1.项目背景 化学反应器与精馏装置是石化生产过程中使用最为广泛的设备，也是最主要的耗能单元，反应器与精馏塔运行的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益。反应与分离强化过程通常由多个单元耦合联接而成，其不仅涉及反应与分离能力的协同机制、多单元组合与系统整体运行效能的关系，而且强化过程具有强非线性、大滞后和多变量耦合特性，以及经济、环境与安全等不确定性因素的干扰，都对强化过程的平稳操作、协同调控与分级优化带来诸多的挑战。 采用反应与精馏强化技术，通过传质与传热的强化、物质流与能量流相互耦合，使强化过程具有大幅度提高反应转化率或选择性，降低生产能耗和污染物排放等优越性。然而这种集成优势只有在反应能力与分离能力动态协同作用条件下才能被充分发挥，而且强化过程具有多稳态、强非线性和多变量强耦合特性，这些都对强化过程的自动控制与优化理论提出了新的挑战。 采用传统控制模式，当系统受到干扰时，很容易引起反应与分离能力动态失调和工况发生大范围波动与偏移，造成产品质量不合格和能耗增加等控制难题。因此，在传统控制模式的基础上，探索反应与精馏强化过程的动态协同调控方法与动态优化理论，对解决集成装置的平稳操作与自动控制难题，切实提高系统运行品质，有效降低装置生产能耗和污染物排放方面具有重要意义 2.项目技术原理 南京工业大学绿色化工研究所，经过多年研究发明了不同工况反应与蒸馏集成技术，可根据不同体系的特殊要求，实现不同工况反应与精馏的最佳匹配，解决了反应与蒸馏操作条件必须一致等问题。本项目在对强化过程机理模型、经济稳态优化和动态特性分析的前期研究基础上，研究反应能力与精馏能力的动态协同调控新方法和强化过程的分级优化理论，提出反应与精馏强化过程一体化设计思想，对传统多单元生产过程具有很好的借鉴作用。项目针对反应与精馏过程自动控制系统设计与性能优化调节方面主要开展以下技术： （1）反应与精馏强化过程多变量自动控制方案的设计与性能分析 在对反应与精馏过程机理建模、经济稳态优化设计和动态特性分析基础上，采用稳态增益矩阵和奇异值分析方法，合理选择过程被控变量和操作变量配对模式，运用传统控制策略设计反应精馏强化过程多变量自动控制方案，采用ASPEN PLUS流程模拟软件和ASPEN DYNAMIC模块进行控制方案的动态模拟测试，并根据实际工艺扰动情况，通过在动态流程模拟系统上分别加入不同幅度和方向的多种扰动和改变系统设定值，评价传统控制模式闭环系统性能，在此基础上，改进自动控制方案设计，确保设计的自动控制方案在实际应用中能够维持平稳有效运行。 （2）生产负荷自动调节和优化技术原理 反应与精馏过程的生产负荷经常随着市场需求的变化进行调整，负荷的变化将可能引起系统工况的波动，产品质量下降，能耗增加等问题，甚至造成系统不稳定而被迫停机。本项目采用设定值多步长滚动优化、偏差区域容忍动态矩阵控制与传统控制相融合方法，实现反应与分离能力动态协同调控；本项目在多变量基础控制系统上，在关键控制回路增加设定值智能调节模块和多变量协调预测控制模块，分别采用设定值多步长滚动优化、偏差区域容忍动态矩阵控制（Error tolerant DMC）与传统控制相融合方法，实现反应能力与分离能力动态协同调控，使系统获得了良好的跟踪性能和鲁棒性。解决传统控制模式下扰动引起反应与分离动态失调，导致产品质量不合格、能耗和污染物排放增加等控制问题。在多变量协调预测控制模块设计中，对于反应器出口成分和产品质量等不可在线测量的关键变量，采用机理模型和经验模型建立产品成分软测量模型，实现对产品成分、反应转化率等不可测被控变量的在线估计。 （3）反应与精馏强化过程的系统性能优化技术 在经济稳态优化设计前期研究基础上，开展多目标多约束动态优化与多变量跟踪控制相结合的分级优化理论研究。在上层多目标多约束的动态优化设计中，是以能耗和操作成本最小为优化目标，以质量、尾气/废液排放和过程动态模型等为约束条件，采用多目标优化算法对强化过程的关键操作参数进行动态优化计算，给出工况最优调节方案。根据多目标动态优化给出的关键参数设定值最优调节方案，采用设定值多步长滚动优化给出多变量预测控制的参考轨迹，通过多变量协调预测控制和基础控制回路的跟踪调节，使系统输出快速跟踪设定值的最佳操作值，实现工况优化与平滑调节，确保系统维持高品质运行特性，从源头降低工况大范围波动和事故发生的概率。 3.关键技术路线 项目针对反应与精馏过程，融合了化学工程理论、自动控制理论、智能学习算法与计算机模拟技术，采取理论研究、模拟实验和工业应用相结合的技术路线，如下图所示。项目分别开展反应精馏过程的多变量基础控制系统设计、反应与分离能力动态协同调控新方法、强化过程分级优化理论研究，并将项目成果融合，开展不同工况反应与精馏强化过程的一体化工程设计，研制一套流程模拟综合实验平台，进行模拟验证和工程应用研究。 4.项目技术特色和创新性 （1）针对反应与精馏强化过程，在传统控制模式下扰动引起反应与分离动态失调和工况偏移，导致集成优势难以充分发挥工程问题，项目提出将设定值多步长滚动优化、偏差区域容忍动态矩阵控制、多目标多约束动态优化与传统基础控制相融合的动态协同调控新方法与分级优化理论，在反应与分离动态协同作用下实现工况的优化与平滑调节，确保系统维持高品质运行特性。 （2）项目沿着学科交叉与融合方向，将化学工程理论、自动控制理论、智能学习算法与计算机模拟技术相结合，提出不同工况反应与精馏强化过程流程模拟、控制系统设计与集成优化理论相结合的一体化工程设计思想，并在常压反应与减压精馏集成的甲苯氯化反应精馏工业装置上进行工程应用研究，解决装置自动控制与平稳操作等实际控制问题，发挥强化过程高转化率/高选择性、低能耗的集成优势。

