化學(xué)工業(yè)是典型的高能耗、高污染、高物耗行業(yè)。資料顯示：我國化工企業(yè)的能源消費(fèi)量約占全國總能源量的16.4%，占全國工業(yè)能源消費(fèi)總量的近25%，廢水排放量占全國工業(yè)廢水排放總量占全國工業(yè)廢水排放總量的16%。與日本等發(fā)達(dá)國家相比，我國的化工產(chǎn)品能耗存在顯著差距。例如，在乙烯方面存在的差距達(dá)到70%。 

 

　　近日，北京化工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師張明國在接受記者采訪時表示，我國化工領(lǐng)域的專家和技術(shù)人員通過自主或與國外學(xué)者進(jìn)行合作等方式，研究開發(fā)出了多種不同類型的化工高新技術(shù)，為有效地提高我國化工企業(yè)的節(jié)能減排效率打出了一系列“重拳”。其中，化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)就是系列“重拳”中的一個。 

 

掀開“重拳”的“蓋頭” 

 

　　記者了解到，化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)是在實(shí)現(xiàn)既定生產(chǎn)目標(biāo)前提下，大幅度減小生產(chǎn)設(shè)備尺寸、簡化工藝流程、減少裝置數(shù)目，使工廠布局更加緊湊合理，單位能耗、廢料、副產(chǎn)品顯著減少的一種新技術(shù)。 

 

　　這種新技術(shù)包括單元操作設(shè)備的強(qiáng)化、生產(chǎn)過程的強(qiáng)化和信息技術(shù)提高過程強(qiáng)化的綜合效益等內(nèi)容。該技術(shù)是解決我國化學(xué)工業(yè)存在的高物耗、高能耗和嚴(yán)重污染問題，實(shí)現(xiàn)化工發(fā)展模式轉(zhuǎn)變的最重要手段之一，也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要技術(shù)途徑。 

 

　　北京化工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師邵磊在接受記者采訪時表示，在化工過程中，化學(xué)反應(yīng)過程占有很大比重，它在很大程度上決定了化工過程的能源與資源消耗和污染排放的水平，因此，化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)又是化工過程強(qiáng)化技術(shù)中的核心技術(shù)。 

 

　　他說，化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)是指化學(xué)反應(yīng)過程中運(yùn)用新材料、新技術(shù)和新設(shè)備，減小設(shè)備體積，或增加設(shè)備生產(chǎn)能力的一種高效、節(jié)能、清潔的新技術(shù)。它具體包括兩項(xiàng)技術(shù)：一種是過程強(qiáng)化設(shè)備技術(shù)，它屬于硬件技術(shù)，主要通過研究開發(fā)各種新型反應(yīng)器和單元操作設(shè)備，使生產(chǎn)設(shè)備小型化。另一種是過程強(qiáng)化方法，它屬于軟件技術(shù)，主要是指化工過程集成化方法，包括化學(xué)反應(yīng)和分離的耦合、換熱等過程集成化方法。 

 

　　“化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)具體包括三種技術(shù)途徑，流體流動結(jié)構(gòu)強(qiáng)化、外場強(qiáng)化和過程集約化。上述三大類技術(shù)又包括了20多種化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)。其中，結(jié)構(gòu)催化技術(shù)、超重力強(qiáng)化技術(shù)、微波強(qiáng)化技術(shù)和反應(yīng)過程耦合強(qiáng)化技術(shù)，具有明顯的平臺技術(shù)特征和很好的工業(yè)應(yīng)用前景而備受化學(xué)和化工界的重視。”邵磊說。 

 

打造“重拳”的歷程  

 

　　據(jù)了解，在研究與開發(fā)化工反應(yīng)強(qiáng)化技術(shù)方面，發(fā)達(dá)國家比我國起步早，其歷史最早可追溯到20世紀(jì)70年代末。當(dāng)時，英國化學(xué)工業(yè)公司（ICI）開發(fā)出的超重力（HiGee）分離技術(shù)，采用高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備代替大型分離裝置，實(shí)現(xiàn)了分離裝置的小型化。同期，美國Eastman公司首次將反應(yīng)與精餾過程耦合到一個塔式結(jié)構(gòu)反應(yīng)器中，簡化了生產(chǎn)流程。殼牌公司發(fā)明的靜態(tài)混合器將流體混合與傳遞通過管道進(jìn)行耦合，用于反應(yīng)過程，這些都取得了很好的強(qiáng)化效果。 

