对氨基苯酚 (PAP) 是一种应用十分广泛的精细化工中间体，主要应用于医药、染料、橡 胶、饲料、石油和照相工业等。用于合成扑热息痛、安妥明、维生素B1、复合剂烟酰胺、六 羟基喹啉、心得宁和菲那西汀等镇痛药，以及合成分散、酸性、直接、硫化等染料，也大量用 于合成对苯二胺类橡胶防老剂。预计2014年我国对氨基苯酚总需求量将达到15万吨。目前我国 对氨基苯酚在橡胶工业和饲养业这两大行业中的应用还有较大增长空间，其市场前景依然看 好。 电解还原法是以硝基苯为原料制备对氨基苯酚，副产苯胺和硫酸铵。以硝基苯为萃取剂萃 取分离副产苯胺杂质，生产过程实现无废水排放工艺。 该工艺特点为工艺简单，成本低，产品质量好，无三废污染的环境友好工艺，是最有发展 前途的生产工艺路线。本技术开发历经小试、中试研究。

中国是世界上最大的印制线路板生产大国，全国此类企业大大小小约4000余家。印刷线路 板刻蚀企业生产刻蚀铜线路板后失效的废蚀刻液，里面富含铜和盐酸。本技术巧妙利用电化学 原理设计出新颖的工艺路线，在不破坏任何组分的情况下，电解提取蚀刻液中金属铜，使盐酸 回收得以循环使用。其原理如下：失效的蚀刻液在阴极室中循环，铜离子被还原沉积在阴极 上。阳极室中水被电解放出氧气，同时产生的氢离子进入阴极室与氯化铜的氯离子形成盐酸， 再生的盐酸回线路板线循环使用。

成果描述：采用化学法利用工业级三氧化二钒和五氧化二钒制备全钒氧化还原液流电池电解液，不引入其它金属离子杂质。本制备方法具有工艺流程短、设备简单、耗时短、原料利用率高、成本低、避免二次污染等优点。 用本方法制备的电解液中 V3+、V4+离子浓度比为 1:1，电解液可同时作为电池的正负极电解液，避免了采用硫酸氧钒溶液做电解液时正、负极电解液电荷不匹配问题，简化了电池初始化工序，降低了生产成本，提高了生产效率。市场前景分析：钒电池主要应用于太阳能和风能发电站的稳定供电、电网调峰、集中用电的重要企业和部门以及通讯设备的备用电源，医院、军事上的应急电源等领域。与同类成果相比的优势分析：反应温度75～95℃，反应时间10～20min，制备的电解液中V3+、V4+离子浓度比为1:1。 国际先进

