DOC《中国科学院过程工程研究所》

中国科学院过程工程研究所 www.

ipe.ac.cn 北京市海淀区中关村北二条1号 中国科学院过程工程研究所前身是1958年成立的中国科学院化工冶金研究所.50多年来,研究范围逐步扩展到能源化工、生化工程、材料化工、资源/环境工程等领域,学科方向由 化工冶金 发展为 过程工程 .2001年更为现名. 过程工程所面向国家过程工业战略需求,面向世界过程工程科技前沿,针对制约过程工业发展的共性科技问题,提出了 过程工业绿色化与信息化 的发展战略和 一个核心、四个层次 的科研布局,即以时空多尺度结构为核心,突破关键性科学难题;

在共性问题和方法学、数据信息和实验计算平台、工艺和过程调控、工程应用四个层次,系统研究与发展过程工程科学,形成资源高效清洁转化和产品高值化制备的过程工程平台. 一个核心 与 四个层次 是有机、开放的整体,旨在落实战略目标,突破科研―开发―设计―工程/分离的体制机制障碍,促进实验室成果产业化,输出高效清洁的物质转化新工艺、新过程/新设备和集成技术,带动过程工业的技术升级换代和生产模式根本变革. 过程工程所现有生化工程国家重点实验室和国家生化工程技术研究中心(北京)、多相复杂系统国家重点实验室、湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室、中国科学院绿色过程与工程重点实验室以及过程工程研发中心、生物质研究中心等科研机构. 截至2011年年底,过程工程所共有在职职工621人.其中科技人员466人、科技支撑人员84人,包括中国科学院院士4人、中国工程院院士1人;

研究员66人,副研究员114人;

国家海外高层次人才计划(千人计划)入选者1人、国家杰出青年基金获得者6人、中国科学院 百人计划 入选者19人.过程工程所是国务院学位委员会批准的首批博士、硕士学位授予单位之一,设有 化学工程与技术 一级学科和材料学、环境工程两个二级学科博士研究生培养点,并设有1个一级学科博士后流动站.现有博士生导师42人、硕士生导师55人,博士研究生200人、硕士研究生228人,在站博士后30人. 中国颗粒学会挂靠过程工程所,所内主办《过程工程学报》、《颗粒学报》(PARTICUOLOGY)和《计算机与应用化学》三个学术期刊. 重点研究领域 多相复杂系统仿真计算 多相流动广泛存在于过程工程的各个方面(石油、化工、冶金、热能、矿业、环境等).多相流动不仅以流体的物理性质区分(如气-固,气-液,液-固,气-液-固等),还从流体的动力学性质进行区分(如相似粒径的物料可以看作一相).对于工业用户,反应器的设计、放大、控制和优化要求理解反应器内的多相流体力学行为;

对于研究者,需要理解反应器内的复杂流动结构以及各相之间的相互作用及其各种控制机制. 中科院过程所在多相复杂系统仿真计算方面积累了长期的工程实践经验,已经为许多大型工业用户开展了相关服务.开展的工作主要是针对过程工业中普遍存在的共性问题,如反应与分离工艺及相关设备在量化设计和放大中依赖工程经验逐级放大,研发周期长、成功率低,以及现有过程效率低、能耗高、污染重、流程长等问题,以化工、冶金、材料、石化等领域中普遍存在的多相复杂体系及设备为研究对象,利用多尺度方法,结合计算流体力学、计算传递学方法、数学模型化方法等,开展多相反应和分离系统中复杂结构及过程强化的研究,加强计算机模拟与仿真,建立分子水平到工业规模的超级计算方法,实现减少中试甚至不经过中试直接产业化的目标.已发展了可适应不同体系的通用模拟方法,可解决石油加工、煤炭清洁利用、可再生资源利用等重大行业的工业设计问题,为我国过程工业的绿色化与信息化升级提供重要的驱动力量,为目前全国范围内开展的节能减排工作提供基础性的科技支撑.目前研究所建有单精度千万亿次超级计算系统. 资源/能源利用及信息化 油气、矿产以及煤炭资源的高效合理开发及利用支撑着国民经济的健康发展.中科院过程工程研究所自建所以来就紧密围绕国家的战略需求,在资源与能源领域持续不断地开展着科技创新工作,积累了众多优秀的科研成果,为国家经济社会的发展贡献了力量.进入新时期以来,研究所瞄准国际科技发展前沿,以绿色清洁生产和发展循环经济为理念,重点开展了如下的研发工作:①大宗油气资源的清洁生产及高效利用,涉及油品的脱酸、脱硫以及石油裂解C4资源的高值化利用;

