一场绿色分离工艺的盛宴
——2015化工分离技术交流大会侧记
□ 本刊记者 梁立华 唐茵
“十三五”规划是中国经济发展进入新常态以后的第一个五年规划，是引领中国经济发展新常态的路线图。如何实现这一目标？中共十八届五中全会首次提出“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念，推动建立绿色、低碳、循环发展的产业体系。分离是工业生产中产品提纯及节能减排的重要手段，因而成为石油化工、制药等行业生产过程中最重要的工艺单元之一，在循环经济和低碳经济的国际形势下，作为化学工程学科的重点研究领域，新分离技术的开发和应用在全球范围内正受到越来越多的重视，也将成为“十三五”期间石化行业绿色发展的重要支撑。12月16～17日由中国化工信息中心主办的“2015化工分离技术交流大会”在天津举办。来自国内分离技术界的科学大咖进行了智慧的碰撞，来自企业与高校的近两百多名代表开展了深入探讨，实现了产学研的完美对接，共享了绿色分离工艺的盛宴。
１． 现代晶体工程技术——抢占高端功能产品市场的密钥
与会专家认为，随着人类建设生态文明的要求以及能源、资源危机的挑战，传统工业结晶技术必须向绿色高效集成化发展。既要求选择环境友好的溶剂体系，又要对结晶精制工艺进行优化，使制造过程朝着集约化、标准化、环境友好的方向发展。
当前我国“大化工”产品结构不合理，以低端为主，高功能材料和高端产品平均60%以上依靠进口。结晶技术是将低端产品提升到高端产品的核心技术。而国内一般企业结晶技术与装备水平落后于发达国家20年以上，是制约我国功能材料和高端产品自主制造的“卡脖子”因素。与国际先进水平相比，我国高端产品单位能耗高约40%，能源利用率低约10%，亟须创新发展节能、降耗、减排的技术。现代工业结晶技术具有绿色、低碳、节能的特征。实施产品结构优化与晶体工程技术创新，是“大化工”业健康发展、产业振兴的关键。
天津大学国家工业结晶工程技术研究中心王静康院士指出，实施中国化工产品结构优化，推进晶体工程共性技术创新工程是当务之急。因为晶体工程科学与技术是制备“大化工”中的精细化学品、光电晶体材料、医药、农药、食品添加剂等高端功能材料与产品的共性科学与关键技术，涵盖了由纳米晶、晶纤、晶膜等晶体科学与技术的全部内容。目前，世界各国都已充分认识到发展功能晶体粒子产品的重要性，因此都在迅速开发其核心共性关键技术——现代晶体工程技术，以竭力抢占与垄断高端功能产品市场。
虽然我国在晶体工程科学与技术研究方面，已取得了一些国际一流的产业化成果，但在晶体工程中晶纤、晶膜、生物大分子等智能晶体方面，仍需实现学科交叉系统化研发，开拓创新，以破解与掌握该领域物质科学与共性技术的奥妙与规律，为人类社会的发展服务。
２． 绿色精馏技术——实现提质增效的关键
精馏技术是现代传质理论在化学、化工过程工业分离领域中的一项关键共性技术，广泛应用于石油炼制、石油化工、化学工业、精细化学品、化肥工业、空气分离、原子能化工、环境保护、中药现代化和天然产物分离等产品和工业过程，在提高产品纯度和收益率、降耗和控污方面具有重要作用，能显著提升传统化工装置技术水平、推动行业科技进步。8名专家与大家分享了精馏技术最新的研究成果与工程化应用案例。
天津大学精馏技术国家工程研究中心主任李鑫钢教授介绍了精馏技术的主要科学问题、精馏过程大型化的关键技术、基于多孔材料的分离设备强化、精馏过程节能与工程化应用。李鑫钢指出，精馏的化工分离技术手段，在化工流程工业中占有重要地位，但目前精馏技术面临着能耗高、物耗高、污染高、效率低的问题。
李鑫钢带来的差压热耦合蒸馏节能技术具有以下优点：一是差压热耦合精馏过程的常规分馏塔塔顶冷凝的负荷可以与降压分馏塔底再沸器的负荷相匹配，实现热耦精馏，匹配换热。二是与常规的单塔精馏过程不同，差压热耦合精馏过程的常规分馏塔顶上升蒸气能够用于加热降压分馏塔塔底物料，满足塔底再沸要求。三是用差压降温手段实现了最小的热消耗，甚至实现冷热负荷完全匹配，热消耗为零，并且仅在设备中增加一台压缩机即可实现。
精细化工是国家综合实力以及技术水平的标志，是化学工业发展的重点，是新材料的重要组成部分。大力发展精细化工是各国调整化学工业结构、扩大经济效益以及提升化工产业能级的重点。我国在精细化工方面已经取得了一些进步，但由于精细化工门类比较多，品种复杂，存在很多有待解决的技术问题。开发工业规模的组分精馏分离技术，特别是绿色高效的精馏分离技术，对精细化工产品的开发与生产有至关重要的作用。北京化工大学的李群生教授就精细化工分离技术的最新进展做了详细介绍。李群生认为，精馏过程中，分离效率的提高可以在很大程度上降低能耗、提高产品质量、减少排放、提高回收率、增加企业的经济效益。时至今日，提高精馏塔分离效率最有效的方法是开发出新型高效的精馏塔板、填料及塔内件等精馏设备，通过设备结构的优化改善精馏塔内汽、液两相的流动均匀程度，保障两相的充分接触，促进传质过程高效进行。李群生为大家详细介绍了机械蒸汽再压技术（MVR）在精馏分离中的应用。该技术利用高能效机械蒸汽压缩机压缩蒸发系统自身产生的二次蒸汽，通过提高二次蒸汽的热焓，使其再次进入蒸发系统作为热源循环使有，从而减少对外界能源需求的一项节能技术。MVR技术回收利用了二次蒸汽的潜能，避免了将二次蒸汽冷凝排出而造成的能源浪费，同时省却了冷凝系统简化了设备流程，使操作大为简化。另外，该技术还具有紧凑可靠寿命长，无需额外加热源，投资费用适中，预热简单，易于扩大生产容量，负荷调节简单等优点。
