13.51億立方米

　　近兩年內(nèi)，成果應(yīng)用企業(yè)取得了新增銷售額20.57億元、新增利潤(rùn)2.83億元的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)減排廢氣13.51億立方米，減排精餾釜?dú)埖扔袡C(jī)危廢5156噸。

　　如今，在中鹽常州新東化工發(fā)展有限公司廠區(qū)，安裝在氯代苯甲醛系列產(chǎn)品生產(chǎn)裝置中的“潔凈芯”，讓這里不再有往昔化工廠中刺鼻的異味。

　　“用了新型催化劑和臨氧裂解工藝后，不僅排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物少了，而且使用的原材料和輔助用料也少了，生產(chǎn)成本每年可以減少上千萬元，固體廢棄物也減少了近80%。”中鹽常州新東化工發(fā)展有限公司副總經(jīng)理陶文平所說的技術(shù)革新，是來自南京工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)喬旭教授團(tuán)隊(duì)的“嵌入臨氧裂解過程的'三廢’治理與化學(xué)品生產(chǎn)耦合關(guān)鍵技術(shù)”。

　　通俗地說，這項(xiàng)技術(shù)是在氯代苯甲醛系列產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，采用催化劑和新工藝，讓原材料充分反應(yīng)，提高產(chǎn)品出產(chǎn)率，減少“三廢”排放，實(shí)現(xiàn)綠色友好。

　　為解決化工行業(yè)污染治理效果差、過程集成度弱和資源利用率低這三大問題，近年來，喬旭團(tuán)隊(duì)發(fā)明了廢氣廢水廢渣（“三廢”）臨氧裂解一體化凈化、新型反應(yīng)—分離集成、分子篩催化原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)等技術(shù)，將臨氧裂解凈化與化工生產(chǎn)深度融合，實(shí)現(xiàn)醛酯胺類精細(xì)化學(xué)品的綠色制造。

　　近兩年內(nèi)，成果應(yīng)用企業(yè)取得了新增銷售額20.57億元、新增利潤(rùn)2.83億元的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)減排廢氣13.51億立方米，減排精餾釜?dú)埖扔袡C(jī)危廢5156噸。

　　日前，2021年度江蘇省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)?wù)桨l(fā)布，喬旭領(lǐng)銜完成的項(xiàng)目“嵌入臨氧裂解過程的'三廢’治理與化學(xué)品生產(chǎn)耦合關(guān)鍵技術(shù)”，獲得一等獎(jiǎng)。

　　發(fā)展空間大，污染治理效果亟待提高

　　制造染料、香料、醫(yī)藥等用品的苯甲醛，用作抗氧化劑、水果清潔劑原材料的二苯胺，用作大宗基礎(chǔ)化工原料的“三烯三苯”……

　　現(xiàn)實(shí)生活中，精細(xì)化學(xué)品廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥和日化用品等與百姓衣食住行密切相關(guān)的各類用品中，其應(yīng)用面廣、專用性強(qiáng)、附加值高。

　　“目前，歐美等發(fā)達(dá)國家化工產(chǎn)品精細(xì)化率已達(dá)到60%—70%，我國化工產(chǎn)品精細(xì)化率雖已提高到45%，但仍有很大發(fā)展空間。”南京工業(yè)大學(xué)綠色化工實(shí)驗(yàn)室骨干成員、化工學(xué)院教授湯吉海向科技日?qǐng)?bào)記者介紹，目前國內(nèi)精細(xì)化工行業(yè)的整體技術(shù)水平較低，特別是由于精細(xì)化工行業(yè)產(chǎn)品種類繁多、工藝流程長(zhǎng)、生產(chǎn)技術(shù)精密，生產(chǎn)企業(yè)往往呈現(xiàn)出“產(chǎn)品分散生產(chǎn)，污染集中治理”或“重產(chǎn)品生產(chǎn)，輕污染治理”的粗放型發(fā)展模式。

