連續(xù)加氫,連續(xù)生產(chǎn)“不停車”
加氫反應是石油化工、精細化工等生產(chǎn)過程中常見的化學單元反應,傳統(tǒng)化學工藝大多采取間歇加氫的方法,“間歇加氫需要在生產(chǎn)過程中不斷地升降溫、排放氣體,進行人工操作,具有能耗高、環(huán)境污染嚴重、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、安全隱患多等缺點。” 陳日志教授說。
環(huán)己酮是合成纖維尼龍6及尼龍66等的重要中間體,在合成橡膠、纖維,染料、農(nóng)藥、涂料等生產(chǎn)制備方面具有重要的工業(yè)應用價值。近年來,我國環(huán)己酮產(chǎn)量逐年增加,具有廣闊的市場需求。
陳日志教授團隊以研究制備環(huán)己酮的全新生產(chǎn)工藝為突破口,通過連續(xù)加氫的方法,實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的連續(xù)化。陳日志介紹說,連續(xù)加氫的關鍵在于如何高效地將微小的催化劑顆粒跟產(chǎn)物進行分離,這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)加氫,以往沒有辦法把小的催化劑顆粒跟產(chǎn)物進行分開,所以需要間歇操作,傳統(tǒng)做法是一次加氫,反應結束之后,先排氫氣,采用沉降或者其他方法把催化劑顆粒與產(chǎn)物分開,然后再加入另外一批原料再進行反應。“連續(xù)加氫不需要不斷地升降溫、排放氣體、人工添加化學原料等操作,這樣就降低了能耗和安全隱患,提高了生產(chǎn)效率。” 陳日志教授說。
“膜法分離”,化學反應更高效
反應后的產(chǎn)物和催化劑顆粒分離技術是整個反應實現(xiàn)連續(xù)化的關鍵。陳日志教授團隊將南京工業(yè)大學膜科學研究所研發(fā)的陶瓷膜應用其中,研制出連續(xù)苯酚加氫-膜分離耦合系統(tǒng),實現(xiàn)環(huán)己酮的綠色合成。
“膜是一種高效的分離技術,將膜分離過程與反應過程集成在同一流程中,能實現(xiàn)催化劑的循環(huán)使用,減少催化劑流失、提高產(chǎn)品質(zhì)量。”陳日志說,“我們實現(xiàn)了催化劑的原位分離,催化劑回收率大于99.9%,新工藝環(huán)己酮收率80%,顯著高于現(xiàn)有主流工藝中3%的收率。”
陳日志教授團隊用10年時間從催化劑研發(fā)、工藝包開發(fā)、百噸級中試裝置建設、新工藝調(diào)試做了全流程、貫通式的研究。“我們在苯酚加氫-膜分離耦合裝置的連續(xù)穩(wěn)定運行方面花了很長時間,研究了鈀碳催化劑催化性能與膜分離性能的變化規(guī)律,揭示了它們的失效原因,針對性地提出了減少催化劑與膜失效的方法,實現(xiàn)了裝置的連續(xù)穩(wěn)定運行。”陳日志教授介紹。
近零排放,綠色生產(chǎn)對環(huán)境更友好
廢水、廢渣、廢氣是傳統(tǒng)化工行業(yè)生產(chǎn)的常見污染物,也是化工行業(yè)環(huán)境治理的重點。
“采取我們的整套生產(chǎn)工藝,能夠?qū)崿F(xiàn)三廢近零排放。”陳日志教授說,“傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝下,生產(chǎn)每噸環(huán)己酮會產(chǎn)生0.8噸的廢水,而采用連續(xù)苯酚加氫-膜分離耦合技術,催化劑顆粒通過膜裝置實現(xiàn)分離,循環(huán)使用,氫氣一直在系統(tǒng)中,沒有排放,產(chǎn)物中只有環(huán)己酮與環(huán)己醇,而環(huán)己醇通過脫氫進一步生成環(huán)己酮,沒有其他副產(chǎn)物,整個反應連續(xù)進行,實現(xiàn)高效反應的同時,三廢近零,從源頭上真正實現(xiàn)綠色生產(chǎn),對環(huán)境更友好。”
2019年,陳日志教授團隊開發(fā)出百噸級連續(xù)苯酚加氫-膜分離耦合制備環(huán)己酮工藝包,建成了百噸級中試裝置。2020年年初,陳日志教授團隊在其合作的化工企業(yè)反復實驗,經(jīng)過2~3個月的調(diào)試后,最終通過了72個小時的運行考核,經(jīng)過現(xiàn)場取樣分析標定,產(chǎn)品合格。
2020年9月15日,在北京召開的2020中國化工學會科技創(chuàng)新大會上,陳日志教授團隊的“連續(xù)加氫-膜分離耦合機制及其在環(huán)己酮合成中的應用”科研成果獲中國化工學會基礎研究成果獎一等獎。(張金鳳)