产品详细介绍

一、 必要性随着对石油开采程度的加深，原油变稠、变重已成为世界性不可逆转的趋势。我国老油田都已进入高含水开发期，综合含水率已超过80%。我国有丰富的稠油资源，是继美国、加拿大和委内瑞拉之后的世界第四大稠油生产国。重点分布在胜利、辽河、河南、新疆等油田。新增探明储量中的低渗透与稠油所占比例也逐年加大，油田挖潜效果变差，采油与集输成本上升，原油加工困难。我国工业化步伐的加快，从国际石油市场进口原油比例将迅速增加，而这些进口原油大多是粘稠、超稠原油。可以说我国原油的高粘度、高含水、高含硫量是原油生产、运输、加工中遇到的三个重要问题。由于原油是一种含有胶质、石蜡和沥青质等多种组分的复杂烃类混合物，在温度降低时蜡晶会析出，随着温度不断下降，蜡晶逐渐增多，最终形成三维网状结晶而失去流动性。在原油输送及加工中，降低原油的粘度具有特别重要的意义，它能降低原油输送成本，节约能耗，防止设备、管路堵塞，提高生产效率和经济效益等。易凝高粘原油包括含蜡量较高的石蜡基原油(含蜡原油)以及胶质、沥青质含量较高、密度较大的重质原油(稠油)。大庆、胜利、中原、南海等我国主要油田生产的原油大多为高含蜡原油，胜利、辽河、新疆、渤海等油田有大量的稠油，新近发现的亿吨级渤海蓬莱油田也是稠油油田。我国所产原油80%以上为凝点较高的含蜡原油和粘稠的重质原油(稠油)，其加工后将会产生较多的重质油（渣油、燃料油等），这些重质油的资源化利用是炼油工业普遍遇到的问题，使得炼厂对重质油进行降粘、轻质化处理的集成技术及装备的研制开发将有较大的需求。 石油的大量使用，开采程度的不断加深，使原油变稠、变重已成为世界性不可逆转的趋势。部分区块的特稠油外输极为困难，为了降低原油输送管路的摩阻损失，必须采取有效的降粘措施。超声波降粘技术是近几年来迅速发展起来的一种原油输送与加工的共性新技术。二、 主要研究内容、技术关键和创新点目前，为运输、加工重质油而改质的方法都基于一个思想，即将原油中大分子的C-C键断裂，使重油中的组分轻质化；或改变重油中沥青烯(asphaltene)等大分子的簇状(cluster)结构成均匀、分散结构，从而降低黏度。降黏改质的方法：一类是化学改质方法，将原油催化裂化或添加降凝剂；另一类是物理改质方法，通过加热、电场、磁场、超声处理。然而，化学法存在工艺复杂、能耗高及对原油的二次污染等问题；加热法成本高、效益低，电场或磁场处理方法的降黏效果不是很理想，且设备笨重。近年来，用超声强化原油降黏及轻质化来改善含蜡原油流变性及超声原油预裂解的改性技术已经越来越受重视，有望成为原油降黏及轻质化新技术。主要集中在超声物理及化学效应降黏。超声物理效应降黏分为乳化降黏及非乳化降黏，主要目的是提高开采效率，减少管输成本。超声化学效应降黏包括超声作用在含水的原油体系中，会形成自由基反应，使得重组分可能裂化变成轻组分，从而使重油黏度下降，但降低辐度比较小。而在无水原油体系中，低温条件下其空化裂化引起组分变化更小，从而表观黏度基本不变或下降较少，温度较高时裂化会有所增加，黏度降低。一般而言，原油中都含有蜡、胶质和沥青质高分子聚合物。在超声波作用下，超声空化产生的高温、高压、强大机械冲击力及高速微射流能使原油中长链石蜡烃分子、沥青质分子断裂，分子量减小，从而降低原油粘度，降低蜡的熔点，有利于油气开采、运输与加工，实验表明：频率为20kHz时，在10-100kW•m-2的强声场作用下，粘度可下降30%左右。前苏联有人曾做过超声波防止原油结蜡的试验，试验表明，在超声场内，比蜡溶点低得多的温度就可使纯蜡完全溶解在原油中，防蜡、脱蜡效果较好。我国山东石油大学闫向宏及严枳培也曾做过超声波处理稠油的实验，结果表明，20ml的稠油经超声波处理2min后，其粘度降低24%。Shedid认为超声辐照减小了沥青烯的簇(cluster)结构的尺寸，从而减小了沥青烯的沉积趋势，也减小了原油的粘度。加拿大研究者利用超声波处理降低沥青的粘度，对于粘度为221256mPa.s的单纯沥青体系，超声处理30min，降粘12.7％。