②贫铁矿资源的开发利用;

③煤炭资源的清洁高效利用,涉及煤炭的清洁燃烧、利用煤拔头技术提取煤基化学品以及中热值煤气生产等;

④其它难选有色金属矿产以及非金属矿产资源的开发利用等. 在技术平台方面,包括亚熔盐液相氧化技术、循环流化床技术、离子液体技术、湿法冶金以及微生物冶金技术等. 新材料开发与先进制造 新型材料以及新的材料制备技术是中科院过程所重点发展的科研领域,经过多年的技术积累,本所在如下材料工程领域形成了自己的特色与优势,开发的新材料及制备技术在国民经济的许多领域也已得到广泛应用.开展的工作包括:①纳米结构的调控机制与应用-通过纳米结构的设计与调控,发展纳米组装技术与相关的复合功能材料;

②多相反应与材料制备-通过对多相反应体系的调控,实现材料结构的定向调控,优化材料的性能;

③特种复合粉体材料的开发与利用-通过水热合成、化学镀、溶胶-凝胶、烃类热解化学、表面沉积、反应性流场模拟等技术,研制特种粉体材料、特种薄膜及涂层等;

④结构设计与新材料创制-通过晶体结构设计、表面结构设计和微结构设计,以环境有好的溶液合成技术以及多孔材料制备技术为平台,开展环境材料和技术的研发等;

⑤等离子体工程制备新材料-应用等离子体技术进行工业化制备超微细粉体材料,包括等离子体发生器及等离子体炬的设计、特种功能超微细粉体材料制备等;

⑥功能粉体材料的开发-以颗粒的界面工程为核心,针对粉体颗粒的结构和形貌,制备包覆型、低维、结构与形貌特殊的粉体材料等. 生物质综合利用 以可再生的生物质为原料生产能源、生物基材料并实现生物质的综合利用,是当今全球范围内涉及工业界和学术界的热门领域,各种科技研发和产业创新活动方兴未艾. 依托于中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室的综合科技研发平台,多年以来,本所在生物质资源的综合利用方面持续进行着科技创新工作,在基础研究、应用研究以及产业开发方面形成了自己的特色与优势.目前,本所在领域内重点推动的工作包括:生物质复杂组分的高效分离、生物质组分全利用的工艺策略设计、新型生物反应器的研发、生物反应过程的优化控制、高长效生物催化剂的制备以及生物质原料的高效生产等.其中,以秸秆等生物质为原料生产燃料乙醇、生态板材制备、动态发酵设备的研制、生物柴油的炼制生产等已经走向工业化的实际应用. 提取/分离与纯化 依托中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室以及国家生化工程技术研究中心(北京)的平台优势,本所在生化目标产物的提取分离以及纯化方面开展了大量的工作,具备了较为雄厚的技术积累,从基础理论研究、到应用开发研究、再到产业化实施等方面形成了较为完整的创新价值链;

