精细化学品广泛地应用于医药、农药和日化用品等与百姓衣食住行密切相关的各类用品中。然而，由于精细化工行业产品种类繁多、工艺流程长、生产技术精密等特点，生产企业往往呈现出“先产品分散生产，后污染集中治理”或“重产品生产，轻污染治理”的粗放型发展模式。
日前，南京工业大学乔旭教授领衔完成的项目“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”有效解决了这一问题，获评江苏省2021年度江苏省科学技术奖一等奖。“项目通过三个创新点实现了化工及相关行业生产的源头绿色化、过程减量化、治理精准化。”乔旭表示，为解决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制约发展、被人诟病的“痛点”，除却了科技工作者“心病”，他领衔的绿色化工实验室里一直致力于促进化工绿色发展，助力“双碳”目标实现。
图源 视觉中国净化新概念，实现化工过程“三废”近零排放
“我国化工产品精细化率已提高到45%，但较之欧美等发达国家60%-70%的精细化率还有较大差距。”绿色化工实验室骨干成员、南工大化工学院汤吉海教授介绍，精细化学品应用面广、专用性强、附加值高，其发展水平是衡量国家或地区化工发展水平的重要标志。针对化工产品“三废”相态分别治理能耗高、效率低的问题，乔旭教授带领他们研发出“三废”临氧裂解一体化净化技术。
“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。”乔旭解释道，也就是使大分子在氧气的作用下裂解反应生成小分子，小分子再深度氧化为二氧化碳和水，实现废水废气废渣近零排放。这种“三废”临氧裂解一体化深度净化装备，可嵌入精细化学生产装置中，实现全浓度范围内“三废”同时处理。“处理后的尾气排放中挥发性有机物（VOCs）含量低于10mg/m3，废水化学需氧量（COD）低于40mg/L,远远低于国家和地方排放限值。”
新型反应分离集成技术，实现“三废”原位减量
“提高原料利用效率、减少废弃物排放、实现精细化学品生产源头绿色，是我们团队攻关的目标。”乔旭说，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大多直接进入‘三废’处理系统，有时副产物排放量可能是目标产品的10到100倍，这不仅造成了原料成本的增加，还额外增加了废弃物处置的费用。“因此，我们发明捕获并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，开发全局寻优的增强型‘蝙蝠’算法，优化设计反应-分离耦合工业化过程，最大限度降低过量组分逃逸量，实现了生产过程‘三废’原位减量。”
据介绍，团队针对酫酯胺类精细化学品高原子经济性反应合成路线，创制了功能化分子筛催化剂，并通过调控反应网络、提高原料利用效率，做到了减少废弃物排放，实现精细化学品生产源头绿色。
原子经济反应，绿色催化工艺杜绝废水产生
“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’。”绿色化工实验室成员、南工大化工学院陈献教授介绍，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，针对精细化学品合成副产生物量大的问题，设计出系列提高原子利用率的绿色反应工艺。团队发明了极性溶剂原位还原、盐析定向锚定等策略，构筑磺酸等有机官能团、过渡/碱金属均匀分布的分子筛催化剂，首次用于加成、缩合等高原子经济性反应，实现多点位协同的高效催化效应，构建了羧酸特种酯、烷氧基丙酸酯、二苯胺、（氯代）苯甲醛的绿色催化合成工艺。
“原料吃干榨净了，工艺水循环利用了，‘三废’自然不存在了。”绿色化工实验室成员、南工大化工学院崔咪芬教授列举一系列成果转化实例介绍说，绿色工艺原料转化率与目标产品选择性均高于传统工艺，建成的酸烯加成、烷烃氯化的“背包式”反应精馏集成装置，使原料反应转化率和选择性分别达到98%和97%以上；发明的（氯代）苯甲醛生产水解反应与液液分离耦合的过量水原位循环技术，工艺水100%循环利用，源头上杜绝了向系统外排放未反应的过量原料和工艺废水的产生。
打造精细化学品绿色制造示范效应
“科研成果只有走出实验室，才能释放科技势能，服务经济社会发展。”多年来，乔旭带领团队积极投身科研实践，将科研论文写在设备上、车间里、厂房中和广阔的市场中。
“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”经中国石油与化学工业联合会专家组鉴定，一致认为 “达到国际先进水平，其中临氧裂解技术达到国际领先水平，对推动精细化学品绿色制造具有很好的示范效应，具有很好的产业推广应用前景。”技术成果的成功应用，将环保与相关产品生产一体化融合，真正实现了精细化学品的绿色制造。专利技术入股孵化出南京资环工程技术研究院有限公司，相关产品技术独家转让给中盐常州新东化工、江苏飞亚化学等企业，建成全国首套化工“三废”临氧裂解一体化净化撬块装置和全球最大4.5万吨/年二苯胺、1.2万吨氯代苯甲醛（含氯代氯苄）等工业装置，打破了国际行业寡头的垄断地位。近两年内，成果应用企业取得了新增销售额20.57亿元、新增利润2.83亿元的经济效益，同时取得了减排废气13.51亿立方米，减排精馏釜残等有机危废5156吨的环境效益。
通讯员 杨芳
扬子晚报/紫牛新闻记者 杨甜子
校对 盛媛媛
来源：紫牛新闻
