3月23—24日，由中国化工信息中心和北京化工大学联合主办的2023（第九届）化工分离技术大会在“泉城”济南顺利召开。来自化工分离行业的专家及与会代表从技术创新到产业赋能，对行业未来的创新发展之路进行了深入探讨。
中国化工信息中心传媒中心总经理吴军指出，分离系统是化工生产的重要过程，同时也是化工过程的能耗大户。因此分离效率的提升、能耗的降低、技术的创新将极大地赋能化工产业的高质量发展，是化学工业提升核心竞争力、解决一些我国面临的卡脖子问题的重要途径。
“双碳”背景倒逼分离技术创新发展
北京化工大学教授、传质与分离工程中心主任李群生在致辞中表示，分离是石油化工、有机化工、精细化工、生物化工、制药工业等行业生产过程中最重要的单元之一，是工业生产中产品提纯及节能减排的重要手段。精馏、过滤、萃取等传统的分离技术已广泛应用在化工生产过程中。同时，在循环经济和“双碳”背景下，一些新的分离技术的开发和应用也越来越受到重视。近年来，结晶分离、膜分离、离子液体萃取、变压吸附分离等新分离技术逐渐应用到生产实践中，取得了可喜的成就。新型精馏塔器、高效塔内件的持续不断开发，不同分离技术的耦合，分离设备的大型化和自动化等，成为化工分离领域的研究热点。
中国科学院院士、清华大学化工系教授费维扬通过视频方式作“创新驱动，推进化工分离技术高质量发展”的报告。对于分离技术面临的机遇与挑战，费维扬指出，化工分离技术应用越来越广、分离要求越来越高、设备规模越来越大、节能降碳和减污要求越来越严格，因此迫切需要创新。而分离过程的复杂性也使科技创新的难度很高。两相宏观的非理想流动；气泡、液滴和两相界面的复杂传递现象；平衡级模型难以描述多组分传质过程而非平衡级模型比较复杂，缺乏一些必须的物性参数，工程应用比较困难。因此，加强科技创新，推进化工分离技术的高质量发展，对化工企业节能减排、实现绿色低碳和可持续发展有重要意义。
天津大学化工学院教授、精馏技术国家工程研究中心主任李鑫钢作“精馏过程节能与强化技术”报告。精馏作为流程工业关键共性技术，是不可或缺的化工分离手段。精馏能耗占全国能耗的4.5%。因此，精馏过程的节能降耗对于“双碳”控制具有重大意义。
北京化工大学教授、传质与分离工程中心主任李群生介绍了“高纯、超高纯化学品精馏关键技术及应用”。高纯/超高纯化学品是电子信息、航空航天、医疗健康等领域急需的关键高端基础化工原材料，是日趋激烈的国际贸易争端设计的重要产品，是我国经济社会发展急需解决的重大科技问题。我国高纯、超高纯化学品需求量大且增长快，但自给率不足10%，进口依存度高达90%以上，行业发展面临受制于人的严峻形势。高纯化学品精馏主要针对沸点相近微量杂质的分离，纯度每提升一个等级，理论板数和能耗急剧增加，提纯难度极大，甚至无法突破。李群生团队开发出了平台性的超高纯度化学品精馏关键技术，产品纯度、能耗度显著优于国际先进技术水平。高纯硅是芯片、集成电路等急需的原材料。该团队率先建成了3000吨/年高纯硅精馏装置，一次开车成功，产品纯度达99.99999999%（10N）。
新型分离技术助力绿色发展
相较于传统工业分离（如精馏），膜分离是一门新兴的高效分离、提纯和净化技术。它可以实现连续分离，具有能耗低、条件温和、操作简单和选择性好等优点。其中，分子筛膜是膜分离中越来越重要的一种新型无机膜材料，其孔道结构和表面特性多样化，可以根据分子的大小、形状或极性等差异实现物质的分离，并且性质稳定，能够适应苛刻的应用环境。近三十年来，分子筛膜的制备和应用研究得到了高速发展，而在膜分离方面的应用也越来越广泛，如液体分离、气体分离、海水淡化及污水处理等。南京工业大学化学工程学院教授、南京工业大学化工学院院长顾学红介绍了分子筛膜技术与应用。分子筛膜市场推广缓慢、应用体系有限，国外仅日本和德国实现了产业化。2011年前，我国还未实现产业化。目前分子筛膜面临着大规模产业化难题，主要技术瓶颈在于膜通量偏低、膜装填密度不高，以及膜应用稳定性等。今后的研究重点，一方面需要从分子筛膜自身的制备出发，继续调控分子筛膜的微观结构，提高膜的稳定性和完备性，采用高性能的分子筛膜支撑载体，改善分子筛膜的经济性和分离通量，促进分子筛膜的工业化、产业化；另一方面，针对不同分离体系的物理化学特性，积极探索分离条件（如温度、压力）、创新性的应用领域和分离机制等，以推动分子筛膜在分离领域朝着更广阔的方向发展。
