形成和發(fā)展過程中經(jīng)常運(yùn)用的、具有化學(xué)學(xué)科特征的化學(xué)科學(xué)研究方法是很好的培養(yǎng)學(xué)生思維方式的素材。化學(xué)在研究客觀事物及其變化、創(chuàng)造和識(shí)別物質(zhì)的過程中，運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、分析比較、假說、建模、概括、歸納和抽象演繹等科學(xué)方法，推動(dòng)了化學(xué)科學(xué)的發(fā)展。例如，化學(xué)對物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)所經(jīng)歷的“歸納事實(shí)提出假設(shè)建構(gòu)模型發(fā)現(xiàn)新的事實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證……”的發(fā)展模式，化學(xué)原理和理論發(fā)現(xiàn)（如酸堿理論的發(fā)展）經(jīng)歷的“歸納實(shí)驗(yàn)事實(shí)提出理論假設(shè)實(shí)踐檢驗(yàn)……”的發(fā)展歷程，都是化學(xué)教育的重要內(nèi)容。這一整套科學(xué)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練過程，使得學(xué)生在掌握學(xué)科知識(shí)的同時(shí)，不斷內(nèi)化形成看待問題的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫹治瞿芰退急娴膶?shí)證精神。因此，在化學(xué)學(xué)習(xí)中形成和發(fā)展的科學(xué)思維方法，不僅有利于化學(xué)學(xué)習(xí)，而且更能夠?yàn)閷W(xué)生的終身發(fā)展服務(wù)。