　　“在化工產(chǎn)業(yè)投資強(qiáng)度大、準(zhǔn)入門檻高、安全環(huán)保要求嚴(yán)的形勢(shì)下，精細(xì)化工行業(yè)發(fā)展瓶頸更加突出?！睖１硎荆@主要集中在三個(gè)方面，首先是污染治理效果差，原有的化工污染治理技術(shù)有的難以達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，或者為了滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，化工污染處置成本急劇增加；其次是精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)過程中，各種裝置產(chǎn)生的廢氣、廢水等廢棄物大多直接進(jìn)入“三廢”處理系統(tǒng)混合處理，缺少高效循環(huán)利用的新技術(shù)，處理效率也不高；第三是資源利用率低，精細(xì)化學(xué)品制造涉及的反應(yīng)步驟多、工藝流程長(zhǎng)，副產(chǎn)物排放量可以達(dá)到最終產(chǎn)品的10—100倍，這不僅造成原料成本增加，還額外增加了廢棄物處置的費(fèi)用。

　　基于這些技術(shù)難題，喬旭團(tuán)隊(duì)提出“源頭綠色、原位減量、嵌入治理”的理念，構(gòu)筑起一套精細(xì)化學(xué)品綠色制造技術(shù)新體系。

　　將化工廢棄物“化整為零”，各個(gè)擊破

　　“當(dāng)塑料和橡膠燃燒時(shí)，會(huì)冒黑煙，這是因?yàn)槿紵怀浞炙?，化學(xué)大分子或者碳粒，經(jīng)過燃燒又變成了一種污染物。”湯吉海以這番場(chǎng)景列舉目前化學(xué)品生產(chǎn)流程中造成的污染。

　　他介紹，一般來說，不少化工企業(yè)，會(huì)同時(shí)運(yùn)行很多套生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)不同產(chǎn)品。但不同裝置產(chǎn)出來的廢氣廢水等污染物會(huì)集中匯總到統(tǒng)一的“三廢”處理設(shè)施，導(dǎo)致處理不充分，缺乏針對(duì)性。

　　“不同的生產(chǎn)原料，決定廢棄物的分子結(jié)構(gòu)不同，所以處理的原則和方法就應(yīng)該不同，如果其中有難以降解的化學(xué)物質(zhì)，按照常規(guī)的處理方式，就會(huì)影響整體的'三廢’治理成效?！?/p>

　　基于這個(gè)問題，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出“三廢”臨氧裂解一體化凈化技術(shù)?！拔覀兝么蠓肿佑袡C(jī)物裂解和氣態(tài)有機(jī)小分子深度氧化的耦合反應(yīng)機(jī)理，通過臨氧裂解熱量傳遞過程的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自熱平衡。”喬旭解釋，這種方法將化學(xué)廢棄物或污染物中的大分子，輸入臨氧裂解反應(yīng)器，在裂解、催化燃燒雙功能催化劑作用下，裂解氧化成二氧化碳和水，而且，這套反應(yīng)器嵌入在化工生產(chǎn)裝置中運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化學(xué)品制造過程廢棄物近零排放。

　　“這個(gè)過程的難點(diǎn)在于制備臨氧裂解和催化燃燒的催化劑?！睖＝忉?，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)要面向工業(yè)化應(yīng)用，所以要降低能耗，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地用氧化反應(yīng)中產(chǎn)生的熱能，為反應(yīng)器中的氣化、裂解過程供能，既節(jié)省了能耗，又順利完成化學(xué)反應(yīng)。

　　湯吉海說，利用這套技術(shù)，最終排放的尾氣中，揮發(fā)性有機(jī)物含量低于10毫克/立方米（mg/m3），廢水化學(xué)需氧量低于40毫克/升（mg/L），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家和地方標(biāo)準(zhǔn)的排放限值。