天津创举科技有限公司的王柱祥总经理分享了公司最新研发的全逆流无返混喷射态塔板技术及应用。从20世纪50年代至今，塔板技术有了长足进步并得到广泛应用，但一直未能改变塔板的错流传质路径。逆流传热效率（推动力）高于错流传热，同样逆流传质效率（推动力）也高于错流传质，全逆流塔板技术的开发成功，实现了板式塔分离技术的新突破。据王柱祥介绍，全逆流无返混塔板优势主要有：逆流传质，传质推动力高，确保高效率；无液相返混，减少高品能损失；无液相偏流，点效高且均匀；无液面梯度，气相分布均匀。目前，该项技术已在洛阳宏大炼化、山东海特化工的C4精馏塔上应用成功。
与会专家认为，随着世界范围内的能源紧缺，绿色节能的精馏分离技术愈来愈引起人们的重视。如何合理充分利用精馏过程的能量，做到增产降耗，提高企业综合经济效益，在化工生产中有着极为重要的现实意义。在精馏系统中，精馏工艺和技术的节能、高效塔器设备的节能以及新型节能技术的运用均取得了较好的实施效果，如何推广现有技术是目前实现经济效益增长的重点研究内容。
3. 新型分离技术——工业化渐行渐近
新型分离技术在近二十年来发展迅速，在化工、生物、材料、医药、环境、能源等诸多领域具有不可或缺的重要作用。随着科技的发展，生产和生活的需要，人们对新型分离技术的期望日益剧增，这种需求将促使新型分离技术不断实现工业化。
浙江大学的任其龙教授、姚善泾教授，华东理工大学的曹学君教授分享了生物分离的最前沿技术。部分天然活性物质分子结构兼具疏水基团和极性基团且分子间作用强，因而水溶性和油溶性均较差；且在植物中同时与结构、性质相近的同系物共存。此类疏水疏油天然活性同系物分离难度较大，现代分离方法如吸附层析存在溶剂消耗量大、处理量低等不足。任其龙介绍了利用离子液体溶解能力强、易于形成液液两相体系等优点，建立离子液体萃取分离天然活性系物的新方法；姚善泾就抗体药物分离纯化的进展进行了相关解读；曹学君报告的主要内容是分子印迹技术提取生物活性的研究。
离子液体是由有机阳离子和无机阴离子构成的、在室温或室温附近范围内呈液体状态的一类全新介质和软功能材料。近十年来在绿色化学框架下获得了突飞猛进的发展，其出现为研究开发高效、清洁、节能的反应分离新工艺带来了新机遇，展示了巨大应用潜力和前景。北京化工大学的雷志刚教授介绍了离子液体萃取蒸馏强化技术和应用事例。在离子液体萃取蒸馏方面，当前的分离剂局限于单一离子液体。但是，由于固体无机盐的盐效应要强于离子液体，研究人员用离子液体+固体无机盐的混合分离剂替代单一离子液体，取得了良好效果。以分离常见的乙醇/水体系为例，在相同的分离要求下，与单一离子液体[EMIM]+[Ac]-相比，采用混合分离剂[EMIM]+[Ac]- + KAc后，整个分离过程的再沸器热负荷降低了19.04%。在离子液体特殊吸收方面，提出了用单一离子液体或含离子液体的复合溶剂取代易挥发甲醇作为低温、中压吸收CO2的新型分离剂，强化低温吸收过程。这项研究首次测定了CO2在低温下在离子液体中的溶解度数据，拓宽了离子液体应用的温度窗口。雷志刚的报告引起了参会企业的极大兴趣。
天津工业大学的张玉忠教授分享了膜吸附和膜吸收技术的发展。膜吸附技术是20世纪80年代中期发展起来的一种新型膜过程，是膜技术与吸附色谱方法的杂化集成技术，可以将澄清、浓缩和纯化步骤聚集一体，能够提供完全分离纯化解决方案。我国分离膜科学与技术基础研究和国际顶尖水平仍有差距，特别是面向水处理、大气污染防治和新型能源等高端分离膜材料领域原创性不足，从而制约了膜产业更快更好发展。
此外，南京师范大学的顾正桂教授展示了分离集成技术在资源深加工与综合利用中的应用，天津职业大学的冯艳文教授带来了智能化可视分离装置的研究进展…..
随着社会的发展，人类对于分离技术的需求也在不断提高。一方面，对产品的质量及物质纯度的要求提高；另一方面，煤炭与石油危机所引起的能源危机对资源利用与清洁生产也提出了新的要求。人们不但希望采用更高效的节能、优产方法，而且希望这些工艺环境友好。正是这种需求推动了科学家们对新型分离技术不懈的探索。一些常规的分离技术，如蒸馏、吸收、萃取等不断改进，更有一些特色明显的新型分离技术，如膜分离、泡沫分离、超临界流体萃取以及集成技术等得到重视和发展。由中国化工信息中心举办的分离大会已经有4年的历史，未来大会将继续关注分离技术领域的重大突破。