美国南加州大学Teh Dunn等在常温常压下，利用超声空化作用，使用California coastal asphaltene为实验原料，采用还原剂氢硼化钠(Sodium Borohydride)在水或重水体系中提供氢源进行烃转化实验，经MNR分析，脱氢24％、裂解16％。该研究认为烃转化是自由基反应(NaBH4+2H2O→4H2+NaBO2，H2→2H*)，并提出当超声能量施加在微小空化泡环境内，产生数千K的高温及上百大气压的高压，致使同时发生重组分键的热断裂与产生自由基，产生烃转化过程(裂解、脱氢重整、脱氢环化与异构化)。另外，孙仁远等做了稠油超声波降粘的试验研究。李兆敏、董贤勇等对胜利浅海原因做了降粘实验研究，认为温度是影响原油粘度最大的因素，温度越高，超声波作用降粘效果越不明显；温度越低，降粘效果越明显。武继辉[ ]研究了超声波对原油粘度影响，认为超声波处理可以明显降低原油的粘度,降粘幅度可达50%以上。程亮、戴树高等的综述均认为超声降粘是一种发展中的稠油降粘新技术。Poosekar等认为低频超声能够降低原油的粘度。Mironov, M.A等人为，超声作用在管道内的稠油时，存在一个振幅的阈值。调节环境温度、管径、油品类型都能够使此振幅阈值成倍减少。张永发研究了超声对原油粘度的影响、以及原油中声衰减的规律。陈振林的专利涉及一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的装置。最适用于水平井条件下的油藏开采。Joseph Ady A.的专利将超声装置用于油井，目的是使油降粘，便于开采。Huffman等的专利将电磁场和超声场结合起来，用于油井。超声降黏的主要理论有三种：①超声乳化作用，它可将原油形成水包油(O/W)型乳状液，将油与油及油与壁之间的摩擦转变为水与水及水与壁之间的摩擦，从而大幅度降低原油的表观黏度。超声强化降凝剂、降黏剂的作用，主要是利用超声强化传质、减少表面活性剂用量；②超声热效应，超声在重油中传播，部分能量转化为热能，使稠油的温度升高，从而使稠油降黏；③超声空化，它主要使重油中大分子裂解，从而使重油组分轻质化并降低黏度，可能增加轻油的产量。超声空化同时改变重油中沥青烯等大分子的簇状结构成均匀、分散结构，从而降低重油黏度。超声处理改质原油具有能耗低、设备简单、处理周期短等优点。虽然国内外已对超声降粘的机理及应用均进行了一定的研究，但这些研究主要是讨论超声频率及强度对原油粘度的影响，并未深入研究超声及声空化对原油内部组成、结构及原油组分分子键裂解等的影响。如何进一步提高改质效果，其中超声条件、环境条件、原油组成、还原剂、添加剂、氢源等对原油超声改质的影响；改质油品的稳定性，处理过程的动力学研究，优化工艺，提高改质效率，降低成本和能耗等仍有许多问题需要解决。对于超声波降粘的机理和规律尚缺乏足够的认识，这影响了超声波降粘技术的实际应用。针对以上介绍，给出如下主要研究内容、技术关键和创新点研究内容：1. 原油静态超声波处理降粘室内试验，进行超声强化原油降粘原理研究，重点超声空化对蜡、胶质和沥青质高分子聚合物的作用； 2. 超声降粘原油组成、物性变化及其稳定性研究；3. 研究影响超声波处理效果主要因素（主要内容为超声声场、频率及强度与流体流动、处理时间、处理温度等工艺条件的优化对稠油粘度的影响静态实验）；4. 进行现场超声波降粘试验，研究连续超声原油降粘的影响因素与降粘效果验证；5. 超声处理的原油输送过程模拟、实验研究及技术经济评估。技术关键1、工艺流程合成与条件的优化。2、超声波反应器声场结构及声学参数的确定。3、超声降粘处理大功率成套设备的开发与放大规律的获得。创新性：对原油超声降粘技术的研究成功，可改进原油的流动性，降低原油的粘度，确保在现有输送条件下，使联合站外输温度得到有效控制，输送泵在额定扬程之内安全输送，确保装置的安全、节能、高效运行，形成具有自主知识产权的原油降粘外输工艺技术。