 

　　張明國告訴記者：“讓人們重視‘過程強(qiáng)化’的是聯(lián)碳公司在印度發(fā)生的甲基異氰酸酯泄漏事故，它使人們進(jìn)一步認(rèn)識到要大幅度減小生產(chǎn)設(shè)備的尺寸、減少裝置的數(shù)目、降低生產(chǎn)成本、降低能耗和減少廢料的生成，提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高安全性和減少環(huán)境污染。” 

 

當(dāng)記者問及國際化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)研究與開發(fā)的動態(tài)時，張明國說，自從1995年正式提出“過程強(qiáng)化”的概念以后，美、英等國連續(xù)通過召開國家學(xué)術(shù)會議和開展合作研究等方式，展開對化工過程強(qiáng)化技術(shù)的研究與開發(fā)，并取得了很多成果。至今，國際化工過程強(qiáng)化的目標(biāo)從追求縮小設(shè)備體積轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝c環(huán)保并重，從注重分離強(qiáng)化轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾暦磻?yīng)過程強(qiáng)化以及反應(yīng)與分離的耦合強(qiáng)化?；し磻?yīng)過程強(qiáng)化的對象集中到“受傳熱、傳質(zhì)和混合限制的反應(yīng)過程”和“受反應(yīng)動力學(xué)、反應(yīng)化學(xué)平衡限制的反應(yīng)過程”兩大類過程體系。 

 

　　“我國研究與開發(fā)化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)起步雖然比較晚，但發(fā)展的速度卻很快，在結(jié)構(gòu)催化技術(shù)、超重力強(qiáng)化技術(shù)、微波強(qiáng)化技術(shù)和反應(yīng)過程耦合強(qiáng)化技術(shù)等領(lǐng)域都實(shí)現(xiàn)了突破。”張明國介紹。 

 

　　他向記者舉例：“中國科學(xué)院金屬研究所發(fā)明了‘高分子熱解結(jié)合可控熔滲反應(yīng)燒結(jié)技術(shù)’，制備出了系列高性能碳化硅泡沫材料，從根本上解決了泡沫陶瓷材料存在的通透率與強(qiáng)度的矛盾、性能與成本的矛盾等問題，為加速結(jié)構(gòu)催化劑技術(shù)等化工過程強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展奠定了材料基礎(chǔ)。他們研究與開發(fā)出的結(jié)構(gòu)催化劑突破天然氣絕熱轉(zhuǎn)化制合成氣和氧化偶聯(lián)制乙烯的工程化瓶頸，為天然氣優(yōu)化利用做出了重大貢獻(xiàn)。” 

 

　　據(jù)記者了解，清華大學(xué)、遼寧石油大學(xué)、中國科學(xué)院金屬研究所等單位在微波有機(jī)合成工藝、高效催化劑制備方面取得了很多研究結(jié)果。齊魯石化、華東理工大學(xué)、華南理工大學(xué)和南京工業(yè)大學(xué)等在反應(yīng)過程耦合強(qiáng)化技術(shù)的個別領(lǐng)域也取得了研究成果。 

 

　　北京化工大學(xué)教育部超重力工程研究中心研制出了國際上第一臺300噸／小時超重力水脫氧商業(yè)化樣機(jī)，率先原創(chuàng)性地提出了超重力反應(yīng)沉淀法合成納米粉體的新方法并實(shí)現(xiàn)了萬噸級工業(yè)化生產(chǎn)，技術(shù)和產(chǎn)品出口歐、美、日、新加坡等國。這些技術(shù)均處于世界領(lǐng)先水平，因此也確立了我國在國際超重力技術(shù)領(lǐng)域的核心地位。 

 