针对目标产物和体系,为达到最好的纯度和质量,本所可以设计和建立绿色的生产装置,实现分离纯化过程的集成和优化.目前,本所已形成如下几方面的平台技术: 疫苗分离纯化 基因工程药物分离纯化 血液制品分离纯化 高纯天然产物分离提取等 组织培养与快速繁植 组培与快繁是当代生物技术领域中最为活跃的领域之一.该项技术可以在不受植物体其它部分干扰的情况下研究被培养部分的生长和分化规律,也可以利用各种培养条件来影响被培养体的生长与分化.作为生物工程的一项重要技术,组培快繁在基础理论研究和生产实践中发挥的作用也与日俱增,并且有力地推动了生物科学其它领域的发展. 以生化工程国家重点实验室为依托,通过分子标记、遗传育种,生物反应器规模化组培快繁、人工种植等技术手段,我所在此方面的工作主要包括:①针对我国濒临灭绝和受国家保护的珍稀中草药和民族药,应用植物细胞工程和代谢调控技术,通过转基因、理化因子等调控代谢关键酶表达,筛选继代稳定、有效药用成分含量高的细胞系,进行植物细胞大规模培养生产高价值药用代谢产物,其特点为:不需野外采集和种植,不受地点、季节、气候条件限制,可以工厂化全年生产;

②针对珍稀濒危的中药材、能源植物新品种以及难以繁殖的珍稀花卉等,采用分子设计育种,通过大规模诱导植物细胞胚性愈伤组织,分化体胚和苗,经炼苗、壮苗、移栽等新技术,实现大面积人工种植. 生化介质与产品 随着生化工程技术及相关产业的发展,各类生化介质与产品的开发和生产也在同步发展.以本所在相关领域的科研技术积累为依托,目前我们重点开展了如下方面的工作:①粒径均

一、分离性能优异的新型分离介质的开发;

②生物活性药物的修饰及其修饰剂的开发;

③新型药用微米及纳米材料的开发;

④生物农药及其它生化制品的开发;

⑤生化工程所需反应装置的研制等. 环境治理与减排 囿于观念以及科技发展水平的限制,随着我国经济建设和社会发展全面推进,高能耗、高物耗、多温室气体排放的工业生产体系对环境的影响日益突出,环境形势也愈发严峻,生态环境进入大范围生态退化和复合型污染加剧发展的新阶段,环境与资源对经济社会全面可持续发展的瓶颈性约束在不断加大,环境污染呈加剧蔓延态势.开展科技创新,加强环境治理和节能减排,改变过去粗放式的发展方式,建设环境与生态友好的新型工业生产体系变得刻不容缓. 中国科学院过程工程研究所结合自己已有的科技储备,多年来一直关注中国的环境保护事业,积极致力于相关的研发活动,形成了本单位的特色与优势.研究所在处理并资源化利用工业废水、废气、废渣,处理电子废弃物、开发环境功能材料以及通过过程强化和集成创新消减污染物排放等方面已形成了从基础研究到产业化开发的学科发展链条,也具备了一定的工程化实施能力. 化工材料相关成果 目录 高效节能的乙二醇/碳酸酯集成技术

