一、什么是微反應(yīng)技術(shù)

微反應(yīng)技術(shù)，即采用微通道反應(yīng)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)器進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的工藝技術(shù)。其中，微通道反應(yīng)器也稱微反應(yīng)器，是一種利用精密加工技術(shù)制造的特征尺寸在10到300微米（或者1000微米）之間的一種連續(xù)流動(dòng)的管道式微型反應(yīng)器，一個(gè)微反應(yīng)器中可以包含有成百萬(wàn)上千萬(wàn)的微型通道，因此它具有極大的比表面積、換熱效率和混合效率。每個(gè)微反應(yīng)器能成為獨(dú)立的化工單元如混合器、換熱器、反應(yīng)器、控制器等，可以精確控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)物料瞬時(shí)混合配比，這些都是提高收率、選擇性、安全性，以及產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

二、微反應(yīng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

微反應(yīng)器設(shè)備根據(jù)其主要用途或功能可以細(xì)分為微混合器，微換熱器和微反應(yīng)器。由于其內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)使得微反應(yīng)器設(shè)備具有極大的比表面積，可達(dá)攪拌釜比表面積的幾百倍甚至上千倍。微反應(yīng)器有著極好的傳熱和傳質(zhì)能力，可以實(shí)現(xiàn)物料的瞬間均勻混合和高效的傳熱，因此許多在常規(guī)反應(yīng)器中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)都可以微反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，微化工工藝的優(yōu)點(diǎn)主要可以概括為“更好”“更快”“更便宜”“更安全”“更環(huán)?！薄８叩漠a(chǎn)率和更好的選擇性是化學(xué)工程的主要目標(biāo)，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)主要?dú)w功于微反應(yīng)器優(yōu)良的傳質(zhì)傳熱效率。微反應(yīng)器能使化學(xué)反應(yīng)速率接近他們的動(dòng)力學(xué)極限，因此能做到“更快”。快速有效的混合，精確控制停留時(shí)間與反應(yīng)溫度是得到更高的轉(zhuǎn)化率和選擇性，避免副反應(yīng)發(fā)生的基礎(chǔ)?！案阋恕笔俏S引進(jìn)新反應(yīng)器和新工藝的條件。微反應(yīng)器采用連續(xù)流動(dòng)反應(yīng),在反應(yīng)器中停留的化學(xué)品量很少,易于控制反應(yīng)過(guò)程，大大提高了反應(yīng)過(guò)程的安全性。因此能做到“更安全”?！案h(huán)?！?，例如應(yīng)用微化工工藝生產(chǎn)的環(huán)保溶劑，在降低能耗的同時(shí)提高產(chǎn)物選擇性，保持環(huán)境清潔，減少化工生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)于未來(lái)化工行業(yè)的發(fā)展具有十分重大的意義。

近年來(lái)微流體技術(shù)的快速發(fā)展。已經(jīng)在化學(xué)、中間體及生命科學(xué)等領(lǐng)域上造成革命性的沖擊。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在精細(xì)化工反應(yīng)中，大約有20%的反應(yīng)可以通過(guò)采用微流體化工技術(shù)。相信未來(lái)將會(huì)有更多的反應(yīng)可以通過(guò)該技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

三、微反應(yīng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前國(guó)外已有20多家工廠在使用微反應(yīng)器技術(shù)。很多歐洲公司和研究機(jī)構(gòu)，尤其是大型的化工和醫(yī)藥公司都在致力于開發(fā)和應(yīng)用基于微反應(yīng)器的新生產(chǎn)工藝。

德國(guó)拜耳公司開發(fā)的用于低溫有機(jī)反應(yīng)的微反應(yīng)器生產(chǎn)工藝，可以用于生產(chǎn)液晶產(chǎn)品中間體，如二氟甲苯和取代苯硼酸，此外該公司設(shè)計(jì)的閥式反應(yīng)器裝置可滿足快速混合沉淀反應(yīng)的物料，從而在反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)高的過(guò)飽和度，這對(duì)于納米顆粒制備反應(yīng)十分重要?？梢灾苽涑鰡畏稚⑿缘木酆衔镂⑶颉⑽⒛z囊和無(wú)機(jī)氧化物微球，適用于納米材料、目前實(shí)驗(yàn)室使用T 型微反應(yīng)器，已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了納米硫酸鋇、二氧化鈦、碳酸鈣、氧化鋯等顆粒的可控制備。

氣-固催化反應(yīng)通常是一復(fù)雜反應(yīng)過(guò)程，因而熱量、質(zhì)量傳遞性能將會(huì)影響轉(zhuǎn)化率和目的產(chǎn)物的選擇性。Ehrfeld公司的彈倉(cāng)式反應(yīng)器，可以用于氣-固反應(yīng)，對(duì)氣相反應(yīng)研究較多的主要有氧化反應(yīng)(如爆炸極限內(nèi)的H2-O2燃燒反應(yīng)、丙烯部分氧化生成丙烯酸、乙烯選擇氧化制環(huán)氧乙烷、醇類氧化脫氫、甲苯選擇氧化等)，加氫反應(yīng)、氨氧化等。

美國(guó)康寧公司在微反應(yīng)器的設(shè)備中有近10年的研究開發(fā)，近期該公司與我國(guó)常州大學(xué)成立微通道反應(yīng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，共同完成一些精細(xì)化工、醫(yī)藥中間體等化學(xué)品的合成。過(guò)去幾年，康寧已經(jīng)成功完成了從G1（80噸通量/年）工藝開發(fā)到G3（1000噸通量/年），再到G4（2000噸通量/年）的工業(yè)化示范，微通道反應(yīng)器的銷量也在逐年增長(zhǎng)。