成果与项目的背景及主要用途： 粗苯来自焦炉煤气，粗苯产量约占焦炭产量的 1~1.5%，目前我国焦炭产量 占世界总产量的 60~70%。粗苯中含有 100 多种物质，通过精馏可以将苯、甲苯、 二甲苯、噻吩、苯乙烯、二聚环戊二烯、二硫化碳、吡啶和萘回收。纯苯是最基 本的有机化工原料，我国年用量在 800~1000 万吨。甲苯也是基本有机化工原料 之一，大量用于提高汽油辛烷值和多种用途的溶剂。二甲苯可以作为溶剂使用， 也可以作为制备对二甲苯(PX)和邻二甲苯(OX)的原料。噻吩是高附加值的化工原 料，以前主要以合成为主，从粗苯中回收的噻吩可以取代合成噻吩。 技术原理与工艺流程简介： 粗苯萃取精馏工艺主要分为粗苯分离、苯萃取精馏、甲苯萃取精馏、二甲苯 萃取精馏四个单元。 第一单元 粗苯经预热器预热后进入两苯塔，塔底采出副产品重质苯，塔顶采出进入初 馏塔。初馏塔顶采出进入初馏分储罐，塔底物料进入粗纯苯塔。粗纯苯塔顶采出 进入二单元，塔底物料进入粗甲苯塔。粗甲苯塔顶采出进入三单元，塔底物料进 入粗二甲苯塔。粗二甲苯塔顶采出进入四单元，塔底采出进入重质苯罐。 第二单元 来自一单元的粗纯苯进入苯脱轻塔，塔顶采出进入粗苯罐，塔底物料进入萃 取精馏脱非芳塔。脱非芳塔塔顶采出进入非芳罐，塔底物料进入萃取精馏塔。苯 萃取精馏塔顶采出纯度 99.99%、噻吩含量小于 1ppm 的纯苯进入产品罐，塔底 物料进入萃取剂再生塔，苯萃取精馏塔设有热量回收装置，以充分利用萃取剂的 热量，减少一次热量的用量。萃取剂再生塔顶采出进入二级萃取精馏塔，再生后 的萃取剂经回收热量后循环使用。二级萃取精馏塔顶采出返回脱非芳塔，塔底物 料进入二级萃取剂再生塔，二级萃取精馏塔亦设有热量回收装置。二级萃取剂再 生塔顶采出进入噻吩精制塔，塔底萃取剂经热量回收后循环使用。噻吩精制塔顶 采出 99.7%以上的噻吩进入产品罐 5天津大学科技成果选编 6 第三单元 来自一单元的粗甲苯经预热后进入甲苯脱轻塔，塔顶采出进入粗苯罐，塔底 物料进入甲苯脱非芳塔。脱非芳塔顶采出进入非芳罐，塔底物料进入甲苯萃取精 馏塔。甲苯萃取精馏塔顶采出纯度 99.9%以上、甲基噻吩含量小于 2ppm 的甲苯 进入产品罐，塔底物料进入甲苯萃取剂再生塔，甲苯萃取精馏塔设有热量回收装 置，以充分利用萃取剂的热量，减少一次热量的用量。甲苯萃取剂再生塔顶采出 进入二级萃取精馏塔，再生后的萃取剂经回收热量后循环使用。甲苯二级萃取精 馏塔顶采出进入甲苯脱非芳塔，塔底采出进入甲苯二级萃取剂再生塔。甲苯二级 萃取剂再生塔顶采出甲基噻吩馏分，塔底再生后的萃取剂经回收热量后循环使用。 第四单元 来自一单元的粗二甲苯经预热后进入二甲苯脱非芳塔，塔顶采出进入非芳罐， 塔底物料进入二甲苯萃取精馏塔。二甲苯萃取精馏塔顶采出 3 度二甲苯进入二甲 苯产品罐，塔底物料进入二甲苯萃取剂再生塔。二甲苯萃取剂再生塔顶采出进入 粗苯乙烯罐，再生后的萃取剂经回收热量后循环使用。 技术水平及专利与获奖情况：国内领先。 应用前景分析及效益预测： 纯物理过程，不产生三废。苯纯度可达 99.99%以上，甲苯纯度 99.9%以上， 二甲苯馏程 3 度。回收了附加值高的噻吩、吡啶等产品，三苯收率高。10 万吨 装置比加氢收益高 2000 万元。 优点是：投资小、产品纯度高、收率高。 应用领域：煤化工，石油化工，精细化工 技术转化条件（包括：原料、设备、厂房面积的要求及投资规模）： 10 万吨/年处理能力工程建设投资约 8 千万元 常压或减压操作，没有压力容器 处理每吨粗苯需要煤气 280m3，电 70 度，萃取剂 0.5kg，一次水 2~3t，白土 约 1kg，萃取精馏处理每吨粗苯车间运行费用约 213 元。加氢车间运行费用约 383 元。 合作方式及条件：面议