西南化工研究设计院有限公司总工程师李克兵分享了“吸附分离技术研究和应用进展”。气体是工业的血液。变压吸附装置早期是一个辅助过程，现在成为一个核心主流过程，对装置长期稳定性要求很高。该技术能有效提高氢气回收率，减少原料气消耗，降低能耗和二氧化碳排放。有力支撑了炼化和现代煤化工产业提质增效、节能减排、推进绿色技术转化应用，将助力我国实现碳达峰、碳中和目标。西南化工经过30余年的潜心研究及工程实践，攻克了一系列技术难题，创建并完善了具有自主知识产权的大型化变压吸附系统技术体系，实现了对国外技术的全面替代和超越，牵头制定了PSA国际标准，引领我国PSA技术达到世界一流水平。核心技术包括：大型化PSA装置需解决的吸附剂性能提升及级配技术；大型化PSA工艺技术；大型PSA吸附塔动力学分布及分析设计；防冲刷零泄漏程控阀门设计及制造；智能化PSA控制系统技术；高压PSA系统技术。
北京化工大学教授、教育部“长江学者奖励计划”青年学者孙宝昌分享了“超重力分离技术及应用”。针对本征反应速率为快速反应的多相催化过程，其宏观反应速率一般受限于相间传质速率。基于超重力技术良好的传质强化特征，以及超重力装备关键机械部件在高温高压条件下稳定运行的突破，超重力反应器应用于多相催化反应，逐步展现了反应过程强化的潜力。尽管超重力多相催化反应器的应用前景非常广阔，但在规模化工业应用之前，仍有很多工作需要开展。首先，基础研究需进一步深入和积累，例如气液相在催化剂内孔微纳尺度上的“三传一反”规律仍认识较少，尤其是传热的规律；其次，急需开发适用于超重力环境下的催化剂，且需要保证催化剂具有一定的机械强度(如整体式催化剂)；然后，超重力多相催化反应器的应用还需考虑一些具体的工程问题，例如如何装填和固定反应器转子内部的催化剂颗粒、转子内部催化剂床层的测温及控温；最后，还需测试超重力多相催化反应器长周期运行的稳定性。
浙江工业大学教授、浙江工业大学工程设计研究所所长姚克俭分享了“绿色石油化工分离装置技术的创新思考和工业实践”。姚克俭表示，绿色分离技术从精馏系统用能特点出发，开发一种综合考虑背景过程与精馏系统的能量集成方法——改进夹点分析法，以提高精馏系统能量利用水平。研究开发的环境友好的绿色精馏技术已成功实现工业应用，取得了很好的经济和社会效益，实现了节能降耗减排和降低投资。研究开发组合分离技术的思路和方法，拓宽了绿色分离技术研究方向，实现了工艺和装备研究开发的有机互动和结合；研究开发一系列绿色精馏技术在精细化工、炼油、石化等新建和扩建装置中，特别在环境优化的分离技术上将有更加广阔的应用前景。
中石油石化院高级技术专家王超作“隔板塔设计的基本原理及在石化分离过程中的应用”的报告。王超指出，当前传统炼油领域逐步进入到分子炼油阶段，需要应用高效节能分离技术。隔板分离设备及工艺具有投资少，节能效果明显，在炼厂轻烃分离、芳烃分离和柴油分离等领域可广泛应用；而电子化学品、新材料等领域则会用到如高纯高净化学品微量杂质去除、颗粒控制技术等……
天津大学教授、国家工业结晶工程技术研究中心副主任龚俊波分析了我国工业结晶的技术研究及应用现状。工业结晶是制造精细化工品、医药、新能源材料等高端功能晶体产品的关键共性技术，晶体产品广泛存在于关系国计民生的各个行业。
北京化工大学教授级高级工程师杨村分享了“分子精馏技术及其工业化应用”。分子蒸馏是一种温和的液－液分离技术，它突破了一般蒸馏利用沸点差分离的技术，而是依据分子运动平均自由程的差别实现物质的分离。适用于一般蒸馏难以分离的物质，特别是高沸点、热敏性物质。因此，该技术可有效地脱除热敏性物质中轻分子物质（如脱臭、脱溶、脱塑化剂等）；可脱除产品的杂质及颜色；可降低热敏物质的热损伤，如应用在天然维生素E产品提取中；可改进传统工艺，进行清洁生产；改进传统合成工艺操作条件，提高产品质量。
