化工过程强化技术课题组简介

 福州大学是国家“211工程”重点建设大学。石油化工学院由著名化学家、原全国人大副委员长、中科院院长卢嘉锡先生在1958年创建。学院现有国家“211工程”重点学科建设项目1个（清洁化工新技术）、1个省高校优势学科创新平台（节能环保工业催化创新平台），1个省级重点学科（化学工程与技术），1个博士后流动站（化学工程与技术），1个一级学科博士学位点，涵盖8个二级学科博士学位点；1个一级学科硕士点，涵盖6个二级学科硕士点。学院现有1个国家工程研究中心，1个国家级实验教学示范中心；“十一五”以来，学院获各类科技项目130余项，科研资助经费超过1亿元，国家专利授权总量58件，科技论文被三大检索收录200余篇。对外签订技术合同150余项，实际到校经费近4000万元。获得国家科技进步二等奖1项，国家技术发明二等奖1项，国家发明三等奖1项，省部级科技奖6项。

 化工过程强化技术课题组依托福州大学及石油化工学院丰富的人力资源、科研平台及开展研究所需的各类软硬件条件，主要从事精馏、吸收、萃取、吸附、蒸发、干燥等化工分离，反应合成，催化剂制备与合成，三废资源化技术，节能技术，化工过程强化技术等领域的开发研究与工业化应用工作。近五年完成国际合作项目、国家自然科学基金以及横向开发项目近5000万元，申请发明专利60余项，完成产业化项目近40项。本课题组在化工分离过程、反应精馏、资源化利用、热集成和过程模拟、过程强化等领域具有较为全面、系统的基础理论研究和工程化经验。

 课题组拥有紫外分光光度计、GC、LC、BET、GC-MS、LC-MS、ICP、TGA、IR等大型分析仪器和相平衡测试平台、反应动力学分析平台、精馏塔、吸收塔、反应精馏塔、萃取塔等各类化工研究实验仪器和设备。同时课题组与国内知名科研院所、工程设计院、企业均保持有长期、稳定、良好的合作关系。可为化学工程、化学工艺等专业硕士、博士研究生提供良好的学习和科研工作条件和环境。

 化工过程强化技术课题组研究及开发方向包括：

1．化工分离过程及过程强化技术研究

 课题组长期从事精馏、特殊精馏、吸收、萃取、吸附等化工分离过程的理论、实验研究及工业化装置的设计等工作；同时通过强化化工过程中的传动、传热、传质进而大幅度减小化工过程的设备尺寸，简化工艺流程，减少装置数量，使单位能耗、废料、副产品显著减少，达到化工过程节能、降耗的目的。具有丰富的设计经验和工业化业绩，相关成果已在MA-PX-HAc、NH3-SO3、PMA-PM、HAc-H2O、NMF-MY-H2O、NMP-MY-H2O、ABL- GBL-甲苯-H2O、氯甲烷-二甲醚、混合醇等体系的分离提纯中实现工业化。

 甲基吡咯烷酮NMP分离

2．反应精馏耦合技术

 反应精馏将化学反应和精馏过程有机地耦合，可使反应与分离相互促进，不仅可以显著提高反应转化率，还可有效提高分离能力。课题组成功地将反应精馏耦合技术应用于醋酸甲酯水解，二氢月桂烯醇、甲缩醛、甲基丙烯酸酐和仲丁醇等产品的生产过程；并分别在福建纺织化纤集团公司、厦门翔鹭石化有限公司、泰国TPT石化有限公司、仪征化纤股份有限公司、江西开源香料有限公司、东营龙源石油化工有限公司、镇江市海通化工有限公司、浙江联盛化学工业有限公司等企业实现工业化。反应精馏技术的应用不仅显著提高了反应转化率，而且降低了后续产品的分离负荷和能耗，甚至避免了复杂且耗能的共沸物分离过程。取得巨大的经济效益。