铁合金行业作为钢铁行业重要的子行业之一，2017 年产量总量为 3288.7 万吨。铁合金行业蓬勃发展为社会带来巨大经济效益的同时，也产生了大量的工业固体废弃物。在冶炼合金时，每生产 1t 合金通常会产生 1.2-1.3t 的热熔渣。热熔渣的随意排放不仅占用了宝贵的土地资源，产生热能资源的浪费，还对周围的生态环境和人体健康造成一定的潜在威胁。因此，在中国特色循环经济背景下，铁合金行业闭环环节关键设备与技术的研发与产业化迫在眉睫。青岛青力环保设备有限公司、北京科技大学和宁夏吉元君泰新材料科技有限公司结合铁合金产业闭环环节的热质废渣处理和资源化问题，研究铁合金渣的物理化学特性，在工业生产中充分利用熔融态铁合金渣的显热，热熔渣经过调质后达到预期的“修正酸度系数”可直接生产优质岩（矿）棉，其能源消耗将大大降低。相对于冷料工艺，此工艺避开了冷料工艺中先冷却再熔融的弊端，可以充分利用热熔渣的显热实现能源的最合理利用，极大地降低了生产成本，相比于其他高炉热熔渣制棉工艺，经过优化调质可生产出优质岩（矿）棉产品，达到《建筑外墙保温用岩棉制品》的国家标准。在岩（矿）棉生产线设备方面也进行了一系列的改进和创新，并研发了岩（矿）棉自动生产线电控系统，通过物联终端的网口通功能将可编程序控制器（PLC）和上位机电脑置于同一个虚拟局域网中，实现远程下载和数据采集功能。通过串口通软件实现远程编程，进而实现对生产线的远程控制、故障诊断、远程故障排除等远程监控运维，使设备更加高效，产品更加稳定，企业具有更强的市场竞争力。本项目所建成的铁合金热熔渣生产岩（矿）棉工艺主要由调质电炉、离心机、集棉机、集粒机、摆锤、成型机、固化炉、切割机及产品包装等设备组成。目前国内在使用铁合金热渣成棉的热渣类型主要为硅锰合金热渣和镍铁合金热渣。转运方式主要是汽车运输、电瓶车运输和火车运输。在生产中对每一批次（2-3 个月内冶炼原料和工艺保持不变）的铁合金热熔渣预先进行物理化学基本特性分析，即时优化调质料配比。调质电炉的主要作用是储存熔融态铁合金渣，保证流股的稳定性和均匀性，铁合金热熔渣流入调质电炉，依托最优调质配比进行调质并均质化（电弧均化与底部氮气喷枪均化），调整其修正酸度系数，在热均匀性和化学均匀性上使熔体达到成纤标准。2、核心装备技术的设计（一）调质电炉核心设计：1、调质电炉为直接加热式三相交流电弧炉，电弧发生在专用电极棒和液态热熔渣之间，热熔渣和调质料直接受到电弧热加热并进行均化。除了电弧均化，为了加强热熔渣与调质料的调质反应过程，使最终热熔渣温度和成分均匀，在电弧炉炉底部加装氮气喷枪。2、炉体设有一个密闭接渣口，通过密闭溜槽使热渣缓慢流入炉体内，接渣时需手动打开进渣口门。3、炉体一侧出渣口设一个手动水冷铜出渣门用来控制流量的大小，另一侧设一个出铁口，用来放出炉底沉淀残铁。4、特殊配制的耐材。5、电炉变压器为电弧炉专用变压器，采用有载电动调压，低压二次侧采用铜排顶出线，外封口。变压器油水冷却器采用强油循环水冷却器。6、电极升降自动控制系统由西门子S7-200型PLC来完成。将三相电弧电压、电流信号通过信号转换电路变成 0-5V 标准信号送入 PLC 模拟量输入模块，PLC根据采集的电流、电压信号、变压器档位及给定值等信号，按照功率控制的原理进行运算处理及逻辑判断后，将结果通过 PLC 模拟量输出模块控制液压系统电极升降阀（派克比例阀 3 用 1 备），对电极升降进行自动调节，当一路出现故障时可以手动切换，从而控制输入到炉内的电弧功率，以满足冶炼工艺的要求。在自动控制过程中，随时可通过按键来增加或减少给定信号，在运行过程中，随时可以手动控制电极升降。（二）离心机核心设计：热渣用离心机不同于冷料用离心机，为更好使用各种类型的热渣，经过几年的理论与实践生产，设计并制作出专用的热渣离心机：（1）主轴采用多级弹性支撑，减震效果好，支撑强度大，长期使用稳定性好，大大提高了轴承的使用寿命，比传统离心机的轴承使用寿命提高 30-40%。（2）不同的坐标位置，使成纤率提高 5-10%。（3）离心辊头采用 316L 多层堆焊，辊头使用寿命延长 72-120 小时。（4）可调胶环，分别计量控制精确供胶，中心喷胶与外围喷胶相结合，使喷胶更均匀，节胶、高质，有效减少花棉的出现。（5）整体风环结构有区别的导流片设计。（6）辊头采用开式或闭式冷却方式，轴承采用压缩空气油气雾化技术，既可对轴承充分润滑，又对轴承起冷却作用，从而大大提高了主轴轴承的使用寿命。（三）鼓式集棉机核心设计：（1）集棉机采用转鼓式，直径 5 米，总宽度 2.8 米，网板有效宽度 2.4 米，线速度可达 100 米/分钟，从而保证了一次棉在网板上分布得更薄更均匀（小于350g/㎡）从而保证了制棉的质量。（2）由于转鼓的两端支撑在大型回转支撑上，并有良好的润滑，故其使用寿命非常长（几年至十几年），大大减少了设备的维修量。（3）网板采用长条孔结构，通透率大于 48%，从而减少了负压风机的功率消耗，增加了成纤率。（4）集棉机内配备刮板机、螺旋输送机、高压水清洗装置，保证了集棉机长期稳定运行。（四）摆锤的核心设计：摆锤目前主要分弧摆和平摆。国内岩（矿）棉厂基本上都是弧摆，优点是结构简单维修方便，缺点是岩棉板容重不均匀；国外岩棉厂有的采用平摆，优点是岩棉板容重均匀性一致，提高了产品质量，缺点是结构复杂维护麻烦。我们特殊设计的摆锤形式为似平摆，结构简单维修同样简单方便，岩棉板容重均匀性基本达到 95%以上，而弧摆形式的容重均匀性为 80-85%。