粗苯来自焦炉煤气，粗苯产量约占焦炭产量的1~1.5%，目前我国焦炭产量占世界总产量的60~70%。粗苯中含有100多种物质，通过精馏可以将苯、甲苯、二甲苯、噻吩、苯乙烯、二聚环戊二烯、二硫化碳、吡啶和萘回收。纯苯是最基本的有机化工原料，我国年用量在800~1000万吨。甲苯也是基本有机化工原料之一，大量用于提高汽油辛烷值和多种用途的溶剂。二甲苯可以作为溶剂使用，也可以作为制备对二甲苯(PX)和邻二甲苯(OX)的原料。噻吩是高附加值的化工原料，以前主要以合成为主，从粗苯中回收的噻吩可以取代合成噻吩。 纯物理过程，不产生三废。苯纯度可达99.99%以上，甲苯纯度99.9%以上，二甲苯馏程3度。回收了附加值高的噻吩、吡啶等产品，三苯收率高。10万吨装置比加氢收益高2000万元。优点是：投资小、产品纯度高、收率高。

技术简介： 催化精馏技术在一个设备内整合催化反应与精馏分离，在催化反应进行的同 时，通过精馏过程把产物从体系中分离，推动反应平衡向右移动。它适用于需要 催化剂进行均相或非均相催化来提高反应速率,且反应物的转化率和催化剂的选 择性通常达不到 100%的情况。 天津大学开发的新型催化精馏规整填料技术，在实现催化精馏耦合过程的同 时，可有效提升设备的通量以及催化剂的装填量，并降低压降。相比于传统的催 32天津大学科技成果选编 化精馏填料，可提升通量 50%以上。填料内部的特殊结构设计可有效提升气液固 三相的传质，促进物料在催化剂内部的扩散，大大提升了反应效率和分离效率。 目前该技术已经在石化行业中的轻汽油醚化，MTBE，叔丁醇脱水，碳四加氢异 构化等工艺中得到了应用。 应用前景分析： 催化精馏最早应用于甲基叔丁基醚(MTBE)和乙基叔丁基醚(ETBE)等合成工 艺中，现已广泛应用于包括酯化、醚化、异构化、烷基化、叠合过程、烯烃选择 性加氢、氧化脱氢、碳一化学、水解、酯交换和其他反应过程等多种平衡反应。 化工行业中有着巨大的市场需求，且由于催化剂的活性问题，每三年即需要更换 一次，因此该需求有较好的持续性。传统捆扎包式催化精馏填料存在通量小，压 降大，易发生偏流和短路，分离和反应效率低等问题。新型崔化精馏规整填料技 术完美的解决了上述问题，目前，该填料已经在多个工艺上成功工业化应用，为 企业节约了大量的投资费用和操作成本，产品转化率等也有明显提升。 经济效益预测： 相比于传统的捆扎包式的催化精馏填料，该新型催化精馏填料技术可提升通 量 50%以上，节约固定设备初投资 30%以上，节约操作费用 30%以上。相比于 传统的先反应再分离的技术，可节约设备初投资 50%以上，节约操作费用 50% 以上。 技术成熟度:产业化项目