原油品质的多样化及市场要求，使得炼厂对重质油进行降粘、轻质化的集成技术及装备的研制开发将有较大的需求，将原油超声改质预处理，达到降粘、增加轻组分，有利于原油炼制，具有广阔的应用前景。利用系统工程的方法进行重油改质工艺流程的合成与优化，是一种新的工业技术研发方法。目前国外仅有少量重汽油及油田稠油超声降粘、改质专利，有关本项技术工业化综合研究及集成装备的开发国内外少有成果发表。本项目研究结果可直接用于工业化开发，将形成具有自主创新与知识产权的原油采输及炼油加工的新装备与共性新技术，有较好的经济效益和社会效益。至少可申报重质油降粘改质改质技术及反应处理设备专利各一项。三、 研究基础我所对于该项技术综合集成的研究及装备和处理系统的开发已进行了较长时间的研究，已发表相关文献和获得发明专利授权。尝试利用系统工程的方法进行原油改质工艺流程的合成与优化，形成具有自主创新的炼油加工新技术。南京工业大学超声研究所研究表明，江汉油田重油经超声降粘处理后，粘度一般可下降25％。如使用降粘剂的话，可减少助剂用量，降低稠油降粘降凝的生产成本。经实验室试验并结合热学及流体力学模拟计算，得到如下结论，即经105℃超声处理后，在相同条件原油管道输送过程中，油温由进口105℃降到出口60℃时，其降粘率由10%变化到40%，即整个输送管路的平均降粘率约为25%，输送能耗也将比无超声处理的要下降25%左右。若经90℃超声处理后，在相同条件原油管道输送过程中，油温由进口90℃降到出口60℃时，其降粘率由11.76%变化到37.5%，即整个输送管路的平均降粘率约为24.63%，输送能耗也比无超声处理的要下降25%左右。现需要与企业合作完成中试或工业化试验验证。我们的前期实验研究表明超声波对重质油具有降低粘度的作用，超声还可作为原油改质处理(降粘、轻质化)的一项新手段[28,29,30]，可知渣油在超声作用下发生的变化。当反应温度从260 ℃升至400 ℃时，超声作用后降黏率由32％增加至63％，无超声作用的降黏率由11％增至34％，但其增加幅度却小于超声作用的增加幅度，可认为该过程存在热裂化之外，同时也有空化裂化作用，两者影响都比较大，使得其降黏率升高，还使渣油中500℃前组分含量增加了1.0％，凝点下降了1℃。另外研究还发现在超声强化作用下，可使降凝降粘剂与乳化剂更均匀分散，减少试剂用量，提高降粘效果，使原油乳液更稳定，达到延长原油稳定时间的结果。以上实验结果的降粘原因有待进一步研究，但超声降粘的效果还是显著的。课题组依靠自身良好的工作基础，通过技术创新、设备开发和系统集成，努力实现改善原油输送及炼制加工过程、提高石油利用率、为石油工业的发展发挥作用。

出血是任何创伤均可发生的并发症，是威胁人体生命的主要原因之一。因日常交通、战时火器、恐怖袭击、抢险救灾等引起的人体组织器官损伤和手术以及塌方、台风、地震、泥石流等自然灾害引起的创伤时有发生，而止血是外伤、战伤急救的重要环节。因此，研制用于应急状态下大面积群伤救治的快速止血剂具有重大意义。 高比表面积的介孔硅基干凝胶具有均一的介孔结构、比较窄的孔径分布。材料由于存在介孔结构，因而具有巨大的比表面积，超常的吸附能力。可选择性地吸收血液中的水，导致血液 浓缩，激活凝血因子，从而加速凝血，达到快速止血。介孔硅基干凝胶止血敷料能直接覆盖整个伤口表面；也可外加医用纱布做成各种便于携带的止血敷料和止血绷带，可在几分钟内控制包括动脉的大血管出血。特别适用于中度、重度的开放性创口的止血。 介孔硅基凝胶止血敷料可用于普通外科，肝胆外科，妇产科，口腔科，微创外科，神经外科，心胸外科，泌尿外科等需要止血的手术。可缩短手术时间，降低手术风险；减少病人出血，加速创伤愈合，缩短住院时间。介孔硅基凝胶快速止血剂作为一种方便、卫生、实用、高效、易于长期保存的止血剂，可应用于军队、警察、消防队员、急救人员、医护人员以及家用止血急救，也能在重大突发事件如地震、爆炸、矿山意外等发挥作用。