（五）固化炉核心设计：固化炉接受加压机输送过来的棉毡经固化炉上下网版输送、加压、烘干，使棉毡里的粘结剂在运行过程中连续固化，以形成一定厚度、容重的岩棉板。固化炉上下网板为单独驱动同步运行。固化炉内分为四个加热区，外配 4 台热风炉由天然气燃烧机产生热风循环加热，并将熔化系统的低温换热器产生的热风送至热风炉以降低天然气的消耗量，使产品固化能耗降低、效率提高。固化炉烘烤需要天然气和煤气，而许多热渣厂家有高炉煤气或矿热炉煤气，所以热渣制棉生产比冷料工艺生产可节省此天然气费用，大幅降低了生产成本。（六）冷却、切割系统核心设计：冷却切割系统主要由五部分组成：冷却、纵切、废边回收、切条、横切。纵切：三套刀具，可随时升降。碎边机：独立碎边，配备碎边回收风机，安全可靠。切条机：一用一备共 2 套，可随时升降切换使用。横切：由于生产线是连续不停的运行，但产品要求定长切割，因此横切（飞锯）必须与生产线同步。我们采用多台伺服电机，配以运动控制器，使横切动作运动瞬时跟踪整个生产线的速度，即使在切割过程中也可以做到，从而保证了切割精度在+2.5mm 以内。(七)智能云平台系统是我们研发的岩（矿）棉自动生产线电控系统，由中央控制、加配料、富氧、温控、成纤、集布棉、打褶打压、固化、切割、制胶等 10 大电控系统组成，它完成岩（矿）棉从原料熔化开始，到切割成成品为止的全部生产过程控制。各子控制系统通过中央控制系统统一协调，采用“主站-从站”结构，分散集中控制（DCS）,主站采用了西门子公司生产的 S7-1500 系列可编程序控制器（PLC），从站采用了西门子公司生产的S7-200 Smart系列可编程序控制器（PLC），系统各部分的联系，仅用一根 TCP/IP 总线，方便地组成工业以太网，并配以计算机和西门子专用界面软件 WinCC，可图文并茂的设定、显示、传送、查询和打印各从站的数据。通过在设备的中央控制系统配套天启物联终端云 BOX TN-605 以及高速的 4G运营商网络实现与远程运维服务平台的数据连接。通过物联终端的网口通功能将PLC 和上位机电脑置于同一个虚拟局域网中，实现远程下载和数据采集功能。通过串口通软件实现远程编程，进而实现对设备的远程控制功能。远程运维服务平台通过网口通、串口通软件可以实现设备的全方位监控云服务。通过对现场设备的实时状态监测、远程启停控制、设备报警通知、设备地图管理、微信端监控等功能，实现在任何时间、任何地点实时查询设备最新状态、设备参数和变量的实时变化，了解设备状态、参数和变量的变化趋势，并获得针对这些变化趋势的统计分析等。另外运维平台的数据归档服务功能，可实现对用户设备数据的定期分类归档。用户根据平台采集归档的海量数据，对设备相关数据进行大数据分析，定义出触发器条件。另外，平台在云端提供了一个强大的计算引擎，可以实时计算设备当前状态、变量和参数是否符合触发条件，同时对符合触发条件的情况触发事件报警。这一功能使得产品生产处于实时预警、可查可控的状态，对于提高岩（矿）棉生产率和合格率效果明显。(八) 熔体流量自动控制系统虽然电炉上已安排液压（或电动）水冷闸板阀用于控制流股的稳定性，但由于需定期加入熔渣，电炉液面还有一定的波动，从而造成流股的不稳定性。另外，液位高度变化、组成成分的波动，都会对熔体粘度发生影响，造成流股波动，无法保证制品的稳定性。我们开发了熔体流量自动控制系统，利用安装在成型机下面的自动称重系统来捕捉流股的变化。通过 PLC 控制系统，采用计算机程序运算，对整个生产线的速度进行 PID 调节，从而保证产品容重的波动在极小的范围内，容重控制在±5%以内（国家标准容重范围在±10%），保证了产品质量，降低了生产成本。3、典型铁合金热熔渣生产优质岩（矿）棉调质技术研究大量研究利用硅锰、镍铁等典型铁合金废渣为原料，将熔体采用高速离心喷吹等工艺制成的丝状无机纤维，制成矿棉。这种矿棉与目前广泛应用的岩棉相比，在酸度系数、耐水性、耐火性、耐腐蚀性以及纤维长度等方面还有很大差距，矿棉的性能还不能满足建筑外墙用保温材料的标准要求。由于矿棉原料成份与岩棉原料不同，通常对热熔渣进行调质处理，添加硅石等调质剂，尝试的效果不十分理想。在高温热熔渣调质过程存在熔渣难与调质剂混合，并产生降温造成熔渣黏度高，难以达到硅酸盐体系的成丝要求，严重影响了矿棉生产和成丝质量，制约了铁合金渣的利用，造成了铁合金生产的环保压力。我们针对上述已有技术存在的不足，创新研发了一种能快速形成硅酸盐系的调质方法：以新的修正酸度系数 Mk*=1.6 为标准，这样最终的酸度系数 Mk 在1.7-1.9 之间。将铁合金热熔渣浇入调质炉，电极加热（电弧均化）产生一定的流动性，炉底部喷枪喷入氮气，促进与加入的调质料（热料或小球状冷料或粉料）充分混合，保证了快速形成硅酸盐体系，并通过调质电炉升温保温再均化等，得到熔体温度合适、黏度适宜、成分符合吹棉要求的熔渣，解决了熔渣难与调质料混合并产生降温的问题，达到了高质量矿棉的性能标准，实现了对矿产资源的节约以及铁合金废渣更好的利用。利用铁合金渣生产矿棉的调质方法，调制出的熔渣流体的修正酸度系数 Mk*为 1.5-1.6，温度 1360-1460°C，黏度 14-6 Pa·s。将调质好的熔体通过离心喷吹制成岩（矿）棉，其岩（矿）棉纤维可达到《绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》GB/T11835-2007，岩（矿）棉板可达到《建筑外墙外保温用岩棉制品》GB/T25975-2010 性能要求。通过大量实验得出结论：用高硅低铝高钙调质料对硅锰渣进行调质最为适宜，用高硅高铝低钙调质料对镍铁渣进行调质最为适宜。

