“强强联合”节能降碳——记碳中和背景下的化工分离提纯过程节能关键技术及工业应用项目

　　传质分离是化工生产过程中的重要环节。北京化工大学李群生教授团队完成的“碳中和背景下的化工分离提纯过程节能关键技术及工业应用”项目突破了同分异构体或者沸点相近物系单一精馏过程能耗大等难题，降低了化工分离提纯过程中的能耗和二氧化碳排放量，并实现了大规模工业应用。该项目也因此于近日获得中国化工学会科技进步一等奖。

　　传统分离技术能耗较高

　　国家统计局相关数据显示，我国单位GDP能耗约为经合组织国家的3倍、世界平均水平的1.5倍，仍有较大的下降空间。而在化学工业中，分离系统是能耗大户。据不完全统计，分离提纯过程的能耗在化工生产总能耗中占比约60%。传统化工分离提纯过程，尤其是精馏过程，存在节能技术落后、设备效能较低等问题，成为制约我国化工行业绿色发展的瓶颈之一。

　　随着经济社会发展，各领域对化学品提出了更高要求，高纯、超纯化学品的需求日渐增加。而高纯化学品的生产面临沸点相近微量杂质的分离，纯度每提升一个等级，精馏塔理论板数和能耗急剧增加，提纯难度极大，因此高黏度、易自聚体系的分离及节能减排成为国内外产业界和学术界关注的重点。

　　自主开发关键技术设备

　　开发化工精馏过程节能关键技术，对于提升我国化工产业整体水平具有重要意义。在科技部、教育部等的支持下，李群生团队历时15年攻关，开展了大量化工节能相关研究，首创了具有自主知识产权的精馏—其他分离(结晶、萃取、膜分离等)联合节能关键技术，并实现了大规模工业应用。该项技术成果通过了由中国化工学会组织的科技成果鉴定，被认为项目总体达到国际先进水平，精馏—其他分离联合节能等关键技术达到国际领先水平。

　　该项目团队成员岳涵表示，精馏—其他分离联合节能关键技术可将多种分离技术的优势“强强联合”，达到大幅度节能降耗的效果。例如，在鞍山焦化精萘分离提纯项目中应用的精馏—连续多级逆流分步结晶联合节能技术，就利用该物系熔点差异高的特性，在精馏塔增设一个连续逆流结晶塔，从而降低精馏过程回流比，取得了显著的节能效果。

　　“我们还研发了高效大通量丝网波纹填料、填料式导向塔板、高效分离散装填料及高效导向筛板等精馏核心元件，建立了精馏过程全系统节能优化数据模型，开发了精馏操作过程全面节能及热集成优化关键技术，提升了换热效率，降低了能耗与设备投资，实现了分离过程的绿色化生产。”岳涵介绍说。

　　助力行业绿色高端发展

　　谈及项目的工业应用状况，李群生表示，项目团队研发分离提纯过程关键技术的目的，就是降低化工过程的能耗，为实现国家“双碳”目标作贡献。目前，该项目已在15家大中型企业实现了工业应用，降低了化工分离提纯工程中的能耗和二氧化碳排放量。据统计，应用相关技术的项目近3年来共新增利润11.3亿元，节能折合标煤11.36万吨，减少二氧化碳排放32.9万吨。

　　此外，分离提纯节能关键技术的应用也提高了国产高纯化学品的纯度，用以满足电子信息、航空航天、医疗健康等领域对关键高端基础化工材料的需求。目前，项目团队开发的精馏—膜分离耦合工艺已应用于生产电子化学品等。经验证，该工艺可通过精馏过程大规模去除副产物如不饱和烃、水、氮气、氧气等，再通过膜分离技术使金属离子含量降至0.1毫克/升以下，产出5N级(99.999%)纯度的电子级氯化氢。

　　“高端材料生产能耗较高，更需要采用先进精馏技术实现节能降耗，一方面是为了实现碳中和，另一方面也可以降低产品的生产成本、扩大产量，从而推动我国高纯、超纯化学品的规模化发展。”李群生表示。