液态金属是一类低熔点的金属单质或者合金，能够在室温下形成液态共晶。考虑到液态金属兼具流体和金属导体的性质，液态金属可用作功能性流动填料，以实现高分子功能材料的柔性和高导电性并存，使得此类材料可作为潜在的电子柔性器件。之前有论文报道通过光刻等方法预先制备微通道，之后往微通道中注入液态金属来制得电阻和电容传感器。然而这种方法成本很大，而且仅基于微孔道的形变，限制了材料的力学性质和电学感应能力。科研团队通过将液态金属作为流动导电填料并利用其对自由基的催化功能，成功在20秒内制得液态金属水凝胶功能材料。不同于以前的微通道(Microchannels)模式的液态金属传感器，因液态金属表面氧化层和单体极性基团之间的锚定作用，实现了液态金属在体系中的均匀分散，同时发现了液态金属与过氧化物引发剂发生反应而显示出的催化活性。因液态金属的流体性质和高导电性，液态金属赋予材料以超长的拉伸性能（断裂伸长率=1500[[%]]），良好的力学和电学稳定性。此外由于液态金属在材料内部的不对称形变，材料能够辨别物体在其表面的运动方向，可识别个人的电子签名和作为潜在的电子皮肤。

电泳装置是医学科学研究与实验教学中使用频率最高的仪器之一。研究、开发新型电泳凝胶染色、脱色与移动装置，有利于改进我国生物大分子研究的实验装备和教学仪器，对于核酸、蛋白质等重要生物大分子的分析以及生物、医药、食品、化学等产业的发展均具有一定的积极意义。本项目研制了一种集安全性、简便性、实用性、通用性、经济性于一体的新型电泳凝胶染色、脱色与移动装置，并将其运用到医学研究生实验教学与科研中，取得了良好的效果。本装置由染色盒、脱色盒（内设胶铲支架）和镂空结构的电泳胶铲组成，可用于核酸、蛋白质、酶、糖等多种生物大分子的电泳实验，适合于含有溴化乙锭、考马斯亮蓝、甲苯胺蓝等染料的染色液和脱色液，适合于不同支持介质和不同尺寸电泳凝胶的染色、脱色、固定、透明等过程。本发明在我校医学研究生教学中的应用取得了显著成效，极大地促进医学教学科研工作。

胶原基水凝胶是一种用于关节软骨修复的支架材料，是根据软骨细胞外基质组成与结构仿生的原理进行设计和研究的、模拟天然软骨成分的胶原为基础的水凝胶材料，具有诱导间充质干细胞成软骨分化的潜能。水凝胶由双组分水性溶液组成，两个组分混合后可注射到体内并在体温下形成具有一定强度和形状的水凝胶。将间充质干细胞包埋于水凝胶中，在体内可诱导间充质干细胞向软骨细胞方向分化，尤其是在在体内关节腔的软骨环境中，间充质干细胞向软骨方向分化行为更加单一，形成透明软骨样组织。胶原基水凝胶材料具有完善的技术路线和工艺规范，达到了中试规模的生产能力，已经建立了企业技术标准，并完成了由国家药品食品监督检验局授权的检测机构进行的注册检测。利用胶原基水凝胶进行关节软骨缺损的修复，采用间充质干细胞作为种子细胞，解决了软骨修复的细胞来源问题，大大减轻患者的二次损伤和负担，且修复组织与原有组织结合紧密，是一种良好的软骨组织修复材料。

产品详细介绍1. 全封闭式暗箱设计，可在明室观察、拍摄2. 130万像素低照度高分辨率CCD，信噪比≥70dB，具备软积分功能3. 日本大孔径6倍光学电动变焦镜头，∮52mm，变焦范围11.5~69mm，USB输出4. 专业紫外增强灯管，紫外光强度达到1000uw/cm25. 双面抛光西外玻璃厚度均匀，透射率高，观察时无灯管阴影、背景清晰6. 紫外透射面积：200mm×200mm，透射波长312nm7. 带254nm、365nm紫外及可见光反射装置8. 电动变焦镜头可通过软件控制光圈、对焦、图像放大或缩小等参数调整，操作方便，精度高9. 标配Hema GSG2000核酸/蛋白凝胶图像分析管理软件10. 图像分析和管理软件可提供多用户管理系统，方便进行实验结果的记录和管理，符合良好实验室标准11. 软件功能强大，界面简洁清晰，操作简便，全中文显示12. 高性价比，特别适合于科研实验室及教学实验室使用。

