我国化工过程强化技术理论与应用研究进展

化工过程强化技术被认为是解决化学工业“高能耗、高污染和高物耗”问题的有效技术手段,可望从根本上变革化学工业的面貌。经过多年的基础研究和技术开发,我国在化工过程强化技术方面形成了自己的特色与优势。本文综述了我国在超重力技术、膜过程耦合技术、微化工技术、磁稳定床技术、等离子体技术、离子液体技术、超临界流体技术、微波辐射技术等典型化工过程强化技术方面的进展     

我国化工过程强化技术理论与应用研究进展

化工工业是我国国民经济的重要支柱之一,具有高能耗和高污染的特点,化工过程强化可以解决化学工业中存在这一问题,并实现化学工业的节能减排。化工过程强化技术在我国经历了一段较长时间的发展,取得了一定的研究成果,在各种不同的领域都得到了广泛的应用。针对我国一些比较典型的化工过程强化技术理论应用进行简要探讨。     

微化工技术的研究与应用

微化工技术是20世纪90年代初兴起的多学科交叉的科技前沿领域,是集微机电系统设计思想和化学化工基本原理于一体,并移植集成电路和微传感器制造技术的一种高新技术,涉及化学、材料、物理、化工、机械、电子、控制学等各种工程技术和学科;其主要研究对象为特征尺度在数微米到数百微米间的微化工系统.作者对微化工技术的过程强化原理、微化...     

超临界流体技术与化工过程强化

化工过程强化是通过减小设备体积、简化工艺或提高设备生产能力达到提高效率、减少废弃物的排放、降低成本、降低物耗等的目的。与传统方法相比,超临界流体技术作为一种新兴的技术提高了效率、简化了工艺、节约了材料、无二次污染,达到了过程强化的目的。介绍了超临界流体技术的优势,从而得到过程强化的效果。     

通过微反应技术实现化工过程的强化

微反应技术是过程强化的产物,综述微反应技术带来的变革,分析微反应技术对化工过程的强化,介绍微反应技术的应用范围,微反应器的加工和材料方面的选择以及微反应技术的最新进展。     

微波强化化工过程技术进展

化工过程强化是企业节能减排的主要途径,化工过程强化手段有多种,简要介绍了微波在催化、合成、萃取、降解及破乳过程的强化作用机理,并介绍了微波在这些过程中的强化效果与应用进展。     

反应萃取技术的研究现状

化工过程强化包括设备强化和方法强化，反应萃取技术就是方法强化的技术之一。本文综述了反应萃取技术的基本原理及其分类，介绍了它在反应工程方厩的应用和研究进展，并对今后的发展前景进行了展望。与传统方法相比，反应萃取技术作为一种新兴耦合技术能显著提高效率、减少废物排放，是一种高效、节能、清洁、安全、可持续发展的化工新技术。     

微尺度内液-液传质及反应过程强化的研究进展

微化工技术作为一种高效的过程强化技术获得了广泛应用。本文从流动、传递及反应三者之间的耦合机制出发,系统综述了近十五年以来关于微尺度内液-液两相流动与传质过程特征、强化传质的微反应器、评价标准及其在化学品合成与材料制备中的应用等方面的研究进展,并对其未来发展方向进行了展望。     

乙烯丙烯生产过程强化技术进展及思考

归纳提炼了乙烯丙烯行业现状、发展趋势以及化工过程强化内涵，深入分析了外场协同强化、核心反应器/设备强化、系统耦合强化和新材料（介质）强化在乙烯丙烯生产过程中的最新关键进展及趋势，研究提出了包括加快成熟/近成熟过程强化技术在重点生产流程中的试点与推广，推进研发颠覆性、平台性过程强化技术，重视耦合工艺技术对乙烯丙烯生产过程中的整体优化，以及发挥先进信息化技术对于乙烯丙烯生产过程的加速作用等在内的四点关于过程强化技术在中国石化行业中乙烯丙烯生产过程的发展建议，为制定我国石化行业烯烃产业链过程强化技术发展战略提供重要参考。     