　　開發(fā)算法、優(yōu)化工業(yè)化過程變廢為寶

　　如果說“三廢”臨氧裂解一體化的凈化理念，能讓污染物被精準(zhǔn)鎖定，那么，降低它們的污染指數(shù)甚至變廢為寶，則讓處理“三廢”有了靈魂。

　　湯吉海介紹，團(tuán)隊(duì)有針對(duì)性地發(fā)明了反應(yīng)—分離耦合技術(shù)，開發(fā)全局尋優(yōu)的增強(qiáng)型“蝙蝠”算法，最大限度降低過量組分逃逸量。

　　“我們優(yōu)化反應(yīng)—分離裝置的結(jié)構(gòu)，并用先進(jìn)算法來優(yōu)化反應(yīng)器的大小、溫度、壓力、流量等參數(shù)，找到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案；同時(shí)創(chuàng)制功能化分子篩催化劑，通過調(diào)控反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、提高原料利用效率，減少廢棄物排放，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)源頭綠色?！睖Ｕf。

　　針對(duì)原料利用率低導(dǎo)致廢棄物量大的問題，團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了（氯代）苯甲醛生產(chǎn)水解反應(yīng)與液液分離耦合的過量水原位循環(huán)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝水100%循環(huán)利用；針對(duì)醇酯十二、乙氧基丙酸乙酯等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高濃度異丁酸鹽、乙氧基丙酸鹽廢水，團(tuán)隊(duì)發(fā)明了廢水酸化反應(yīng)與液液分離耦合技術(shù)，有機(jī)酸回收率達(dá)到90%以上。

　　“采用綠色反應(yīng)工藝，才能使精化品在工業(yè)生產(chǎn)中真正實(shí)現(xiàn)'源頭綠色、原位減量、嵌入治理’?！眻F(tuán)隊(duì)成員、南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院教授陳獻(xiàn)介紹，針對(duì)精細(xì)化學(xué)品合成副產(chǎn)物量大的問題，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出系列提高原子利用率的綠色反應(yīng)工藝，構(gòu)筑磺酸等有機(jī)官能團(tuán)、過渡/堿金屬均勻分布的分子篩催化劑，首次用于加成、縮合等高原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)位協(xié)同的高效催化效應(yīng)。

　　團(tuán)隊(duì)成員、南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院教授崔咪芬介紹，利用這些方法，他們構(gòu)建了羧酸特種酯、烷氧基丙酸酯、二苯胺、（氯代）苯甲醛的綠色催化合成工藝，原料轉(zhuǎn)化率與目標(biāo)產(chǎn)品選擇性均遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工藝，杜絕了廢水產(chǎn)生。“原料吃干榨凈了，工藝水循環(huán)利用了，'三廢’自然不存在了?！?/p>

　　科研成果只有走出實(shí)驗(yàn)室，才能釋放科技勢(shì)能，服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。經(jīng)過十余年的研究，“嵌入臨氧裂解過程的三廢治理與化學(xué)品生產(chǎn)耦合關(guān)鍵技術(shù)”經(jīng)中國石油與化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)專家組鑒定，達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中臨氧裂解技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，對(duì)推動(dòng)精細(xì)化學(xué)品綠色制造具有很好的示范效應(yīng)，具有很好的產(chǎn)業(yè)推廣應(yīng)用前景。

　　技術(shù)成果在產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，也為精細(xì)化學(xué)品的綠色制造提供了現(xiàn)實(shí)可行性。據(jù)悉，團(tuán)隊(duì)的這套專利技術(shù)已經(jīng)入股孵化出南京資環(huán)工程技術(shù)研究院有限公司，相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)獨(dú)家轉(zhuǎn)讓給中鹽常州新東化工發(fā)展有限公司、江蘇飛亞化學(xué)等企業(yè)，助力企業(yè)建成全國首套化工“三廢”臨氧裂解一體化凈化撬塊裝置和全球最大4.5萬噸/年二苯胺、1.2萬噸氯代苯甲醛（含氯代氯芐）等工業(yè)裝置，打破了國際行業(yè)寡頭的壟斷地位。

     （《科技日?qǐng)?bào)》2022年3月30日，第  5  版）