项目成果/简介: 简 介 一、项目背景 自20世纪80年代我国有色金属工业提出“优先发展铝工业”的战略发展方针以来，我国铝工业有了长足的发展，电解铝工业的发展更是突飞猛进。经过近30多年坚持不懈的努力，实现了跨越式发展。从引进“日轻”160kA预焙槽技术到自主开发280kA特大型铝电解槽的开发成功，使电解铝整体技术与装备水平进入世界先进行列。目前，500kA~600kA以上超大型电解槽已实现了工业规模化推广应用。40年来由于技术的进步，电解铝单位能耗下降1000kWh/tAl。 （1）高耗能仍是主要特点。尽管铝工业技术上取得了极大的进步，然而时至今日，铝电解的能量利用率仍然仅仅50%，大约有一半的能量都以热量形式散发在大气中（图1）。作为高耗能产业电解铝工业的节能减排仍将是今后相当一个时期的核心任务。  （2）电解铝是碳排放大户。进入21世纪以后，中国电解铝产量的增长速度明显加快，从2000年的279.41万吨增加至2020年3731.7万吨，连续多年成为世界第一原铝生产大国，同时电解铝的节能减排受到广泛关注。2020年，电解铝行业二氧化碳总排放量约为4.26亿吨，约占全社会二氧化净排放总量的5%。 （3）对供电质量要求高，不利于可再生能源电力发展。作为用电大户的铝冶炼企业，传统技术不具备调峰能力，这是由于其核心装备铝电解槽是在预设的热平衡条件下设计的，任何偏离预设热平衡的电力供给都可能导致严重过热或冻结。由于这一限制，现代铝电解槽的运行对供电质量要求相当苛刻（95%一级负荷），因此，作为用电大户的电解铝行业，基本没有调峰能力，对供电系统的适应性和灵活性小。 国际能源署发布的《电力系统转型现状2018》指出：电力系统灵活性已经成为全球优先发展方向。铝冶炼企业急需增加调峰能力，不仅可以适应未来新能源比例逐渐提升带来的电网供电波动，而且能主动调峰成为电力系统灵活电源点运行。 2020年12月16日，习近平主席在2020年中央经济工作会议上指出，要做好碳达峰、碳中和工作，要抓紧制定2030年前碳达峰行动方案。2021年3月15日，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议中强调，“要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设总体布局”，指出“要构建清洁安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。” “双碳目标”的提出，给电解铝行业提出了新的课题。开展大型铝电解槽能量平衡及余热回收技术的工业系列化应用，通过国内外技术的集成创新，形成一整套的生产工艺技术和先进的装备，大幅提高电解铝行业的能源利用率，对于实现电解铝行业“双碳目标”具有重大历史性意义。 二、技术简介及工作基础 郑州轻冶科技股份有限公司与郑州大学在15年研究成果积累的基础上，从2017年开始，在铝电解槽能量流优化及输出端节能（余热回收）领域联合国内外多家企业和科研单位，启动郑州市协同创新重大专项，目前“铝电解槽能量流优化与输出端节能（余热回收）技术及成套工业系统（HORRS系统）”已完成工业化试验，进入工业化示范运行阶段。 开创了电解铝工业输入端与输出端“双端节能”的先河，并为进一步工业应用奠定了基础。 1、主要内容 建立独立的铝电解能量流在线优化调节模型（HORR技术），实现控制变量与控制目标的“解耦”，为进一步实现电解铝“输入端节能”的极限优化工艺生产奠定了基础，进一步降低电能消耗； 成功研制了电解铝专用“高效集热装置”，通过国际合作开发成功国际领先的核心技术，并实现了关键设备的量产。在此基础上，进一步开发了铝冶炼过程散热回收系统（HORRS系统），实现大幅节能；铝电解槽能量利用率可由原来的不到50%提升到60%。 研制铝电解槽多参数传感器与快速检测分析系统，并开发了铝电解槽数字化基础上的能量平衡智能化系统； 采用能量流调节系统，为电解铝柔性生产提供了技术保障，初步实现了利用电解铝厂巨大电能容量协助当地电网实现蓄能调峰运行，调峰能力达到±20%。 