国内甲醇精馏主塔塔底排放的废水一般含甲醇1％左右，有的生产厂达到 2％以上。这不仅损失宝贵的产品甲醇，更重要的是造成环境污染。以年产5万吨甲醇的生产厂为例，每年有1.2~l.3万吨废水排放，以含甲醇1％计，每年损失l20~l30吨甲醇。且由于精馏废水COD(化学耗氧量)值很高，增加了废水处理的负荷，也就是增加了生产成本。

催化精馏技术在一个设备内整合催化反应与精馏分离，在催化反应进行的同时，通过精馏过程把产物从体系中分离，推动反应平衡向右移动。它适用于需要催化剂进行均相或非均相催化来提高反应速率,且反应物的转化率和催化剂的选择性通常达不到100%的情况。天津大学开发的新型催化精馏规整填料技术，在实现催化精馏耦合过程的同时，可有效提升设备的通量以及催化剂的装填量，并降低压降。相比于传统的催化精馏填料，可提升通量50%以上。填料内部的特殊结构设计可有效提升气液固三相的传质，促进物料在催化剂内部的扩散，大大提升了反应效率和分离效率。目前该技术已经在石化行业中的轻汽油醚化，MTBE，叔丁醇脱水，碳四加氢异构化等工艺中得到了应用。

技术简介： 甲基叔丁基醚(MTBE)萃取精馏脱硫工艺为：含多种微量硫的 MTBE 先经过多级精馏蒸出大部分硫含量合格的 MTBE，浓缩后含硫量较高的 MTBE 在通过萃取精馏脱硫得到合格的 MTBE，之后萃取剂再生循环使用。萃取剂再生得到的硫含量很高的 MTBE 进入硫化物回收精馏塔将硫化物回收。采用 MTBE 萃取精馏法脱硫技术可以使 MTBE 收率达到 99.8%以上，能耗节约 40%以上。 应用前景分析： 可以很好的解决 MTBE 中硫含量高和 MTBE 收率低的问题。在石油化工行业 MTBE 合成和精制过程中有很好的应用。课题组可以提供成熟的 MTBE 脱硫工艺包。 经济效益预测： 随着雾霾治理的深入，对汽油中硫含量的要求越来严格，国Ⅴ汽油总硫含量要求 50mg/kg，国Ⅵ汽油总硫含量要求 10mg/kg。对汽油添加剂 MTBE 中硫的脱除势在必行。 技术成熟度:产业化项目 应用领域: 石油化工行业 

项目简介：精馏是化学工业领域中应用最为广泛的分离技术。但精馏过程的能耗巨大，化工过程中40%~70%的能耗用于分离，而精馏能耗又占其中90%以上。我国在石油化工、天然气化工、制药、化肥、维尼纶等领域能耗远高于国外，与国内精馏过程的节能技术落后不无关系。因此，开展精馏过程节能机理和节能技术的研究对国民经济可持续发展具有重要的战略意义。在热力学上，隔板塔被认为是较为理想的塔结构，等同于一个完全的热耦合塔。以分离三组分混合物为例，用相同的理论板数，完成同样的分离任务，采用隔板塔比传统的两塔流程可降低能耗30%~50%，节省设备投资30%以上。高效立体传质塔板是河北工业大学化学工程研究所开发的高效立体喷射型塔板专利技术，具有大通量，高效率，低压降等一系列优点，目前在石化、制药、化肥、化纤等诸多化工领域得到了广泛的应用。将高效立体传质塔板和隔板塔两者的优点相结合，研究过程节能机理，开发出具有高效节能的新工艺和设备，对化工分离过程传质效率和能源利用率的提高、设备投资的节省具有显著的经济效益和深远的社会意义。本项目已在华北制药集团得到成功应用，为企业节省设备投资32%，工艺节能35%。应用领域：石油、化工、制药、化肥、维尼纶、氯碱联系方式：河北工业大学化工学院 方静 副教授电话：022-60202246；传真：022-60204475地址：天津市红桥区光荣道8号309信箱 300130邮箱：ctstfj@hebut.edu.cn网址：www.ctst.com.cn