我國(guó)微反應(yīng)技術(shù)的研究工作始于上世紀(jì)末，清華大學(xué)、中科院大連化學(xué)物理研究所是最早開展相關(guān)研究的單位。我國(guó)自主開發(fā)的微反應(yīng)器技術(shù)，包括濕法磷酸萃取微型設(shè)備、納米碳酸鈣微反應(yīng)技術(shù)、微反應(yīng)器制備磷酸二氫銨技術(shù)等。此外，微反應(yīng)技術(shù)在氯苯硝化工藝，橡膠防老劑、促進(jìn)劑方面也已開始進(jìn)行試驗(yàn)。

總而言之，微化工技術(shù)以其簡(jiǎn)單高效、快速靈活、易直接放大和可持續(xù)性等優(yōu)勢(shì)受到化工企業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域的青睞。微化工工藝的商業(yè)轉(zhuǎn)化，首先是作為一種反應(yīng)器解決方案來(lái)滿足規(guī)模生產(chǎn)的需求，放大的微反應(yīng)器和微化工工藝可以與其他設(shè)備和工藝流程聯(lián)用，是獲取最大利潤(rùn)和投資回報(bào)的需求。

四、微反應(yīng)技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用

可以預(yù)見(jiàn)的是，微通道反應(yīng)技術(shù)將為未來(lái)的化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)方式帶來(lái)革命性的改變，然而至今工業(yè)化應(yīng)用的新聞鮮有報(bào)道。目前利用微反應(yīng)器成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)?；a(chǎn)的范例是西安萬(wàn)德能源股份有限公司的硝酸異辛酯項(xiàng)目。

西安萬(wàn)德能源股份有限公司是一家擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)型企業(yè)，目前利用微反應(yīng)器在化工工藝過(guò)程的研究與開發(fā)中已經(jīng)開展了深入的工作，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括能源化學(xué)品、精細(xì)化學(xué)品及醫(yī)藥中間體。硝酸異辛酯作為柴油十六烷值改進(jìn)劑，用于提高柴油的十六烷值，可使柴油車尾氣各種污染物減排30%以上，有效降低PM及NOx排放，節(jié)能減排效果明顯；可明顯改善霧霾天氣等的空氣質(zhì)量；由于性價(jià)比高，國(guó)際上應(yīng)用廣泛，占全球柴油十六烷值改進(jìn)劑市場(chǎng)量的90%以上。但是傳統(tǒng)的間歇式釜式生產(chǎn)技術(shù)制約了該產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模與方式，萬(wàn)德公司利用微通道反應(yīng)技術(shù)建立了硝酸異辛酯連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)線，其正在山東淄博建設(shè)10萬(wàn)噸/年硝酸異辛酯項(xiàng)目，一期4萬(wàn)噸/年已建成投產(chǎn)。是目前國(guó)內(nèi)最大的硝酸異辛酯生產(chǎn)制造商。

此外，西安萬(wàn)德能源化學(xué)股份有限公司在微通道反應(yīng)生產(chǎn)工藝自動(dòng)化控制領(lǐng)域也擁有多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并申請(qǐng)獲得相關(guān)專利。硝酸異辛酯的微反應(yīng)合成技術(shù)采用先進(jìn)的分析儀器，與計(jì)算機(jī)連接，安裝在連續(xù)化生產(chǎn)線上，對(duì)重要的工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)采樣和測(cè)量，并發(fā)出比例信號(hào)，自動(dòng)反饋，調(diào)節(jié)和修正工藝參數(shù)至規(guī)定范圍，實(shí)行實(shí)時(shí)質(zhì)量控制。這種在線自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全方面的預(yù)警、報(bào)警系統(tǒng)，保證了危險(xiǎn)產(chǎn)品加工、生產(chǎn)中工房與操作間成為相對(duì)獨(dú)立的單元，危險(xiǎn)的操作工序?qū)崿F(xiàn)了人機(jī)分離，遠(yuǎn)程操控，大大降低事故發(fā)生時(shí)的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。

西安萬(wàn)德能源化學(xué)股份公司基于已研發(fā)成功的應(yīng)用于微通道硝化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)化技術(shù)的反應(yīng)器模塊、成套設(shè)備及系統(tǒng)，不斷研究開發(fā)用于特殊要求的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模合成試驗(yàn)的模塊、成套設(shè)備及系統(tǒng)，為民用或特殊化學(xué)品行業(yè)提供小型車載式移動(dòng)生產(chǎn)車間、單元及成套工藝與便攜式設(shè)備，逐步打造并形成微反應(yīng)技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)，拓展微反應(yīng)專利技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域。

五、結(jié)語(yǔ)

對(duì)整個(gè)化工界而言，目前的最大挑戰(zhàn)仍是公眾對(duì)整個(gè)化工工業(yè)的認(rèn)知。化工與人類的關(guān)系十分密切，涉及到生活的方方面面，是人類生活生產(chǎn)不可缺少的重要部分，但是傳統(tǒng)化學(xué)品生產(chǎn)時(shí)的低效、不安全、“三廢”等問(wèn)題整個(gè)社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。未來(lái)化工的發(fā)展目標(biāo)是要能解決工業(yè)化中的安全、環(huán)保問(wèn)題，這也是微反應(yīng)技術(shù)不斷創(chuàng)新的根本，我們可以相信，微反應(yīng)技術(shù)將給化學(xué)合成帶來(lái)革命的變革，為傳統(tǒng)精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)合成技術(shù)提供有效方案。從研發(fā)到生產(chǎn)的無(wú)放大效應(yīng)會(huì)大大加快我國(guó)從研發(fā)到成果產(chǎn)業(yè)化的步伐和效益。