2、当前工作进展 2019年起，在河南中孚实业股份有限公司4台400kA大型铝电解槽上，开展了“铝电解槽能量流优化及智能调控技术开发”协同创新重大专项工业示范应用。2021年3月11日，首台400kA电解槽余热已成功与巩义示城市供热网实现互联，回收利用热量约占电解槽总耗能8~10%，预计到2021年5月底，全部4台电解槽将整体投运。 三、经济及社会效益 （1）技术指标 本项目工业试验完成后，可实现电流效率≧94%；槽电压低于3.9V，折合吨铝节电800~1000kWh以上,电解铝能量利用率提升8~10% 实现电解槽调峰运行 该技术应用后，铝电解槽可实现蓄能调峰20%，有利支持新能源电力负荷的消纳，减小新能源电源增加后带来的峰谷差，为国家构建新型电力系统提供支撑。 实现电解铝厂与区域、城市融合发展 根据电解铝行业（火-电-铝）的特点，将回收余热资源供入城市供热系统用于冬季居民采暖；夏季并入配套发电厂会热系统，用于发电；也可用于根据产业园区布局，可为周边工业用户（如铝加工、氧化铝厂等）提供工业生产用热源或大规模工业制冷，实现余热资源的高效利用。 社会效益 按照未来推广应用2500万吨计算： 年可节电250亿kWh； 年可减排：2492.5万吨二氧化碳; 年可消纳新能源电量：675亿kWh。效益分析: （1）技术指标 本项目工业试验完成后，可实现电流效率≧94%；槽电压低于3.9V，折合吨铝节电800~1000kWh以上,电解铝能量利用率提升8~10% 实现电解槽调峰运行 该技术应用后，铝电解槽可实现蓄能调峰20%，有利支持新能源电力负荷的消纳，减小新能源电源增加后带来的峰谷差，为国家构建新型电力系统提供支撑。 实现电解铝厂与区域、城市融合发展 根据电解铝行业（火-电-铝）的特点，将回收余热资源供入城市供热系统用于冬季居民采暖；夏季并入配套发电厂会热系统，用于发电；也可用于根据产业园区布局，可为周边工业用户（如铝加工、氧化铝厂等）提供工业生产用热源或大规模工业制冷，实现余热资源的高效利用。 社会效益 按照未来推广应用2500万吨计算： 年可节电250亿kWh； 年可减排：2492.5万吨二氧化碳; 年可消纳新能源电量：675亿kWh。知识产权类型:发明专利知识产权编号:202010575520.0 202010575597.8 202021168838.9技术先进程度:达到国际领先水平成果获得方式:与国（境）外合作获得政府支持情况:省级以下计划/专项类别:郑州市协同创新重大专项获得经费:1000.00万元自筹资金:1000.00万元自筹资金来源:企业自筹

简  介 一、项目背景 自20世纪80年代我国有色金属工业提出“优先发展铝工业”的战略发展方针以来，我国铝工业有了长足的发展，电解铝工业的发展更是突飞猛进。经过近30多年坚持不懈的努力，实现了跨越式发展。从引进“日轻”160kA预焙槽技术到自主开发280kA特大型铝电解槽的开发成功，使电解铝整体技术与装备水平进入世界先进行列。目前，500kA~600kA以上超大型电解槽已实现了工业规模化推广应用。40年来由于技术的进步，电解铝单位能耗下降1000kWh/tAl。 （1）高耗能仍是主要特点。尽管铝工业技术上取得了极大的进步，然而时至今日，铝电解的能量利用率仍然仅仅50%，大约有一半的能量都以热量形式散发在大气中（图1）。作为高耗能产业电解铝工业的节能减排仍将是今后相当一个时期的核心任务。   （2）电解铝是碳排放大户。进入21世纪以后，中国电解铝产量的增长速度明显加快，从2000年的279.41万吨增加至2020年3731.7万吨，连续多年成为世界第一原铝生产大国，同时电解铝的节能减排受到广泛关注。2020年，电解铝行业二氧化碳总排放量约为4.26亿吨，约占全社会二氧化净排放总量的5%。 （3）对供电质量要求高，不利于可再生能源电力发展。作为用电大户的铝冶炼企业，传统技术不具备调峰能力，这是由于其核心装备铝电解槽是在预设的热平衡条件下设计的，任何偏离预设热平衡的电力供给都可能导致严重过热或冻结。