成果与项目的背景及主要用途： 化工上常见的分离过程包括蒸馏、吸收、萃取和结晶等，其中蒸馏是分离液 体混合物的典型单元操作，应用最为广泛，约占全部化工工业分离过程的 75%。 在精细化工、制药、香精香料、油脂、天然产物提取等工业过程中，经常用到精 馏分离过程，所分离的物系通常为热敏性物系或难分离物系，对分离的要求很高， 采用普通的精馏过程难于达到分离要求，需要对精馏过程进行强化或采用特殊的 精馏分离方法。因此，天津大学经过多年的研究，开发出了组合精密精馏技术。 技术原理与工艺流程简介： 蒸馏过程耗能巨大，化工过程中 40%~70%的能耗用于分离，而蒸馏能耗又 占其中的 90%，所以蒸馏过程节能是目前蒸馏领域研究的热点。精馏塔再沸器的 加热采用降(升)膜加热技术可以降低传热温差，提高热能利用率，并可减少物料 的受热时间，特别适用于热敏性物系的分离。对于减压精馏等过程，其液体负荷 通常很低，填料表面不能充分润湿，使得传质效率降低。通过采用填料表面处理 技术，可以改善填料表面的润湿性能。外加磁场对物系的精馏过程有一定的影响， 总体上呈正效应。其原因如下：一是物系在磁场作用下，汽液平衡关系发生变化， 组分间的性对挥发度加大；另一是物系在磁场作用下，黏度和表面张力等下降， 改善了液体在填料表面的润湿性能，使传质效率得到提高。蒸馏过程的强化包括 设备的强化和过程的强化。蒸馏设备的强化主要是采用新型高效塔板或采用新型 高效塔填料和高性能液体分布器，达到提高分离效率和减小压降的目的。 技术水平及专利与获奖情况： 组合精密精馏技术属于通用型高新技术，它将精馏塔节能技术、降(升)膜加 热技术、填料表面处理技术、磁化处理技术、精馏设备强化技术等多种先进的关 键技术集于一体。对于一定的精馏分离过程，根据物系的特点和分离要求，将上 述各关键技术有机组合，即构成该物系的组合精密精馏分离技术。 获得天津市科学技术进步三等奖 获得以下专利：天津大学科技成果选编 1. 从废丙酮溶媒中磁化精馏回收丙酮的方法，ZL200710060107.5 2. 从废甲醇溶酶中磁化精馏回收甲醇的方法，ZL200710060106.0 3. 中药生产废乙醇溶媒的磁化精馏回收乙醇方法，ZL200610013217.1 4．集磁化与减压精馏由山苍子油提取柠檬醛的方法，CN200410072294.5 5. 由山苍子油精馏提取柠檬醛的方法，ZL011350563应用前景分析及效益预测： 在精细化工、制药、香精香料、油脂、天然产物提取等工业过程中，经常用 到精馏分离过程，所分离的物系通常为热敏性物系或难分离物系，对分离的要求 很高，采用普通的精馏过程难于达到分离要求，需要对精馏过程进行强化或采用 特殊的精馏分离方法。 应用领域：精细化工、制药、香精香料、油脂、天然产物提取 技术转化条件（包括：原料、设备、厂房面积的要求及投资规模） 根据具体情况面议 合作方式及条件：根据具体情况面议

柔性智能互动终端的关键材料与传感器件是实现物联网技术革命的重要技术，柔性透明导电薄膜为其 中不可取代的关键元件。本团队在前期工作中针对纳米银线透明导电薄膜进行了系统的研究，包含材料合 成、导电墨水配方调制、大面积卷对卷制程工艺和柔性触控样机制备，已经初步建立起一条从材料、工艺 到器件应用的产学模式；并做了一系列十余项的专利布局（发明专利12篇，授权专利6篇）。其采用的技 术方法如下： （1）低成本的表面图形化工艺。包含基于光酸显影的可图形化配方调制、基于表面能差异化驱动的 自组装电极图形化，相比较于传统的激光、黄光刻蚀，溶液态的图形化方式成本更低，同时可保证满足柔 性触控传感器的线宽/线距要求； （2）高稳定性的纳米银导电薄膜。基于单分子缓蚀剂修饰的纳米银线稳定性提升方案，相较于业界 传统的单级分子蒸馏存在分离效率不高、能耗 较大和成本较高等问题，而常规精馏方法又会使某 些活性组分发生热变质或分解能等不足。薄膜蒸发 与精馏是一种特殊的液－液分离技术，本技术成果 将薄膜蒸发的高效蒸发性与精密精馏的高分离度融 合于一台完整的设备中，既可避免热敏性物质长期 暴露于加热器内，又可使各组分通过