《{能源化工管理}化工技术创新与产学研20170319》由会员分享，可在线阅读，更多相关《{能源化工管理}化工技术创新与产学研20170319（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、冯维春,山东省化工研究院 山东省水相有机合成及高效清洁分离工程技术研究中心,2017.03.19,化工技术创新及产学研,一、我国化工基本现状,解决“穿衣问题”,解决“出行问题”,解决“住房问题”,解决“吃饭问题”,石油化学工业是国民经济重要的能源和基础原材料工业，也是国民经济的支柱性产业。经过多年发展，我国石油化学工业形成了油气开采、炼油、基础化学原料、化肥、农药、专用化学品、橡胶制品等约50个重要子行业，可生产6万多个（种）产品，涉及国民经济各领域的完整工业体系，是目前世界上最大的石油化工产品生产国和消费国之一，在国际石油和化工界具有重要地位和影响。,2013年1-11月份石油化工行业经济运
2、行情况,12万亿元,7761.4亿元,总产值增长9.0%,利润增长9.0%,进出口增长1.4%,出口增长3.9%,1634.3亿美元,5883.6亿美元,进入“十二五”新时期，受国际、国内宏观经济走势以及行业发展周期的影响，我国石化行业增速放缓、效益下降，由高速增长转为中高速增长。传统石化产品、基础化工原料的市场趋于饱和，产能过剩矛盾突出，难以支撑行业可持续发展。行业关注重点和投资热点逐步转向以化工新材料、精细化学品、生物化工产品为代表的新兴产业。,我国石油和化学工业粗放式发展，积累了许多深层次矛盾和问题，主要表现为： 1、产能结构性过剩 甲醇装置平均开工率不足45%； 尿素装置平均开工率不足
3、75%； 烧碱装置平均开工率约为72%； 聚氯乙稀装置平均开工率仅为54%。,而另一方面，高端品种短缺，产品差异化程度较低，进口依赖程度高，部分高科技产品尚处于空白。,化工产品贸易逆差达433.82亿美元，其中合成树脂占89.9%。,2010年化工产品进口情况,2、科技整体创新能力不足 一是科研投入不足，全行业科研投入占销售收入的比重仅为1%，而发达国家则达到3-5%； 二是以企业为主体的技术创新体系尚未形成，缺乏创新平台和长效机制，自主创新动力不足； 三是行业基础性研究和共性技术开发欠缺，工艺技术与装备技术开发严重脱节，原始创新能力较弱，特别在技术集成、工程成套设备方面，仍未摆脱跟踪模仿为主
4、的格局； 四是科研成果的工程转化率低，不到30%，成套工业化技术不多。,3、产业集中度总体偏低 就整体而言，我国石油化工企业过多过散，即使龙头企业，与国外石化巨头相比，也存在部分产品单系列规模偏小、市场竞争力不强的问题。总体上看，我国石油化工行业经济总量很大，但企业平均规模却很小。产业集中度偏低，是影响行业竞争力提升的重要因素之一，也使产业结构调整的难度加大。,4、节能减排任务艰巨 随着石油化学工业的快速发展，资源和环境压力不断加大。,资源 （2010年）,石油对外依存度已达54.8% 天然橡胶对外依存度超过70% 硫资源对外依存度高达60% 钾肥对外依存度也在40%以上,石油和化学工业主要污
5、染物排放量居工业行业前列。2009年全国化学原料及化学制品制造业的化学需氧量排放量为60.21万吨、氨氮13.16万吨、二氧化硫130.15万吨、氮氧化物41.98万吨、烟尘78.81万吨。,二、创新的重要性,科技创新是提高社会生产力、综合国力的战略支撑。对内，创新可以调整产业结构、化解产能过剩矛盾，带来新的产业发展机会；对外，创新将提升中国产品和服务业在全球价值链中的位置，使创新真正能创造出更高的价值。,创新是一个企业兴旺发达的不竭动力。 不断创新是当代科技发展的主旋律，一个企业只有不断创新，才能在激烈的市场竞争中始终处于领先地位。 对于我们科技工作者而言，关注的主要就是技术创新，简单来说技