由于这一限制，现代铝电解槽的运行对供电质量要求相当苛刻（95%一级负荷），因此，作为用电大户的电解铝行业，基本没有调峰能力，对供电系统的适应性和灵活性小。 国际能源署发布的《电力系统转型现状2018》指出：电力系统灵活性已经成为全球优先发展方向。铝冶炼企业急需增加调峰能力，不仅可以适应未来新能源比例逐渐提升带来的电网供电波动，而且能主动调峰成为电力系统灵活电源点运行。 2020年12月16日，习近平主席在2020年中央经济工作会议上指出，要做好碳达峰、碳中和工作，要抓紧制定2030年前碳达峰行动方案。2021年3月15日，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议中强调，“要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设总体布局”，指出“要构建清洁安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。” “双碳目标”的提出，给电解铝行业提出了新的课题。开展大型铝电解槽能量平衡及余热回收技术的工业系列化应用，通过国内外技术的集成创新，形成一整套的生产工艺技术和先进的装备，大幅提高电解铝行业的能源利用率，对于实现电解铝行业“双碳目标”具有重大历史性意义。 二、技术简介及工作基础 郑州轻冶科技股份有限公司与郑州大学在15年研究成果积累的基础上，从2017年开始，在铝电解槽能量流优化及输出端节能（余热回收）领域联合国内外多家企业和科研单位，启动郑州市协同创新重大专项，目前“铝电解槽能量流优化与输出端节能（余热回收）技术及成套工业系统（HORRS系统）”已完成工业化试验，进入工业化示范运行阶段。 开创了电解铝工业输入端与输出端“双端节能”的先河，并为进一步工业应用奠定了基础。 1、主要内容 建立独立的铝电解能量流在线优化调节模型（HORR技术），实现控制变量与控制目标的“解耦”，为进一步实现电解铝“输入端节能”的极限优化工艺生产奠定了基础，进一步降低电能消耗； 成功研制了电解铝专用“高效集热装置”，通过国际合作开发成功国际领先的核心技术，并实现了关键设备的量产。在此基础上，进一步开发了铝冶炼过程散热回收系统（HORRS系统），实现大幅节能；铝电解槽能量利用率可由原来的不到50%提升到60%。 研制铝电解槽多参数传感器与快速检测分析系统，并开发了铝电解槽数字化基础上的能量平衡智能化系统； 采用能量流调节系统，为电解铝柔性生产提供了技术保障，初步实现了利用电解铝厂巨大电能容量协助当地电网实现蓄能调峰运行，调峰能力达到±20%。 2、当前工作进展 2019年起，在河南中孚实业股份有限公司4台400kA大型铝电解槽上，开展了“铝电解槽能量流优化及智能调控技术开发”协同创新重大专项工业示范应用。2021年3月11日，首台400kA电解槽余热已成功与巩义示城市供热网实现互联，回收利用热量约占电解槽总耗能8~10%，预计到2021年5月底，全部4台电解槽将整体投运。 三、经济及社会效益 （1）技术指标 本项目工业试验完成后，可实现电流效率≧94%；槽电压低于3.9V，折合吨铝节电800~1000kWh以上,电解铝能量利用率提升8~10% 实现电解槽调峰运行 该技术应用后，铝电解槽可实现蓄能调峰20%，有利支持新能源电力负荷的消纳，减小新能源电源增加后带来的峰谷差，为国家构建新型电力系统提供支撑。 实现电解铝厂与区域、城市融合发展 根据电解铝行业（火-电-铝）的特点，将回收余热资源供入城市供热系统用于冬季居民采暖；夏季并入配套发电厂会热系统，用于发电；也可用于根据产业园区布局，可为周边工业用户（如铝加工、氧化铝厂等）提供工业生产用热源或大规模工业制冷，实现余热资源的高效利用。 社会效益 按照未来推广应用2500万吨计算： 年可节电250亿kWh； 年可减排：2492.5万吨二氧化碳; 年可消纳新能源电量：675亿kWh。