化工过程强化技术在丁腈胶乳生产过程中的应用

化工生产过程的安全、高效和绿色是未来的发展趋势,丁腈胶乳生产过程包括聚合过程和脱气工艺。分析了丁二烯阻聚剂的脱除、胶乳脱气提浓等技术。通过过程强化技术,设计丁二烯脱阻、胶乳脱气提浓设备和工艺,提升聚合过程速率和转化率,降低胶乳中残留单体,取得了良好效果。     

用于分布式制氢的甲烷蒸汽重整膜反应器的数值模拟

采用反应-分离集成的膜反应器进行分布式制氢,对简化工艺、降低能耗、提升技术经济性至关重要。本文采用数学模型对甲烷蒸汽重整制氢过程膜反应器进行模拟,系统分析了渗透侧操作策略、反应压力、反应温度、钯基膜性能、催化剂性能对反应器行为的影响;并以1m³/h甲烷最大程度转化为目标进行分布式制氢案例分析,详细比较膜反应器技术与“常规反应器+膜分离”工艺技术。结果表明,膜反应器在反应压力30atm（1atm=101325Pa）、反应温度500℃下操作可实现紧凑设计,比“常规反应器+膜分离”工艺技术具有明显优势,但是亟需研发更佳活性（10倍）的钯基膜和催化剂以实现显著的过程强化。模拟结果可为不同规模分布式制氢膜反应器的操作与设计及进一步的性能强化提供指导。     

流化床-化学气相沉积技术在先进核燃料制备中的应用进展

流化床-化学气相沉积（FB-CVD）技术是化工流化床技术和材料化学气相沉积制备技术的交叉耦合,兼有流化床处理量大、传热快、温度均匀以及化学气相沉积温度调节范围广、产物丰富多样等优点,其在先进核燃料制备中有着重要的应用,但随着先进核燃料“质”和“量”的不断发展要求,现有的FB-CVD技术有许多方面亟待完善。本文回顾了作者课题组利用流化床-化学气相沉积在高温气冷堆TRISO核燃料颗粒、先进核燃料包覆颗粒、核燃料示踪颗粒、基体SiC纳米颗粒、SiC@Al₂O₃复合纳米颗粒等方面的研究进展,阐述了基本方法、实验过程和典型研究结果,并分析了流化床-化学气相沉积过程中遇到的实际问题。指出了FB-CVD技术未来发展方向,主要涉及反应器规模化放大和连续性生产、孔口沉积消除及温区控制、粉体制备中的纳米颗粒连续收集、新型反应器及工艺设计等方面,具体包括高密度颗粒稳定流化放大准则、床层局部温区控制以及分区流化床结构设计等。     

Analysis of Membrane Reactors for Integrated Coupling of Oxidative and Thermal Dehydrogenation of Propane

This study presents strategies capable to intensify the thermal dehydrogenation of propane (TDH) using integrated reactor concepts. An inert packed bed membrane reactor for distributed dosing of oxygen to realize the oxidative dehydrogenation (ODH) was studied and compared to a reactor with catalytically active membrane. The latter concept allows to combine TDH and ODH in one apparatus to overcome the chemical equilibrium by in situ conversion of the by‐product H₂ using O₂ or in a reverse water‐gas shift reaction by CO₂. If CO₂ is used as active sweep gas the reactor offered better performance regarding yield and selectivity. Strategies for further thermal integration are discussed.     

微尺度过程强化的结晶颗粒制备研究进展

结晶颗粒制备技术在化工、医药、电子、生物等领域具有不可替代的作用。近年来,随着化工过程强化和微化工技术的快速发展,基于微尺度的过程强化方法在晶体颗粒制备过程中得到广泛的应用,成为高端颗粒制备的前沿技术。本文系统综述了该领域的研究进展：围绕微流控组件,简述微结构混合器、微流体技术对提高微观混合效率的原理及其在纳米材料、药物结晶等领域的应用;围绕微尺度力场,综述超重力旋转填充床的结构设计、可视化研究,超声场为代表的声空化效应及外加力场对超细纳米颗粒制备和药物连续结晶过程的应用;进一步,针对新型膜微尺度传质强化过程,分析微孔膜材料强化传质过程以及膜表面的晶体颗粒“黏附-生长-脱落”运动行为,阐明影响微孔膜分散传质强化过程的关键结构和过程参数,系统论述致密膜液层强化传质的表面更新机制和控制结晶颗粒制备的多级膜操作系统。最后,展望微尺度过程传质强化的结晶颗粒制备技术发展趋势。     