6、术创新就是提高生产效率，降低生产成本。,三、课题的选择,1、符合国家规划 2、符合企业发展要求 3、有一定的市场规模，现国内外生产规模，现有生产技术水平等要有详细的数据 4、现有产品不能满足市场要求 5、现有产品技术有重大问题（成本高、污染重等） 6、对未来十年或更长时间的预测和判断,四、文献的汇总分析,对文献资料按原理分类，分析每篇文献的主要创新点及存在的主要问题，归纳总结，提炼出研究的基本思路和方案。,五、工艺路线及研究方案的制定,（一）工艺选择的基本要求 1、原料易得、无毒或低毒。 2、工艺过程尽可能简化。 3、反应的转化率、原子利用率尽可能高。,4、尽可能不使用有机溶剂（无溶剂或水作溶
7、剂最好），若选择溶剂，应尽量选择无毒、低毒、易回收的溶剂，可重复使用，尽可能减少溶剂的种类和使用复合溶剂。 5、尽可能采用安全工艺。 6、尽可能避免废物的产生。,（二）试验方案的制定 1、工艺流程的制定。 2、每步反应所需物料的性质，包括可能的副产物。 3、每步反应终点的控制及分析方法。 4、每步反应最佳配比、最佳反应时间、温度、压力、搅拌、溶剂、浓度、滴加速度等预案。 5、每步反应原料的转化率、产品的生成率、产品精制收率。,6、每步反应的精制或提纯方案。 7、所用溶剂的回收使用方案。 8、所有原料、中间体、产品的分析控制方法及分析方案。 9、数据采集方案及数据分析，统计的科学性、合理性、全面
8、性、准确性。 10、三废种类，可能的数量及处理方案。 11、每步反应所需的设备及要求。 12、每步反应的安全性分析及安全控制技术。,六、试验及最佳工艺条件的确立,1、用试验数据验证研究方案，若方案不合理，则调整方案。 2、通过对试验数据的分析，确定最佳工艺条件。 3、试验分析：主要的创新点有没有实现 存在的问题是什么 试验数据、工艺条件等全面完善,七、中试方案的设立及中试放大,1、验证小试数据。 2、设立中试目标： 原材料消耗及产品收率 水、电、汽消耗定额 设备要求及清单 工艺操作规程、分析检验规程、安全操作规程的制定 3、中试数据的采集及统计，中试结果分析。,八、经济效益初步分析及工业化投资
9、估算 九、三废治理方案及三废治理 低附加值副产高附加值副产 有机溶剂 水 十、工艺软件包的编制,我们的工作,1、甜菜碱水相合成新工艺 2、叠氮化钠水相合成新工艺 3、甲基巯基四氮唑全水相合成工艺 4、丙磺舒合成新工艺 5、糠醛制备新工艺 6、草甘膦合成新工艺 7、盐酸羟胺水相合成新工艺 8、2,4-D制备新工艺,1、甜菜碱水相合成新工艺,传统工艺,存在问题,1、甜菜碱水相合成新工艺,Text,裂解,水+甜菜碱 酯盐酸盐,甜菜碱,氯代烷烃,氯代烃,氯代烃,新工艺技术流程,电渗析,浓缩,结晶,冷却,蒸馏,气相,冷却,分层,水层,水和母液,1、甜菜碱水相合成新工艺,创建了甜菜碱水相合成新工艺，产品纯
10、度高，变废盐为高附加值的氯代烃，水和母液循环套用，污染物零排放,叠氮化钠是重要的精细化工产品之一，主要用于汽车安全气囊起爆药剂、军用、民用爆破剂原料，头孢类抗生素、沙坦类降血压药物的中间体，还可作为农用除草剂、杀菌剂的中间体等。,2、叠氮化钠水相合成新工艺,目前，国内外叠氮化钠的产量约为1.5万吨，普遍采用亚硝酸乙酯-水合肼-氢氧化钠-乙醇溶剂法生产。,2、叠氮化钠水相合成新工艺,生产成本高、三废治理费用高,醇法合成工艺,乙醇做溶剂，火灾危险性大,周期长，气液反应转化率低,难以满足市场需求，更重要的是不符合建设环境友好型工业的国策。,2、叠氮化钠水相合成新工艺,在进行N-N键偶联反应及on w