　　北京化工大學(xué)鄒?？┦扛嬖V記者，化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)項(xiàng)目被列入“十一五”國家“863”計劃后，針對國際化工領(lǐng)域普遍關(guān)注的諸如“受傳熱、傳質(zhì)和混合限制”及“受動力學(xué)和反應(yīng)化學(xué)平衡限制”等兩大類急需強(qiáng)化的反應(yīng)過程，選擇結(jié)構(gòu)催化劑強(qiáng)化、超重力強(qiáng)化、微波強(qiáng)化、反應(yīng)過程耦合強(qiáng)化等關(guān)鍵共性技術(shù)以及對技術(shù)發(fā)展具有支撐作用的碳化硅泡沫材料。 

 

　　“在科技部、中國科學(xué)院和國家教育部的領(lǐng)導(dǎo)下，采用產(chǎn)學(xué)研一體化組織運(yùn)作機(jī)制、學(xué)科交叉與融合、新材料、新技術(shù)、新過程的交叉集成等，聯(lián)合國內(nèi)20多個單位共同圍繞泡沫碳化硅基結(jié)構(gòu)催化劑技術(shù)、超重力反應(yīng)強(qiáng)化工程化技術(shù)、大型超重力過程強(qiáng)化與系統(tǒng)集成技術(shù)和反應(yīng)過程耦合強(qiáng)化技術(shù)等問題展開研究與開發(fā)并取得了重大成果，尤其在節(jié)能減排方面實(shí)現(xiàn)了單元過程平均節(jié)能達(dá)20%以上，部分過程原料消耗下降20%，污染物排放降低25%的顯著效益。”鄒?？f。 

 

出擊“重拳”的效益  

 

　　記者從相關(guān)部門了解到，傳統(tǒng)化工企業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備大都“巨型化”，這不僅在設(shè)備安裝上占有大量土地，造成土地的浪費(fèi)。這種“巨大化”的設(shè)備而帶來材料的浪費(fèi)，也提高了生產(chǎn)成本。設(shè)備“巨大化”使化工原料在其中存留的時間長，反應(yīng)時間增加，從而進(jìn)一步降低其化學(xué)反應(yīng)速度，增加了能量消耗，同時還會出現(xiàn)副反應(yīng)、產(chǎn)生副產(chǎn)物，增加反應(yīng)廢物，從而加大了廢物排放和環(huán)境污染。 

 

　　鄒?？蛴浾弑硎荆し磻?yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)是使設(shè)備體積微型化，節(jié)省設(shè)備及土地資源。充分利用能量、提高生產(chǎn)效率，降低能耗。加大反應(yīng)迅速，減少副反應(yīng)，減少副產(chǎn)物的生成，減少污染環(huán)境的廢物排放。也就是說，化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)將從源頭上實(shí)現(xiàn)化學(xué)工業(yè)的能源與資源的高效利用和清潔生產(chǎn)，達(dá)到節(jié)能、降耗、環(huán)保、安全生產(chǎn)的目的。 

 

　　張明國在談到化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)的效益時說，在國外，化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于蒸餾、精餾、除塵、除霧、煙氣中二氧化硫、有害氣體、吸收二氧化碳、脫碳、脫硫、受污染的地下水中所吹出芳烴化學(xué)熱，旋轉(zhuǎn)電化學(xué)反應(yīng)器及燃料電池，以此達(dá)到快速去除氣泡和降低超電壓的目的，聚合物脫除揮發(fā)物，強(qiáng)化生物氧化反應(yīng)過程等。 

 

“而在國內(nèi)，化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于制備納米材料、強(qiáng)化除塵過程和強(qiáng)化生化反應(yīng)過程、油田注水脫氧等領(lǐng)域。”張明國說。 

 

　　張明國介紹，用高性能低成本泡沫碳化硅材料技術(shù)不僅能夠控制汽車尾氣排放、工業(yè)大氣污染、高效環(huán)保燃燒技術(shù)、高效耐用換熱器技術(shù)以及發(fā)展新型復(fù)合材料提供支撐，而且能夠突破天然氣部分氧化制合成氣和部分氧化偶聯(lián)制乙烯等工程化的瓶頸，為天然氣資源的優(yōu)化利用提供技術(shù)保障，有助于改變化學(xué)工業(yè)過度依賴石油資源的局面，開辟一條重要的非石油原料的化學(xué)工業(yè)路線。 

