前言

化學工業自出現以來,為人類創造了巨大財富。但是,往往涉及易燃、易爆、有毒、有害等非安全化學品的生產、儲存、運輸和使用,且有些反應在高溫、高壓等危險條件下進行,故而存在巨大的安全隱患。從化學工業追求目標的角度,可將其發展歷程分為三個階段:第一階段為早期的單一技術經濟指標,第二階段為現今的以技術經濟和環境友好為重點的雙重指標,第三階段則應是今后的以技術經濟、環境友好及過程安全等多重并重的發展目標。開發化工過程的安全工藝和技術當是化學工業的重要發展方向。

針對化工過程安全問題,以往的方法主要是以防護為主,包括預防設施、控制設施及減少與消除危害的設施。這些防護設施并沒有從根本上解決化工過程存在的安全問題。1977年,英國化學工程師Kletz最早提出化工工藝和設備本質安全的概念。本質安全就是從源頭上減少或消除風險,包括危害物質的最小化、高危物質的替代化、劇烈反應的溫和化以及過程工藝的簡單化。催化反應過程是化學工業的核心,本質安全的催化反應工藝和技術對于從源頭上解決化學工業存在的安全問題具有重要的科學意義和應用價值。

本書在本質安全概念、原理的基礎上,結合國內外科研成果,基于化學工程理論給出了從源頭上解決化工催化反應過程安全問題的七種方法:①去除非安全中間反應物合成和使用的多步反應一步化催化反應過程;②納微尺度多功能催化活性相上非安全中間反應物及時完全轉化的集成催化反應過程;③替代非安全反應物的新催化反應過程;④避免易爆炸反應物均相混合并在微反應相及時完全轉化的膜組合催化反應過程;⑤化學儲氫(氧)載體安全反應物可控釋放氫(氧)及其及時完全轉化的組合催化反應過程;⑥在使用時易于分解為原非安全物質或原位分解轉化的相對安全中間物參與的催化反應過程;⑦通過高效催化劑設計、外場促進和過程強化,實現條件溫和的催化反應過程。

本書對多種安全催化反應過程進行了論述,包括:合成苯胺、苯酚以及碳酸二甲酯等一步化安全催化反應過程;環己酮、氨和雙氧水直接合成環己酮肟,環己酮和羥胺鹽直接合成己內酰胺,合成氣直接制取低碳烯烴,合成氣直接制二甲醚以及甲醇選擇氧化直接合成二甲氧基甲烷等的納微尺度集成催化反應過程;碳酸二甲酯替代光氣、硫酸二甲酯、氯甲烷,二氧化碳替代一氧化碳以及固體酸、離子液體替代無機液體酸催化劑的安全催化反應體系;氫氣和氧氣參與的透氫膜組合反應體系,氧氣參與的混合導體透氧膜組合反應體系;化學儲氫載體可控釋放及其完全轉化的安全組合催化反應系統,固體化學儲氧載體及其在安全催化反應中的應用以及以二氧化碳為氧源的選擇氧化合成重要化學品安全反應體系;非安全活潑物質安全化處理——封閉型異氰酸酯,甲苯二異氰酸酯(TDI)的相對安全中間反應物質——甲苯二氨基甲酸酯直接催化合成以及氯化氫、氨的相對安全中間物質——氯化銨及其原位轉化催化過程;溫和條件下合成氨、合成甲醇及外場促進和過程強化實例。

本書由王延吉、李志會、王淑芳編著,主要內容源自于編著者及其團隊在本質安全催化工程領域多年來的研究成果和國內外同行近年來的相關研究工作。本書第1~4章由王延吉編寫,第5、6章由李志會編寫,第7、8章由王淑芳編寫。在成書過程中,趙新強、王桂榮、王桂赟、張東升、高麗雅、安華良、丁曉墅、趙茜、李芳、薛偉、張艷華、賈愛忠、程慶彥、鄔長城、譚朝陽、金長青等老師,以及徐元媛、王彤、任小亮、閆亞輝、王停停、馬雪晴、王曉曼等研究生做了大量工作,付出了辛勤的汗水,在此向他們表示衷心感謝。

衷心感謝中國工程院院士袁渭康教授為本書作序。

感謝國家自然科學基金的資助(21236001)。

我們力圖使該書達到高質量,對讀者有所裨益,但由于水平有限,書中難免存在疏漏,懇請讀者批評指正。

　　王延吉　李志會　王淑芳　　　　

2018年7月于成語典故之都——邯鄲