米乐m6官方网站 化工生产中的二氧化碳₂开发可最大限度减少排放和制造成本的溶剂评估方法

米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）化学工艺研究部首席研究员山木雄大、研究组组长片冈翔等人负责化学品生产的全过程CO₂排放和制造成本通过模拟。该方法对于合成反应中使用的溶剂，不仅考虑目标化学品的反应收率，还考虑物质的提取和使用后的回收过程。

在化学合成反应中，使用反应收率最好的溶剂。然而，如果回收过程的性能较差，则选择具有高反应产率且最适合合成反应的溶剂可能是₂8853_8956₂现在可以量化排放和制造成本并确定最佳溶剂。

该技术的详细信息将于 2024 年 2 月 19 日发布。绿色化学发布

9176_9404功能化学品它很少在生产中使用。

AIST 是 CO₂我们正在研究和开发化学工艺设计和评估方法，以最大限度地减少排放和制造成本。这次，我们将这种评价方法应用到生产功能化学品的反应过程中。我们建立了一个模拟模型，不仅考虑了目标化学品的反应产率，还考虑了所用溶剂的提取和回收过程，从而减少了整个化学品生产过程中的二氧化碳排放。₂我们开发了一种识别溶剂的方法，可最大限度地减少排放和制造成本。

这项研发的一部分得到了国家研究开发机构新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的合同项目“功能化学品连续精密生产工艺技术的开发”（2019-2025财年）（项目代码P19004）的支持。

首先，我们准备用于生产目标化学品的所有候选溶剂的合成条件和反应收率数据集。接下来，我们根据合成条件设计化学生产工艺，包括合成反应和萃取，并根据溶剂的特性回收所用溶剂。过程模拟计算设计的化工生产过程中的物料平衡、能量平衡和设备尺寸。然后，我们从溶剂、使用的能源、设备价格等方面计算制造成本，改变化学生产工艺的设计和操作条件以最小化制造成本，并重复工艺模拟。最后，在生产成本最小化的情况下，所用能源的CO₂使用排放因子等确定化学品生产过程中的二氧化碳₂估算排放量。所有候选溶剂的制造成本和 CO₂通过量化和比较整个化学品生产过程中候选溶剂的二氧化碳排放量₂确定可最大限度减少排放和制造成本的溶剂（图 1 右）。

例如，它是功能化学品生产中的重要反应之一铃木-宫浦交叉偶联反应该反应使用有机溶剂和水来溶解反应物和碳酸盐。

我们根据反应收率信息评估了图 2 左上方所示的五种有机溶剂。图2右上显示，当使用2-丙醇（IPA）作为反应溶剂时，CO₂它展示了经过优化设计以最大限度地减少排放和生产成本的流程。向从反应器获得的混合物中添加萃取溶剂（在本例中为乙醚），并将其送入萃取塔以纯化目标化学品。萃取塔还供水以纯化目标化学品。从萃取塔顶部获得含有目标化学品的萃取物，并分离溶剂以回收目标化学品。同时，反应和萃取所用的溶剂通过蒸馏分离回收利用。从蒸馏塔1的顶部回收萃取溶剂。从蒸馏塔1的底部获得的IPA和水的混合物中，分别在蒸馏塔2和3中分离IPA和水。

如果反应溶剂的类型发生变化，则收率和蒸馏分离方法也会相应变化。因此，我们根据各反应溶剂的特点，设计了废溶剂的回收工艺。在过程模拟中，不包括反应物和碳酸盐等固体成分，计算仅集中于溶剂。

结果如图2左上方所示，尽管N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和IPA的相对收率均为1，但整个化工生产过程的CO₂我们发现，与 IPA 相比，使用 NMP 可以分别降低排放量和制造成本 15% 和 17%（图 2，底部）。另外，使用甲苯时的收率为042，但与使用NMP时的收率相比，其收率为1，CO₂排放量和制造成本分别增加了 13 倍和 14 倍，考虑到产量差异，这一数字没有预期的那么多。这是因为甲苯比 NMP 更容易回收。

这里反应收率高的溶剂是CO₂虽然结果在排放和生产成本方面更优越，但模拟表明，假设甲苯反应产率提高，CO2 低于使用 NMP 或 IPA₂我们还表明它具有降低排放和制造成本的潜力。这些发现不能仅从反应产率获得，只有通过考虑整个化学生产过程的性能才能清楚。

该方法具有应用于各种合成反应的潜力，并且可以应用于从反应发展阶段到整个化学生产过程的CO₂导致优化溶剂选择，以最大限度地减少排放和生产成本。

配合反应开发和催化剂开发，我们将对开发的评估方法进行验证实验。此外，我们还将扩大应用范围，不仅包括反应溶剂，还包括萃取溶剂，并致力于开发可以为反应和催化剂开发提供指导的技术。

已出版的杂志：绿色化学
论文标题：基于概念性工艺设计的溶剂选择，结合成本评估和生命周期评估来开发新的反应途径
作者：Yudai Yamaki、Nguyen T H Thuy、Nobuo Hara、Satoshi Taniguchi、Sho Kataoka
DOI：101039/d3gc04293f

CO₂排放

在此评估中，CO₂排放量是新溶剂生产过程中排放的二氧化碳₂以及源自合成反应、分离操作和用过的溶剂的回收等各个过程中使用的能量的CO₂通过将其除以目标产品的生产量，我们可以计算出每生产一公斤目标产品所产生的二氧化碳量₂排放量 [kg-CO₂/公斤_产品]。[返回来源]

制造成本

在此评估中，制造成本考虑了购买新溶剂的成本、购买合成和回收用过的溶剂所需的设备的成本以及生产过程中所需的能源价格。将其除以目标产品的产量，我们计算出生产 1 公斤目标产品的制造成本 [美元 (USD)/kg_产品]。[返回来源]

功能化学品

医药、农药、香料、电子材料等具有特殊物理性质和复杂化学结构的有机化合物的总称。虽然它是一种高附加值且重要的化工产品，但它需要多步反应和分离操作，导致生产过程中产生大量废物和二氧化碳。₂发生。[返回来源]

过程模拟

这是一个计算程序，通过在计算机上链接反应、萃取、蒸馏等计算模型来重现化学生产过程，并定量评估物料流量和能源消耗。[返回来源]

铃木-宫浦交叉偶联反应

Suzuki-Miyaura交叉偶联反应是形成碳-碳键和碳-杂原子键的有用合成反应之一。主要采用有机溶剂和水的混合溶剂作为反应溶剂，溶解反应物和碳酸盐。在本次评估中，我们参考了J Sherwood (2020)中描述的合成方法和反应性能。
J。舍伍德，Beilstein J Org。化学. 2020, 16, 1001–1005。[返回来源]