 

　　他說，應(yīng)用超重力反應(yīng)器技術(shù)，能夠顯著降低MDI生產(chǎn)反應(yīng)過程的能耗，采用超重力磺化法生產(chǎn)三次采油用石油磺酸鹽，能夠解決原液－液磺化工藝能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重的問題。此外，應(yīng)用超重力反應(yīng)器技術(shù)還能生產(chǎn)生物柴油，實(shí)施水脫氧，處理廢水，治理SO2等廢物。 

 

　　“應(yīng)用反應(yīng)過程耦合強(qiáng)化技術(shù)、微波強(qiáng)化技術(shù)等生產(chǎn)碳酸酯、醋酸酯、羧酸酯、MDI（二苯甲烷二異氰酸酯）、丁基橡膠、碳酸二甲酯等，不僅提高裝置生產(chǎn)能力，降低能耗、物耗、廢物排放，而且顯著簡化生產(chǎn)工藝流程，降低設(shè)備投資，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綠色化、低能耗、高效化。”張明國說。 

 

“重拳”出擊任重道遠(yuǎn)  

 

　　化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用能夠有效地促進(jìn)我國節(jié)能減排的實(shí)施與實(shí)現(xiàn)。目前，這項(xiàng)高新技術(shù)雖然部分地實(shí)施與實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，取得了良好的效果，但跟發(fā)達(dá)國家相比，尤其距離《國家中長期發(fā)展規(guī)劃》和《國家十一五規(guī)劃》對化工企業(yè)的要求，還存在一定的差距。 

 

　　“之所以存在差距，主要是化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)是一項(xiàng)高新技術(shù)，具有高風(fēng)險、高效益等特點(diǎn)，要得到企業(yè)的長期支持與協(xié)助。但是，受市場影響的企業(yè)在利益的驅(qū)動下，僅對明確的、短期的商業(yè)目標(biāo)感興趣，而不愿投資開發(fā)高風(fēng)險的遠(yuǎn)期項(xiàng)目，因此，他們難以給予持續(xù)關(guān)注和支持，致使其研究與開發(fā)的可持續(xù)受到影響。”張明國說。 

 

　　張明國還說：“許多化工公司的研究和開發(fā)工作主要集中在開發(fā)新產(chǎn)品，而對開發(fā)新型設(shè)備和過程等化學(xué)工程問題不太感興趣，一些設(shè)備制造商和工程公司通常只選用已得到工業(yè)應(yīng)用的成熟的設(shè)備或技術(shù)，而不愿冒風(fēng)險進(jìn)行開創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)。目前許多大學(xué)的化工系面臨研究經(jīng)費(fèi)短缺和編制被壓縮的困境，教授們只能選擇一些小型的、低風(fēng)險的研究項(xiàng)目。” 

 

　　顯然，面向節(jié)能減排，要持續(xù)有效地出擊化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)這個“重拳”，雖然前景廣闊，但仍有很長的艱難之路要走。 

 

　　為此，張明國建議，首先，要選擇能夠?qū)嵤┊a(chǎn)業(yè)化的化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)行研究，以便有效地開展技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)其成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。 

 

　　其次，要針對現(xiàn)有工藝過程，研究與開發(fā)具有重大經(jīng)濟(jì)效益的化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)。 

 

　　再次，要密切跟蹤研究與石油化工發(fā)展有關(guān)的化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域。還有，要在化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自主知識產(chǎn)權(quán)，擺脫國外發(fā)達(dá)國家的技術(shù)壟斷，促進(jìn)化工反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)的自主發(fā)展。 

 

　　總之，化學(xué)反應(yīng)過程強(qiáng)化技術(shù)具有多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，因此，只有化學(xué)、化工、機(jī)械和信息技術(shù)等各學(xué)科的協(xié)同努力，只有加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，致力創(chuàng)新，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新過程、新設(shè)備和新軟件，才能不斷推進(jìn)化工反應(yīng)過程的強(qiáng)化，促進(jìn)節(jié)能減排工作的有效開展。