移动床反应器在化工和环保领域应用研究进展

移动床反应器,是一种用以实现流体-固相接触的反应器型式,兼具固定床反应器和流化床反应器的特点,在基础化工、环保技术等领域一直受到研究和产业的重视。从有机化工、无机化工、钢铁炼制等化工领域,以及工业烟气、尾气治理等环保领域,对移动床反应器的应用研究进展进行了综述,最后对其发展未来进行了展望,认为移动床反应器型式不会淡出历史舞台,而会结合其自身的特点而不断得到发展和应用。     

化学法多晶硅生产工艺研究进展

随着能源危机的不断加剧,太阳能作为可再生能源已成为关注的焦点。从国内外多晶硅的生产状况,综述了化学法多晶硅的生产工艺,重点分析比较了几种潜在工业应用的流化床法生产多晶硅工艺的特点,指出未来多晶硅生产应当以流化床法为主,并耦合其它相关技术。同时展望了未来化学法生产多晶硅的发展趋势。     

甲烷催化燃烧反应工艺研究进展

甲烷催化燃烧是一种清洁高效的甲烷燃烧技术,在节能减排中具有重要的应用价值。从催化剂、反应工艺和过程强化等方面对近年来甲烷催化燃烧技术进行综述,重点介绍颗粒催化剂固定床反应工艺、整体式催化剂反应工艺、流化床反应工艺和吸放热耦合反应工艺研究进展。用于固定床反应器的颗粒催化剂主要为负载型贵金属催化剂和非贵金属氧化物催化剂。贵金属催化剂活性好,起燃温度低,适合低浓度甲烷的催化燃烧。非贵金属氧化物催化剂耐高温性好,适合较高浓度甲烷燃烧体系。整体式催化剂的甲烷催化燃烧反应工艺中,最常用的是蜂窝陶瓷和金属合金等整体式催化剂的多段式催化燃烧反应器的设计。设计直接采用多段式整体催化剂,催化剂的位置不同,发挥的催化作用也不同。流化床催化燃烧装置具有燃烧过程接触面积广、热容量大和换热效率高等特点,可有效避免传统的固定床催化燃烧反应工艺存在的问题,非常适合应用于低浓度甲烷的催化燃烧过程。利用甲烷催化燃烧强放热的特点,将催化燃烧产生的热量进行时间或空间的耦合,可以开发出吸-放热耦合反应工艺。其中,固定床催化反应器中的流向变换强制周期操作作为一种高效的过程强化技术,在节约反应器成本的同时,可以提高反应热量的利用率。     

Catalytic Membrane Reactors – Lab Curiosity or Key Enabling Technology?

Two industrially interesting partial oxidations have been performed in catalytic membrane reactors with oxygen‐transporting membrane: aromatization of natural gas and oxidation of ammonia to nitric oxide. In both reactions, the oxygen used has been separated from air through a perovskite membrane, which also is the catalyst for the ammonia oxidation. When conducting the methane aromatization in an oxygen‐transporting membrane reactor, coke deposition is reduced and the aromatics yield is higher than that of a reference non‐oxidative fixed‐bed reactor.     

超重力过程工程装置结构研究进展

综述了超重力过程工程装置结构近年来的研究进展,分析了各种装置的结构特点、适用场合,重点分析论述了撞击流-旋转填料床、折流板式超重力旋转床、分裂填料旋转填料床、多级雾化超重力旋转填料床、螺旋通道型旋转床等新型特殊装置的结构特点及优缺点. 认为优化进液方式、延长气液停留时间及针对性集成设计是未来超重力过程工程装置的发展方向.