2 混合碳四高效综合利用生产甲基丙烯酸甲酯

3 乙腈法抽提丁二烯新型离子液体添加剂

4 低温液相合成气制甲醇新工艺

5 合成气加压流化床甲烷化技术

6 秸秆半纤维素水解液发酵丁醇及木质素纤维素综合利用技术与产业化

7 尿素反应耦合法合成异氰酸酯(MDI)清洁工艺集成技术

8 煤/重油分级利用热裂解气化技术

9 褐煤分级轻度热解提质技术

10 碎煤预氧化流化床气化生产工业煤气技术

11 焦化过程煤炭分级与预热调湿集成技术

12 煤焦油高效分离及加氢提质综合利用集成技术

13 中小型煤/生物质燃气生产低焦油气化技术

14 煤-天然气/焦炉气共气化制备合成气/还原气

15 难选铁矿石循环流化床磁化焙烧技术

16 碱法活化处理红土镍矿/提取铬铝新技术研究

17 低品位难处理多金属矿生物冶金和湿法冶金技术

18 微型流化床反应分析仪商业化

19 转炉炼钢高效供氧节能技术的研究与应用

20 冶炼用大型喷吹核心装置氧枪研究开发

21 从冶炼废渣中提取铜、镉、钴、锌等金属

22 钢渣碳酸化固定CO2联产高值碳酸钙技术

23 高炉渣基矿物聚合材料及应用

24 含氨废水资源化综合处理技术

25 焦化废水综合处理过程强化与产业化

26 焦炉煤气HPF脱硫废液资源化处理技术

27 电石渣烟气脱硫技术

28 焦炉煤气部分返回炼焦过程半焦加氢耦合脱硫

29 工业锅炉内外双循环流化床脱硫技术

30 工业园区/重点区域循环经济-低碳经济规划与构建技术

31 高效节能的乙二醇/碳酸酯集成技术 项目成熟阶段: (孵化期 生长期 (成熟期 项目来源:科技支撑计划、国家

863 项目、国家自然基金、企业委托 概况:本项目针对高能耗乙二醇的生产过程,建立高效节能的乙二醇/碳酸酯集成技术.乙二醇是一种重要的石油化工基础有机原料,主要用于生产聚酯纤维、防冻剂、不饱和聚酯树脂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂以及炸药等.我国目前乙二醇生产技术均是环氧乙烷直接水合生产工艺,是上世纪七十年代从国外引进的技术,水比高、选择性差、反应条件苛刻、能耗高,已成为企业发展的严重障碍. 技术特点:本技术与环氧乙烷直接水合法相比,具有以下的创新特点和优势:1)开发了环氧乙烷与二氧化碳反应经碳酸乙烯酯制备乙二醇的节能生产新工艺,极大地提高了原子利用率,使水比从22:1降至1.15:1,产率接近100%,乙二醇的产品质量远高于国家优级品标准,乙二醇UV值>

82%(220nm).2)建立了环氧乙烷环加成和水解/醇解反应的新型反应器系统和优化的集成生产工艺,能耗可降低35%以上.3)建立了乙二醇/碳酸酯集成技术,可有效地利用上游乙烯氧化制环氧乙烷过程排放的含二氧化碳废气,可根据市场需要灵活地调整生产方案,选择性地生产碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、乙二醇等多种产品.4)建立了具有自主知识产权的乙二醇/碳酸酯集成技术. 专利情况:已申请中国专利10项,建成10吨/年的乙二醇模试试验装置. 市场分析:随着近年来我国聚酯行业的飞速发展以及汽车产销量扩大所带动的防冻液需求不断增长,乙二醇消费量持续增加.表观消费量由1996年的78.6万吨增加到2006年的562.04万吨.预计2010年我国对乙二醇的总需求量将达710.0万吨.而截至2007年2月我国乙二醇总生产能力不足200万吨/年,市场前景良好.如果本课题最终形成的技术成果能够获得推广应用,将产生巨大的经济效益.如采用新工艺建立20万吨乙二醇装置,每年将新增产值14亿元,新增利税2.3亿元,节能31000吨标油,节能新增效益6000万元. 合作方式:技术开发和转让. 产业化所需条件:企业应提供相应的厂房、基础建设、资金和人员配合.工程方面,根据工程设计要求,进行催化剂的制备、工艺设计和工艺参数的优化. 混合碳四高效综合利用生产甲基丙烯酸甲酯 项目成熟阶段:(孵化期 (生长期 成熟期 项目来源:863支持项目、中石油横向项目 概况:目前我国甲基丙烯酸甲酯(MMA)的生产工艺全部采用传统的以丙酮和氢氰酸为原料的丙酮氰醇法,规模小、效益差、污染重,严重制约着MMA行业的发展.本项目以清洁C4为原料,替代了有毒有害原料,不使用强酸强碱,不产生硫酸氢氨等难处理副产物,将从根本上改变我国MMA工艺技术落后、环境污染严重的状况. 技术特点:1)新工艺以C4为原料,工艺清洁,路线简单;

2)开发的新型催化剂具有良好的活性和稳定性,转化率达到99%左右,选择性达到91%左右,高于现有国际水平;

3)新型结构的一步液相氧化酯化高效反应器;

4)新型脱水过程及高效共沸分离和纯化技术. 专利情况:已申请13项中国发明专利,9项授权 市场分析: MMA主要用于有机玻璃行业,广泛用于汽车、建筑、设备部件、家用电器材料、光信息材料、电气部件封装、卫生洁具等.高........