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北京化工大學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化樣機,率先原創性地提出了超重力反應沉淀法合成納米粉體的新方法并實現了萬噸級工業化生產,技術和產品出口歐、美、日、新加坡等國。這些技術均處于世界領先水平,因此也確立了我國在國際超重力技術領域的核心地位。
北京化工大學鄒海魁博士告訴《中國產經新聞》記者,化工反應過程強化技術項目被列入“十一五”國家“863”計劃后,針對國際化工領域普遍關注的諸如“受傳熱、傳質和混合限制”及“受動力學和反應化學平衡限制”等兩大類急需強化的反應過程,選擇結構催化劑強化、超重力強化、微波強化、反應過程耦合強化等關鍵共性技術以及對技術發展具有支撐作用的碳化硅泡沫材料。
“在科技部、中國科學院和國家教育部的領導下,采用產學研一體化組織運作機制、學科交叉與融合、新材料、新技術、新過程的交叉集成等,聯合國內20多個單位共同圍繞泡沫碳化硅基結構催化劑技術、超重力反應強化工程化技術、大型超重力過程強化與系統集成技術和反應過程耦合強化技術等問題展開研究與開發并取得了重大成果,尤其在節能減排方面實現了單元過程平均節能達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。” 鄒海魁說。
出擊“重拳”的效益
《中國產經新聞》記者從相關部門了解到,傳統化工企業生產的設備大都“巨型化”,這不僅在設備安裝上占有大量土地,造成土地的浪費。這種“巨大化”的設備而帶來材料的浪費,也提高了生產成本。設備“巨大化”使化工原料在其中存留的時間長,反應時間增加,從而進一步降低其化學反應速度,增加了能量消耗,同時還會出現副反應、產生副產物,增加反應廢物,從而加大了廢物排放和環境污染。
鄒海魁向記者表示,化工反應過程強化技術是使設備體積微型化,節省設備及土地資源。充分利用能量、提高生產效率,降低能耗。加大反應迅速,減少副反應,減少副產物的生成,減少污染環境的廢物排放。也就是說,化工反應過程強化技術將從源頭上實現化學工業的能源與資源的高效利用和清潔生產,達到節能、降耗、環保、安全生產的目的。
張明國在談到化工反應過程強化技術的效益時說,在國外,化工反應過程強化技術被廣泛應用于蒸餾、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熱,旋轉電化學反應器及燃料電池,以此達到快速去除氣泡和降低超電壓的目的,聚合物脫除揮發物,強化生物氧化反應過程等。
“而在國內,化工反應過程強化技術被廣泛應用于制備納米材料、強化除塵過程和強化生化反應過程、油田注水脫氧等領域。”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不僅能夠控制汽車尾氣排放、工業大氣污染、高效環保燃燒技術、高效耐用換熱器技術以及發展新型復合材料提供支撐,而且能夠突破天然氣部分氧化制合成氣和部分氧化偶聯制乙烯等工程化的瓶頸,為天然氣資源的優化利用提供技術保障,有助于改變化學工業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工業路線。
他說,應用超重力反應器技術,能夠顯著降低MDI生產反應過程的能耗,采用超重力磺化法生產三次采油用石油磺酸鹽,能夠解決原液-液磺化工藝能耗高、環境污染嚴重的問題。此外,應用超重力反應器技術還能生產生物柴油,實施水脫氧,處理廢水,治理SO2等廢物。
“應用反應過程耦合強化技術、微波強化技術等生產碳酸酯、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,不僅提高裝置生產能力,降低能耗、物耗、廢物排放,而且顯著簡化生產工藝流程,降低設備投資,實現生產過程的綠色化、低能耗、高效化。”張明國說。
“重拳”出擊 任重道遠
化工反應過程強化技術的研發與應用能夠有效地促進我國節能減排的實施與實現。目前,這項高新技術雖然部分地實施與實現了產業化,取得了良好的效果,但跟發達國家相比,尤其距離《國家中長期發展規劃》和《國家十一五規劃》對化工企業的要求,還存在一定的差距。
“之所以存在差距,主要是化工反應過程強化技術是一項高新技術,具有高風險、高效益等特點,要得到企業的長期支持與協助。但是,受市場影響的企業在利益的驅動下,僅對明確的、短期的商業目標感興趣,而不愿投資開發高風險的遠期項目,因此,他們難以給予持續關注和支持,致使其研究與開發的可持續受到影響。”張明國說。
張明國還說:“許多化工公司的研究和開發工作主要集中在開發新產品,而對開發新型設備和過程等化學工程問題不太感興趣,一些設備制造商和工程公司通常只選用已得到工業應用的成熟的設備或技術,而不愿冒風險進行開創性的實驗。目前許多大學的化工系面臨研究經費短缺和編制被壓縮的困境,教授們只能選擇一些小型的、低風險的研究項目。”
顯然,面向節能減排,要持續有效地出擊化工反應過程強化技術這個“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,要選擇能夠實施產業化的化工反應過程強化技術進行研究,以便有效地開展技術創新,促進其成果轉化為生產力。
其次,要針對現有工藝過程,研究與開發具有重大經濟效益的化工反應過程強化技術。
再次,要密切跟蹤研究與石油化工發展有關的化工反應過程強化技術領域。還有,要在化工反應過程強化技術領域實現自主知識產權,擺脫國外發達國家的技術壟斷,促進化工反應過程強化技術的自主發展。
總之,化學反應過程強化技術具有多學科交叉的特點,因此,只有化學、化工、機械和信息技術等各學科的協同努力,只有加強基礎研究,致力創新,開發具有自主知識產權的新過程、新設備和新軟件,才能不斷推進化工反應過程的強化,促進節能減排工作的有效開展。