微化工技术是20 世纪90年代兴起的多学科交叉的科技前沿技术,对传统化工装置而言是革命性的颠覆,开启了高效精细化工新时代。国外对微通道反应器技术已有二十多年的研究。目前,我国微通道反应器技术研究水平与国际同步,该技术在我国已步入了工业应用推广的前夜。现在这项技术在我国橡胶助剂工业已有所应用,微化工反应器可为该行业降本增效,应用前景十分广阔。
微型化实现安全、节能、增效
微化工技术的核心是微通道反应器,它一般指通过微加工技术和精密加工技术制造的带有微结构的反应设备,其内部的流体通道或分散尺度达微米量级。由于反应器特征尺度的微型化,通道内的流体以微米级薄层进行撞击流化学反应,可实现快速混合、传质、传热,效率可比常规尺度设备提高2~3个数量级。微通道反应器由此成功解决了传统装备反应不彻底、污染、易爆炸等技术难题,保障安全生产,促进过程强化和装备小型化,提高能源和资源利用效率,最终达到节能降耗的目的。随着微通道反应器技术的不断提升,研究人员相继开发了微槽道反应器、毛细管微反应器、泡沫金属微反应器、环状微反应器,并使反应通道、流场逐步突破微米级,扩大了应用层面。
产学研全面推进 新项目落地开花
美国、德国、英国、法国、日本等国微化工技术的发展虽然有20多年的历史,但迄今仍未真正实现大规模工业化应用。中国在微化工技术的产业化应用方面已处于国际领先水平。2000年以来,天津大学、中科院大连化学物理研究所、清华大学、南京工业大学、华东理工大学、常州大学等高校和企业相应成立了微通道反应器技术研究团队,并取得了产学研成功结合的丰硕成果,建成多套万吨级产业化装置。如今,国内制造的微反应器在液相反应、气相反应、气/液反应及硝化、磺化、酰胺化、重氮化、氧化、过氧化、氟化、氯化等领域均获得应用。其中,大连化物所开发的8万吨磷酸二氢铵生产线和万吨级石油磺酸盐示范装置、清华大学成功开发的膜分散微结构反应器制备单分散万吨级纳米碳酸钙的生产线和15万吨湿法磷酸净化的生产装置,以及南京工业大学万吨级绿色增塑剂工业装置均顺利投产,并获得了国家科技进步奖。此外,瓮福集团、西安万德能源公司、中石化催化剂长岭分公司、山东盛大集团等化工企业也相继应用微化工技术进行工业化生产。这些都预示着我国微化工技术已经进入了工业化应用推广的前夜。
橡胶助剂行业掀起微化工热潮
进入21世纪以来,在行业绿色化、智能化方针的指引下,中国橡胶助剂工业取得持续稳定的发展,在全球的销售额从2001年的13%增长至目前的75%,并在绿色化清洁生产技术和替代有毒、有害产品方面取得重大成效,其中6项成果获得国家科技进步奖。但部分产品的生产工艺仍采用间歇生产,尤其是占总量30%的橡胶促进剂产品,部分生产过程易燃易爆,并产生含盐有机废水,大大提高了企业的安全环保成本。
微通道反应器可将橡塑助剂生产过程中低效、间歇的合成工艺改变为可控连续工艺,将反应时间从几小时缩短到十几秒,将万吨级的反应器及配套装置缩小为占地几十平方米的装置,大大降低了用地成本。近年来,中国化工学会橡塑绿色制造专委会积极推进橡胶助剂企业与清华大学、南京工业大学、大连化物所、天津大学等院校组织产学研推进,在本行业内兴起了微化工化的热潮。目前,橡胶促进剂领域噻唑类MBT、MBTS,次磺酰胺类TBBS、CBS,二硫化氨基甲酸盐类SDD,秋兰姆类TMTD、TBZTD及橡胶防老剂领域TMQ、6PPD及防焦剂CTP、不溶性硫磺IS等产品均开展了微化工技术的开发。其中,促进剂和防老剂分别建成了微化工技术示范生产线,清华大学与濮阳蔚林新材料公司共同建设的5000吨超促进剂TBZTD工业装置及南京工业大学与山东斯递尔化工公司共同建设的1万吨防老剂TMQ生产线已于2018年5月26日正式落成投产。
微化工技术给橡胶助剂企业带来了新的曙光,将不断引领中国橡胶助剂工业持续稳定发展。企业必须抓住机遇,选择合适的产品借由微反应器实现高效、安全和清洁生产,实现工艺突破和绿色发展。
