化學工業(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)的能源消費量約占全國總能源量的16.4％，占全國工業(yè)能源消費總量的近25％，廢水排放量占全國工業(yè)廢水排放總量的16％。

與日本等發(fā)達國家相比，我國的化工產品能耗存在顯著差距。例如，在乙烯方面存在的差距達到70％。

近日，北京化工大學教授、博士生導師張明國在接受《中國產經新聞》記者采訪時表示，我國化工領域的專家和技術人員通過自主或與國外學者進行合作等方式，研究開發(fā)出了多種不同類型的化工高新技術，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，化工反應過程強化技術就是系列“重拳”中的一個。

掀開“重拳”的“蓋頭”

《中國產經新聞》記者了解到，化工反應過程強化技術是在實現(xiàn)既定生產目標前提下，大幅度減小生產設備尺寸、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、副產品顯著減少的一種新技術。

這種新技術包括單元操作設備的強化、生產過程的強化和信息技術提高過程強化的綜合效益等內容。該技術是解決我國化學工業(yè)存在的高物耗、高能耗和嚴重污染問題，實現(xiàn)化工發(fā)展模式轉變的最重要手段之一，也是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要技術途徑。　

北京化工大學教授、博士生導師邵磊在接受《中國產經新聞》記者采訪時表示，在化工過程中，化學反應過程占有很大比重，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，化工反應過程強化技術又是化工過程強化技術中的核心技術。

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

“化工反應過程強化技術具體包括三種技術途徑，流體流動結構強化、外場強化和過程集約化。上述三大類技術又包括了20多種化工反應過程強化技術。其中，結構催化技術、超重力強化技術、微波強化技術和反應過程耦合強化技術，具有明顯的平臺技術特征和很好的工業(yè)應用前景而備受化學和化工界的重視。”邵磊說。

打造“重拳”的歷程

據(jù)了解，在研究與開發(fā)化工反應強化技術方面，發(fā)達國家比我國起步早，其歷史最早可追溯到20世紀70年代末。當時，英國化學工業(yè)公司（ICI）開發(fā)出的超重力（HiGee）分離技術，采用高速旋轉設備代替大型分離裝置，實現(xiàn)了分離裝置的小型化。同期，美國Eastman公司首次將反應與精餾過程耦合到一個塔式結構反應器中，簡化了生產流程。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行耦合，用于反應過程，這些都取得了很好的強化效果。

張明國告訴記者：“讓人們重視‘過程強化’的是聯(lián)碳公司在印度發(fā)生的甲基異氰酸酯泄漏事故，它使人們進一步認識到要大幅度減小生產設備的尺寸、減少裝置的數(shù)目、降低生產成本、降低能耗和減少廢料的生成，提高生產效率、降低生產成本、提高安全性和減少環(huán)境污染。”

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

“我國研究與開發(fā)化工反應過程強化技術起步雖然比較晚，但發(fā)展的速度卻很快，在結構催化技術、超重力強化技術、微波強化技術和反應過程耦合強化技術等領域都實現(xiàn)了突破。”張明國介紹。

他向記者舉例：“中國科學院金屬研究所發(fā)明了‘高分子熱解結合可控熔滲反應燒結技術’，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度的矛盾、性能與成本的矛盾等問題，為加速結構催化劑技術等化工過程強化技術的發(fā)展奠定了材料基礎。他們研究與開發(fā)出的結構催化劑突破天然氣絕熱轉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。”

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

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(yè)化樣機，率先原創(chuàng)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(xiàn)了萬噸級工業(yè)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(fā)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(lián)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(tǒng)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(fā)并取得了重大成果，尤其在節(jié)能減排方面實現(xiàn)了單元過程平均節(jié)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(tǒng)化工企業(yè)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(xiàn)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(huán)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(jié)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(huán)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(xiàn)化學工業(yè)的能源與資源的高效利用和清潔生產，達到節(jié)能、降耗、環(huán)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(fā)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(yè)大氣污染、高效環(huán)保燃燒技術、高效耐用換熱器技術以及發(fā)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(lián)制乙烯等工程化的瓶頸，為天然氣資源的優(yōu)化利用提供技術保障，有助于改變化學工業(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工業(yè)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(huán)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(xiàn)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(fā)與應用能夠有效地促進我國節(jié)能減排的實施與實現(xiàn)。目前，這項高新技術雖然部分地實施與實現(xiàn)了產業(yè)化，取得了良好的效果，但跟發(fā)達國家相比，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(yè)的長期支持與協(xié)助。但是，受市場影響的企業(yè)在利益的驅動下，僅對明確的、短期的商業(yè)目標感興趣，而不愿投資開發(fā)高風險的遠期項目，因此，他們難以給予持續(xù)關注和支持，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)新產品，而對開發(fā)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(yè)應用的成熟的設備或技術，而不愿冒風險進行開創(chuàng)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(jié)能減排，要持續(xù)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(yè)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(chuàng)新，促進其成果轉化為生產力。

其次，要針對現(xiàn)有工藝過程，研究與開發(fā)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(fā)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(xiàn)自主知識產權，擺脫國外發(fā)達國家的技術壟斷，促進化工反應過程強化技術的自主發(fā)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(xié)同努力，只有加強基礎研究，致力創(chuàng)新，開發(fā)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(jié)能減排工作的有效開展。