      福建纺织化纤集团             中石化仪征化纤

                        厦门翔鹭石化                逸盛大化石化

3．功能化离子液体合成与应用

 离子液体是由可运动的阴阳离子组成的室温液体物质，是离子存在的一种特殊形式。离子液体具有独特的物化性质，如不易挥发、液态温度范围宽、溶解性能好，具有功能可设计性和多样性。作为新一代的离子介质和催化体系，离子液体在化工、冶金、能源、环境等领域逐渐展现了其惊人的应用潜力。课题组自主开发成功酸性离子液体催化剂，并将其应用于酯交换合成仲丁醇工艺中，替代传统的甲醇钠催化剂。在不影响转化率的情况下，可彻底避免甲醇钠催化剂在反应体系中由于溶解性能差，导致甲醇钠催化剂堵塞填料无法正常操作的问题，同时也避免了甲醇钠催化剂遇水失活，无法回收等缺陷，大大降低了催化剂的消耗。

以SBA-15 为载体制备固载化离子液体（[SBA-15-Ps-im]HSO4）合成路线

4．热集成技术与节能

 换热网络普遍存在于炼油、化工、冶金、制药等企业，作为能量回收系统，对降低企业能耗、提高能量利用率具有重要作用。然而精馏分离过程的能源利用率仅为5%。因此，采用热集成技术降低精馏、反应精馏等系统的能耗具有十分重要的现实意义。课题组对山东飞扬化工有限公司碳酸二甲酯的生产装置进行详细的分析，采用夹点设计、数学规划等方法实现二甲酯生产装置的热集成，大大降低了公用工程的消耗，直接节约能耗60%以上。除此以外，课题组在醋酸甲酯水解、仲丁酯反应精馏等生产工艺中均采用了热集成技术，产生了良好的经济效益。

碳酸二甲酯合成工段新工艺的控制结构流程图

5．高效填料及差压耦合技术

 多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。目前，我国多晶硅生产工艺设备落后、产品质量低、能耗大。为提高多晶硅的产品质量、有效降低多晶硅分离提纯能耗。课题组在开发高效填料的基础上提出差压耦合节能精馏提纯技术，通过冷、热模试验装置结合流体力学软件研究开发适合多晶硅分离提纯的专用双层金属丝网填料；并对差压耦合精馏塔进行了全面的基础研究及中试研究。该技术已在内蒙盾安、新疆硅业等多家企业应用；与常规精馏技术相比节能55%，大幅降低多晶硅生产综合能耗；同时生产稳定、分离提纯效果好，多晶硅产品的质量可达到电子级要求。

      第一代             第二代             第三代

                     催化填料开发

6．过程模拟技术

 化工过程模拟不仅可以实现过程的模型化，减少实验研究工作量，为过程优化建立基础；而且也是新型设备、塔板、填料开发的重要工具。针对离子交换树脂制备工艺的局限性及机械强度差、具有溶胀性等特点，利用Fluent等模拟手段，课题组研发出具有自主知识产权的适宜装填离子交换树脂催化剂的捆扎包。该催化剂包不仅具有催化性能，而且还具备填料的分离能力，使催化精馏塔的反应效果与分离效果得到充分体现，催化剂包的强化作用明显。近年来，该催化剂捆扎包技术在醋酸甲酯水解、甲缩醛合成等工业化催化精馏塔中应用广泛。

   反应精馏合成DEC的Aspen模拟

7．“三废”资源化综合利用

 工业产生的废水、废气、废渣等废弃物总量大、成分复杂，难以回收利用。但废弃物中含有为数不少的有机物、金属离子，如何有效地从废弃物中经济、有效地回收有价物质并加以综合利用，对节能减排和资源利用具有重要意义。课题组在PTA废水、DMF精馏残渣等废弃物的资源化利用方面开展了相关的研究工作，其中PTA废水的资源化利用项目已在中石化仪征化纤有限公司实施。      

对苯二甲酸（PTA)废水资源化利用

8．计算流体力学、计算传热传质学研究

 以计算流体力学、计算传热传质学为理论基础，对化工过程进行模拟研究，主要包括（1）石油增强回收的机理研究：建立多孔介质就地燃烧的微观和宏观模型；通过数值模拟探索多孔介质就地燃烧的反应机理；寻找提高石油开采效率的方法。(2)催化精馏过程模拟研究：对催化精馏催化剂包内传递及反应过程进行传热与传质过程模拟研究，探索催化剂包内传热传质机理，实现催化精馏过程的强化。（3）液液传质过程CFD模拟：建立能够描述高密度差低界面张力体系下Rayleigh-Benard-Marangoni(RMB)效应的计算流体力学模型，探讨RMB效应发生与发展过程。

火烧油层的示意图