連續(xù)加氫，連續(xù)生產“不停車”
加氫反應是石油化工、精細化工等生產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、產品質量不穩(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、農藥、涂料等生產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)己酮的全新生產工藝為突破口，通過連續(xù)加氫的方法，實現了生產過程的連續(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物進行分離，這樣就能夠實現連續(xù)加氫，以往沒有辦法把小的催化劑顆粒跟產物進行分開，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，提高了生產效率。” 陳日志教授說。
“膜法分離”，化學反應更高效
反應后的產物和催化劑顆粒分離技術是整個反應實現連續(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，能實現催化劑的循環(huán)使用，減少催化劑流失、提高產品質量。”陳日志說，“我們實現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，綠色生產對環(huán)境更友好
廢水、廢渣、廢氣是傳統(tǒng)化工行業(yè)生產的常見污染物，也是化工行業(yè)環(huán)境治理的重點。
“采取我們的整套生產工藝，能夠實現三廢近零排放。”陳日志教授說，“傳統(tǒng)的生產工藝下，生產每噸環(huán)己酮會產生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分離，循環(huán)使用，氫氣一直在系統(tǒng)中，沒有排放，產物中只有環(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，沒有其他副產物，整個反應連續(xù)進行，實現高效反應的同時，三廢近零，從源頭上真正實現綠色生產，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，經過2~3個月的調試后，最終通過了72個小時的運行考核，經過現場取樣分析標定，產品合格。
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)