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。

针对电解猛渣的安全堆存、无害化处理以及资源化利用关键技术问题，课 题组研发了一种电解镒渣胶结固化技术，实现电解镒渣中镒和氨氮进行胶结固化，有效降低镒渣中镒和氨氮迁移性，有利于镒渣的安全堆存。 市场及经济效益分析：针对电解猛渣的无害化处理，国内外主要采用生物浸取、清洗等方式，但 是这些方法都存在成本高等问题。基于以上情况，电解镒渣胶结固化关键技 术的研发将有利于镒渣中有害物质赋存形态的转化以及电解镒渣的无害化处 理。

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。

1. 痛点问题 水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。在目前已有的技术中，由于电化学反应产生一定的热量，会导致电极和电解液温度升高。目前工业上主要通过调节电解液流速进行对流换热，电解槽端板上存在乳突状结构增强扰动，加强传热传质过程，从而使电解槽温度维持在一定范围内。即便如此，电解液出口和入口温度依然存在较大差距，出口的电解液温度需要进一步冷却才能重新被利用。 2. 解决方案 本发明的目的是提供一种电解槽流场板结构，解决了电解槽内部温度不均匀性，提高了能量转换效率。将扁平管状热管嵌入电解槽内部，与电解槽端板结合为一体，解决了电解槽端板温度分布不均、出口易发生电解液沸腾的问题，电解槽运行效率增加，并保证一定的安全性。 合作需求 （1）资源对接：有较小规模电解制氢需求的场景（如发电厂） （2）孵化资源：本技术可实现低能耗电极板结构设计，逐步将扩展到电解水制氢流程设计。目前在加工方面，需寻求可进行热管材料设计并同时掌握精密机械加工的团队。

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