11、ater理论研究基础上，发展全新的叠氮化钠水相合成工艺，从根本和源头上解决化工行业目前存在的环境污染问题，从“末端治理”转变为“生产全过程控制”，形成拥有完全自主知识产权的工艺技术体系，并最终实现产业化。,2、叠氮化钠水相合成新工艺,液碱,2000吨/年全水相叠氮化钠生产工艺,用硝酸代替硫酸，变低附加值的硫酸钠为高附加值的硝酸钠 使用液态亚硝酸乙酯，提高原料利用率 以水代醇，经济环保 使用高效催化剂，收率显著提高（提高6个百分点） 母液循环套用，减少三废排放,山东省科技进步一等奖、济宁市科技进步一等奖和山东省专利发明三等奖,（ZL201210120899.8）,2、叠氮化钠水相合成新工艺,市场
12、占有率80%以上，山东省科技进步二等奖,3、甲基巯基四氮唑全水相合成工艺,甲巯四唑新老工艺的差别与优势,3、甲基巯基四氮唑全水相合成工艺,ZL201210522104.X 201310587646.X,4、丙磺舒合成新工艺,5、糠醛制备新工艺,传统工艺,存在问题,催化剂法：酸催化、无机盐法、金属氧化物法、固体酸催化剂等 两步法：戊聚糖水解为戊糖，戊糖脱水环化生成糠醛,5、糠醛制备新工艺,Text,破碎,压滤,水,玉米芯,糠醛,水解,新工艺技术流程,滤液,环化 糠醛,毛醛,酸,蒸馏,前馏分,环化 釜底,滤饼,洗涤,排渣,燃烧,蒸汽,洗涤水,创建糠醛制备新工艺，产品收率高（生产1吨产品需6吨玉米芯
13、），实现污染物零排放,5、糠醛制备新工艺,催化水解制备木糖新技术,环化制备糠醛新技术,水和母液循环套用新技术,糠醛精制新技术,6、草甘膦合成新工艺,传统工艺,亚磷酸烷基酯法,亚氨基二乙酸法,存在问题 原子利用率低、转化率低（75%左右）、废酸量大、三废量大,6、草甘膦合成新工艺,新工艺技术流程,羟甲 基化,甘氨酸,脱水 环化,胺甲 基化,水解,甲醛,亚磷酸,草甘膦,6、草甘膦合成新工艺,创建了草甘膦合成新工艺，原子利用率高，收率90%，全程水相，无污染物排放，实现绿色环保,甘氨酸环化新技术,（羟甲基）哌嗪-2,5-二酮阻聚新技术,双膦酸酯高效催化水解新技术,草甘膦的水相合成新技术,新工艺,传统
14、工艺,7、盐酸羟胺水相合成新工艺,存在问题,原料毒性大（硫酸二甲酯） 操作条件苛刻 产品收率低（56%） 三废量大（废盐2t/t，废水16t/t，废气54m3/t),7、盐酸羟胺水相合成新工艺,Text,肟化,分液,羰基化合物,盐酸羟胺,催化剂分离,新工艺技术流程,除氨 除氧,水解,浓缩,双氧水,氨,水相,有机相,气提,水处理,催化剂,羰基化合物,母液,结晶,7、盐酸羟胺水相合成新工艺,水相氨肟化 新技术,肟化反应液一步除氨除氧技术,肟水解制备盐酸羟胺技术,水解母液净化及回用技术,创建催化氨肟化-肟水解合成新工艺，原子利用率高，操作条件温和，三废理论零排放,8、2,4-D制备新工艺,传统工艺,存在问题,氯乙酸消耗量大（氯乙酸1.1t/t） 废盐、废水量大（废盐1.2t/t，废水15t/t） 产品颜色重、酚味大,8、2,4-D制备新工艺,KOH,Text,Text,缩合,中和 脱水,碱洗,分层,有机相,水相,Text,Text,离心,脱水,萃取,酸化,氯化钾,Text,Text,精馏,水解,2,4-D酯,脱溶,新工艺技术流程,Text,离心,结晶,2,4二氯苯酚,2,4-D,母液,浓缩,母液,氯乙酸 甲酯,稀甲醇,8、2,4-D制备新工艺,创建2,4-D制备新工艺，产品收率98%，纯度99.5%，解决酚味重的问题，变废盐为高附加值的氯化钾，实现污染物零排放,谢谢！,
