基于膜法反应器 从源头实现绿色安全生产 ——南工大科研团队研发出全新环己酮生产工艺

交汇点讯 化工行业是国民经济的重要组成部分，石化和化学工业产值占全国GDP的14%，保持着高增速、大体量的发展趋势。近年来，重特大化工事故时有发生，造成极为严重的人员伤亡、财产损失及不良社会影响，一时间，人们“谈化色变”，严重影响了化工行业可持续发展。全面提升化工生产安全水平已成为国家重大而迫切的需求。日前，南京工业大学化工学院科研人员陈日志教授团队研究出了一套基于膜法反应器的生产工艺，能够从源头解决化工绿色安全生产问题，该项科研成果荣获中国化工学会基础研究成果奖一等奖。

连续加氢，连续生产“不停车”

加氢反应是石油化工、精细化工等生产过程中常见的化学单元反应，传统化学工艺大多采取间歇加氢的方法，“间歇加氢需要在生产过程中不断地升降温、排放气体，进行人工操作，具有能耗高、环境污染严重、产品质量不稳定、安全隐患多等缺点。” 陈日志教授说。

环己酮是合成纤维尼龙6及尼龙66等的重要中间体，在合成橡胶、纤维，染料、农药、涂料等生产制备方面具有重要的工业应用价值。近年来，我国环己酮产量逐年增加，具有广阔的市场需求。

陈日志教授团队以研究制备环己酮的全新生产工艺为突破口，通过连续加氢的方法，实现了生产过程的连续化。陈日志介绍说，连续加氢的关键在于如何高效地将微小的催化剂颗粒跟产物进行分离，这样就能够实现连续加氢，以往没有办法把小的催化剂颗粒跟产物进行分开，所以需要间歇操作，传统做法是一次加氢，反应结束之后，先排氢气，采用沉降或者其他方法把催化剂颗粒与产物分开，然后再加入另外一批原料再进行反应。“连续加氢不需要不断地升降温、排放气体、人工添加化学原料等操作，这样就降低了能耗和安全隐患，提高了生产效率。” 陈日志教授说。

“膜法分离”，化学反应更高效

反应后的产物和催化剂颗粒分离技术是整个反应实现连续化的关键。陈日志教授团队将南京工业大学膜科学研究所研发的陶瓷膜应用其中，研制出连续苯酚加氢-膜分离耦合系统，实现环己酮的绿色合成。

“膜是一种高效的分离技术，将膜分离过程与反应过程集成在同一流程中，能实现催化剂的循环使用，减少催化剂流失、提高产品质量。”陈日志说，“我们实现了催化剂的原位分离，催化剂回收率大于99.9%，新工艺环己酮收率80%，显著高于现有主流工艺中3%的收率。”

陈日志教授团队用10年时间从催化剂研发、工艺包开发、百吨级中试装置建设、新工艺调试做了全流程、贯通式的研究。“我们在苯酚加氢-膜分离耦合装置的连续稳定运行方面花了很长时间，研究了钯碳（Pd@CN）催化剂催化性能与膜分离性能的变化规律，揭示了它们的失效原因，针对性地提出了减少催化剂与膜失效的方法，实现了装置的连续稳定运行。”陈日志教授介绍。

近零排放，绿色生产对环境更友好

废水、废渣、废气是传统化工行业生产的常见污染物，也是化工行业环境治理的重点。

“采取我们的整套生产工艺，能够实现三废近零排放。”陈日志教授说，“传统的生产工艺下，生产每吨环己酮会产生0.8吨的废水，而采用连续苯酚加氢-膜分离耦合技术，催化剂颗粒通过膜装置实现分离，循环使用，氢气一直在系统中，没有排放，产物中只有环己酮与环己醇，而环己醇通过脱氢进一步生成环己酮，没有其他副产物，整个反应连续进行，实现高效反应的同时，三废近零，从源头上真正实现绿色生产，对环境更友好。”

2019年，陈日志教授团队开发出百吨级连续苯酚加氢-膜分离耦合制备环己酮工艺包，建成了百吨级中试装置。2020年年初，陈日志教授团队在其合作的化工企业反复实验，经过2~3个月的调试后，最终通过了72个小时的运行考核，经过现场取样分析标定，产品合格。

2020年9月15日，在北京召开的2020中国化工学会科技创新大会上，陈日志教授团队的“连续加氢-膜分离耦合机制及其在环己酮合成中的应用”科研成果获中国化工学会基础研究成果奖一等奖。

交汇点记者 王梦然 通讯员 张金凤

编辑: 王甜