破解化工污染治理三大“痛点”

——记南京工业大学嵌入临氧裂解过程的“三废”治理与化学品生产耦合关键技术

　　近日，南京工业大学乔旭教授牵头研发的嵌入临氧裂解过程的“三废”治理与化学品生产耦合关键技术入选工业和信息化部公布的第一批先进适用技术名单。该技术通过源头绿色、原位减量和嵌入治理三个创新点解决了化工行业污染治理效果差、过程集成度弱和资源利用率低这三大“痛点”，取得了显著的社会和经济效益。

　　首提“临氧裂解”新概念　实现废弃物近零排放

　　精细化学品与人们的日常生活息息相关，但精细化学品的生产过程会产生大量“三废”。“目前，欧美等发达国家化工产品精细化率已达到60%~70%，我国化工产品精细化率虽已提高到45%，但仍有很大发展空间。”乔旭介绍，国内精细化工行业产品种类繁多、工艺流程长、生产技术精密，生产企业往往呈现出“产品分散生产，污染集中治理”或“重产品生产，轻污染治理”的粗放型发展模式。

　　“一般来说，化工企业会同时运行多套装置以生产不同产品，这些装置产出的污染物汇总到统一的‘三废’处理设施，导致处理不充分，缺乏针对性。” 南京工业大学绿色化工研究所汤吉海教授介绍说，“不同的生产原料，决定废弃物的分子结构不同，所以处理的原则和方法就应该不同，如果其中有难以降解的化学物质，按照常规的处理方式，就会影响‘三废’的整体治理成效。”

　　早在十年前，乔旭及其团队便敏锐意识到问题的关键所在，他们依循“嵌入治理”的思路，首次提出基于大分子有机物结构特征的废弃物处理“临氧裂解”新概念，研发出“三废”临氧裂解一体化净化技术。该技术利用大分子有机物裂解和气态有机小分子深度氧化的耦合反应机理，通过临氧裂解热量传递过程的调控，实现系统自热平衡。汤吉海解释道：“这种方法将化学废弃物或污染物中的大分子，输入临氧裂解反应器，在裂解、催化燃烧双功能催化剂作用下，将污染物裂解氧化成二氧化碳和水。”

　　值得一提的是，这套反应器可直接嵌入化工生产装置中运行，能够实现精细化学品制造过程废弃物近零排放，真正做到了让化工厂只有生产装置和产品，没有污水池和烟囱。

　　创新反应集成技术　将原料“吃干榨尽”

　　“精细化学品生产的反应、分离等单元过程大多采用离散、单向的序贯连接方式，各单元产生的废弃物往往直接进入‘三废’处理系统，有时副产物排放量可能是目标产品的10至100倍，这不仅增加了原料成本，还额外增加了废弃物处置费用。”据南京工业大学绿色化工研究所陈献教授介绍，为了解决这一难题，团队瞄准“将过量原料吃干榨尽”的目标，经过不懈努力，发明了捕获分离利用精细化学品制造过程中过量原料的系列反应—分离耦合技术，原位提高化学反应的转化率，降低废弃物“逃逸”风险。

　　这项技术的关键在于通过引入S型惯性因子以及淘汰机制，提高学习速率及运算稳定性，形成全局寻优的增强型“蝙蝠”算法。借助该算法，团队能够对反应—分离耦合工业化过程进行优化设计，最大限度降低过量组分逃逸量，实现生产过程“三废”的原位减量，有效提高资源利用率，降低生产成本和环境污染风险。

　　“采用绿色反应工艺才能使精化品在工业生产中真正实现源头绿色、原位减量、嵌入治理。”南京工业大学绿色化工研究所崔咪芬教授介绍，该团队在提出“临氧裂解”净化新概念，发明了“三废”临氧裂解净化新装备的同时，还针对精细化学品合成副产物量大的问题，设计出系列提高原子利用率的绿色反应工艺。团队提出极性溶剂原位还原、盐析定向锚定等策略，构筑了磺酸等有机官能团、过渡/碱金属均匀分布的分子筛催化剂，这种催化剂在加成、缩合等高原子经济性反应中发挥了关键作用，实现了多点位协同的高效催化效应，从源头上减少废弃物排放。

　　推广应用百余套装置　彰显绿色制造示范效应

　　截至目前，该技术已成功应用于十余家企业的化学品生产。其中，临氧裂解净化技术与装备已经在江苏、山东、浙江等地应用百余套，取得了减排废气6.72亿立方米、回收有价值原料1620吨、减排有机危废近1万吨的环境效益，为精细化学品的绿色制造提供了可行路径。

　　中盐常州新东化工发展有限公司采用南京工业大学“三废”临氧裂解一体化治理专利技术，杜绝了含过渡金属盐废水的产生，经临氧裂解净化后的尾气VOCs(挥发性有机化合物)降至40毫克/立方米以下，优于国家及江苏省的行业排放标准。“在严苛的环保标准下，大多数涉氯生产装置被淘汰，我们公司的(氯代)氯化苄、氯代苯甲醛等产品依然具有很强的市场竞争力。”该公司董事长李景林对该技术赞不绝口，目前新一代4.465万吨/年二氯甲苯和二氯代苯甲醛系列产品生产装置在该公司再次投入使用。