视点
工艺过程强化——化学工业可持续发展的战略途径
□ 本刊记者 任芳
PI关键词：小型、安全、高效
工艺过程强化（PI）作为化学和工艺工程领域的一部分，其定义及内涵不断变化。设备的小型化与化学工艺过
程安全性的提高有着密切关系，因此在早年的定义中，PI着重强调装置的小型化，即在保证实现生产目标下，使
生产装置的规模尺寸大幅缩小，一方面要求缩小单个设备尺寸，另一方面也需要削减操作单元数量。
长期以来一直关注和研究PI的中国化工信息中心教授级高工朱曾惠先生表示，简单来讲，过程强化是指用更
小、更便宜、更高效的设备或将多个单元操作组合在一种或较少的部件或装备上，取代原有工艺中大型、昂贵、耗
能的设备及工艺的技术。强化后的工艺将是清洁的、安全的、运作平稳的，生产出的产品将更为经济，性能更符合
用户需求。
如今，PI不仅代表了小型化和安全性，它还涉及到可持续性的各个主要方面：降低成本和能耗、减少原材料
使用和废料产生、可以用较少的原料生产更多的产品——大幅提高效益，这是PI的关键所在。在重视低碳经济、
循环经济的今天，PI已成为化学工业可持续发展的一条战略途径。
PI助力化学工业可持续发展
随着全球化工的迅猛发展，当前化学工艺正面临着可再生资源利用、环境素质、能源利用效率、成本竞争力、
社会责任、原材料利用六大重点课题。要解决这些问题，首先要从强化系统、提高效率入手，其有效的解决办法就
是进行工艺过程强化。
据世界知名咨询公司Arthur D. Little 2006年资料显示，PI可以大幅度节省和降低建设投资和运营成本
20%~80%，James Robinson公司因此减少投资1/2，而DSM公司在多个工艺流程中应用PI相关技术，成本得到显著
降低（如聚合物方面三个工艺过程下降10%~25%，生命科学方面三个工艺过程下降20%~35%，材料科学的一个工艺
过程下降5%）。在节约能源方面效果亦很显著，约为20%~80%，如Eastman化学公司醋酸甲酯工艺经改进后能耗降
低85%。利用PI技术还有可能提高产品的收率（反应的选择性），有时可提高10倍，例如陶氏化学HOCl工艺通过
PI技术收率提高20%，废料产生量降低1/3。
利用适当的PI技术还可以大幅度减少化学品库存，并能改善反应控制，从而提高化学工艺生产的安全性。应
用新型PI设备和工艺方法还可以提高或改善产品性能，使之达到客户的要求。印度政府在原子能源部系统的化学
工业节能工作中将PI（针对设备和技术）和工艺集成（针对能源系统）结合起来，在工艺集中方面运用能源审计、
有用功分析、狭点分析、工艺过程优化等，在PI方面选择新设备和新技术，所取得的效果非常显著。
PI技术增效实例
1. 生产能力提高42％ 道康宁公司在填料塔中用气液相反应方法生产中间体，由于气体分散不佳造成局部过
热形成凝胶状副产物，凝胶使催化剂性能严重下降，不得不2～3周就停止生产1次。公司花费2万美元进行改造，
通过PI途径，在反应床上游应用静态混合器，同时改变喷射器设置，结果显著改善混合和传质情况，使生产效率
提高了42％，避免了凝胶的生成，装置可以连续运转3年。
2. 使硝化反应更快更安全 PI在有机化合物硝化反应中也取得良好效果，硝化工艺过程中包括混合、反应和
传热等操作，反应速度很快，而且放热量大。目前所用工艺是将反应物加入搅拌反应釜数小时，反应产生的热量通
过冷却夹套和蛇管移出。在PI中应用静态混合器和串联的紧凑型交换器进行第一次混合和反应并移出反应热，降
低了设备费用，防止了绝热温度骤升。PI装置比原来装置缩小了很多，且效率更高。
3. 提高产品质量和效率 陶氏化学公司在PI中利用旋转填充床技术开发生产氯化物含量低的次氯酸，解决了
传统工艺中的问题。在此新工艺中吸收、反应和汽提几乎是同时进行，通过降低气流速度约50％，从而提高收率
10％。与传统装置相比，该装置体积小、价格低、能源效率高，目前已建成示范装置，生产能力为450kg／h。
4. 高效的陆上油气分离装置 在陆地和海上油气分离中，1套每天处理7.7万桶的装置夏天的生产能力比冬
天低10％，主要是因为空气冷却器中气体脱水分子筛装置在夏天的温度和水含量都比较高。通过PI，在现有空气
冷却器的下游安装一个调整冷却器，过滤后的脱氧海水可用于此冷却装置，加热后的海水可在脱盐器中再利用。BP
阿莫科公司目前采用此技术并取得良好效果。
综上所述，工艺过程强化是化学工业在新形势下迎接挑战、提高效益和效率、增强国际竞争力的强有力举措，
也是化学工业可持续发展的一条战略途径，其效果已得到国际共识并取得显著成效。但是根据工艺过程强化的内容
和特点，若以急功近利的观念和方式对待则难以有效推行和实施，更谈不上收到预期效果。对此，朱曾惠先生建议：
①应对工艺过程强化的内涵、意义和作用形成全面的认识；②无论是行业还是企业，在运用PI提高自身竞争力时
要制定一个目标明确、内容具体、技术适用、措施得力的计划（包括规划、路线图、实施计划）；③企业间要具有
团队精神，生产、管理、科研开发、设计等要通力合作，进行跨学科、跨部门的协调合作；④重视知识更新，学习
和运用科学方法（如环境分析、动态监测、SWOT等），统一认识，建立共识。
（对PI的详细介绍请参见本期第4~5版《走进PI——欧洲工艺过程强化规划借鉴》）