由分子蒸馏技术的原理及其特点来看，它可应用于工农业、海洋业、国防工业等多个领域。
1． 石油化工领域
原油的分离与精制：生产低蒸汽压油（如真空泵油等）；制取高粘度润滑油；碳氢化合物的分离；原油的渣油及其类似物质的分离等。化工及精细化工：化工中间体的精制及表面活性剂的提纯等，如高碳醇及烷基多苷、羊毛酸酯、羊毛醇等的制取。
2． 食品工业方面
混合油脂的分离，可获得90%～95%以上的单脂肪酸酯，如硬脂酸单甘油酯、月桂酸单甘油酯、丙二醇酯等；从动植物中提取天然产物，如精制鱼油、米糠油、小麦胚芽油等。
3． 医药工业方面
医药中间体的提纯及从天然物质中提取医药制品。如用分子蒸馏从天然鱼肝油中提取维生素A，提取浓缩药用及合成天然维生素E，从天然物质中提取β-胡萝卜素等；运用分子蒸馏技术还可获得激素缩体，制取氨基酸及葡萄糖衍生物等。
4． 农药方面
农药及农药中间体的提纯与精制，如氯菊酯、增效醚、氧乐果的提纯。
5． 香精香料工业
合成及天然香精香料的提纯。从天然物质中获得粗油，运用分子蒸馏技术脱臭、脱色、去除低萜化合物，可获得高品质天然香料，如桂皮油、玫瑰油、香根油、香茅油、山苍子油、艾草油等。
6． 塑料工业
增塑剂型脂类的提纯；高分子物质的脱臭；树脂类物质的精制等。可应用分子蒸馏提纯的磷酸酯类增塑剂还有许多，如磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、磷酸甲苯二苯酯、磷酸二苯异癸酯等。同样，类似的物系还有邻苯二甲酸酯类的产品，如邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二苯酯等；脂肪族二元酸酯类产品，如己二酸二辛酯、壬二酸二辛酯、癸二酸二丁酯；偏苯三酸酯类的产品，如偏苯三酸三辛酯、苯均四酸四辛酯等，都适合采用分子蒸馏技术进行纯化。
7． 生物化学品
可用分子蒸馏技术对生物化学制品进行脱臭、脱色、提纯，提高化学品的品质。特别是在脱除生物化学品中金属离子、灰分、大分子蛋白质等有特殊功效。
飞潮新材料集团董事长何向阳介绍了“动态膜复合工艺在精细化工的应用”。与传统的死端过滤与错流过滤及动态错流过滤相比，动态膜复合工艺能够解决堵塞和排料问题，达到了高效连续动态工作。
北京日新远望科技发展有限公司总工张庆武作“高品质活性碳纤维膜在制药及化工领域的应用”的报告。很多情况下，制药及化工生产首先得到的是粗品，需要经过精制处理才能得到成品。而活性碳纤维制造工艺的变革，突破了其应用上的局限性。2013年以前，还只有普通的活性碳纤维，不能用于高端点位。
四川天人化学工程有限公司总工杨皓介绍了变压吸附气体分离技术的应用。该团队把原来放空气体中的更多有效气体直接回收进入本段吸附塔升压，这样节约了外部回收方法所需要的能耗，而且气体处理能力完全不会降低。该技术可优化管道运输能力，转移抽空技术，使吸附剂利用效率提高30%，真空泵效率提高40%。杨皓指出，放空废气中少量的氢气、一氧化碳、氮气弃之可惜，但回收难度大。通过建立装置，回收放空废气中的有效气体，送回原装置做原料气，由此减少煤耗、电耗。含有机废弃物放空气，通过回收有效气体，提浓有机废弃物再燃烧，比直接燃烧能够降低成本，减少环境污染。
中国石油大学（华东）、重质油国家重点实验室（华东）高级工程师安晓熙指出，高纯化学品高效分离将成为未来大规模化工精细分离技术的重点和热点。蒸馏技术与吸附/反应等技术的梯级耦合将是大规模高纯化学品精细分离的有效手段。将合适的分离技术以合适的工艺设备一体化方式，通过合适的耦合方式用到合适的地方发挥合适的作用。他指出，蒸馏过程强化亟需开展基于微纳尺度的新传质理论研究。蒸馏设备强化方面，作为规模化蒸馏的主要设备，塔板和填料技术已接近极限，目前仍未解决效率与通量不可兼顾的矛盾，无法满足节能升级的需求。其实质是气液传质遭遇毫米尺度天花板。