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中国科学院过程工程研究所情况介绍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。2011年过程工程所被科技部确认为“国家技术转移示范机构”。全年共签订有效合同199份，服务企业320余家，合同金额为17839万元，已经实际到款8331万元，较上一年度增长了35.9%，超过了历史最高水平；举办3期“行业需求与过程工业科技创新高层论坛”进行行业领域发展动态、战略方向、最新政策、市场需求及重大共性技术等研讨；与政企新建平台13个，提升企业自主创新能力的同时，为实现核心技术的快速孵化推广奠定基础；2011年新加入芦笋产业等5大技术创新联盟，是我所加入的产业联盟总数达到27个，实现企业、大学和科研机构等在战略层面有效结合，共同突破产业发展的瓶颈，以促进行业领域进行共性关键技术开发及转移转化；新增发明专利申请332项，实用新型专利申请7项，PCT申请8项；新增发明专利授权97项，实用新型专利授权3项，国际专利授权3项，软件著作权登记5项，进一步丰富和保障了原始创新成果。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。项目成果1.多相复杂系统仿真计算中科院过程工程所针对过程工业中普遍存在的共性问题，如工艺及设备在量化设计和放大中依赖工程经验逐级放大，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，开展多相反应和分离系统中复杂结构及过程强化的研究，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和国际上首个“虚拟过程工程”平台（VPE1.0）。主要核心技术:1.反应器内宏观混合和微观混合模型、流体力学与热力学、反应动力学的耦合模型和模拟计算等技术,应用于工业多相反应器的工业设计放大、问题诊断和优化调控。2.基于能量最小多尺度（EMMS）模型，建成了物理对象、模型、软件、硬件一致的多尺度模拟超级计算系统，在石化、能源、冶金等领域，对工艺设计、过程放大、运行控制等全过程采用大规模模拟技术，开发系统创新的有自主知识产权的新工艺及其关键装备。3.验证性实验平台搭建技术，应用于典型的重大应用工艺过程，建设虚拟和实验平台，实现多相复杂装置内流动与传递过程三维准实时的高精度测量与显示，以及实际和虚拟装置运行状态基本同步的数字化定量控制，为工艺装置运行的在线优化、事故预警与分析和操作人员培训等提供手段和指导性原则。2.多相搅拌槽反应器的设计、放大和优化项目成熟阶段：□孵化期□生长期■成熟期项目来源：企业委托、国家自然科学基金重大和重点项目。概况：搅拌槽反应器是最常用的工业多相反应器之一，课题组研究、设计和开发气液固两相、三相、四相等多相搅拌槽反应器（包括新型表面曝气反应器、浮选机等）。所开发的新型搅拌反应器，能够有效强化多相混合（混合时间短）、分散、传递和反应。应用领域包括化工、冶金、石化、生化、制药、环境工程。可以改造现有工业反应器、实现技术提升，也可以为新工艺设计新型高效搅拌反应器。成果可以直接应用于生产，已在大型石化企业应用。专利及应用情况：已申请发明专利7项。完成石家庄化纤有限责任公司己内酰胺项目中的“4台40m3苯甲酸催化加氢搅拌反应器的优化设计”、“160m3甲苯氧化反应器气体分布器的优化设计”、“酰胺化反应器分布器的优化设计和改造”等项目。3.滴流床反应器的优化设计、放大和性能强化项目成熟阶段：□孵化期■生长期□成熟期项目来源：企业委托、国家自然科学基金重点项目概况：滴流床反应器在工业上广泛应用，如生物净化处理废水、催化裂化、催化加氢等。但其放大设计仍主要依靠经验。课题组系统研究了滴流床气液固三相反应器中多种操作性质的滞后现象和多稳态的稳定性，开发了关于滴流床中滞液量、流动形态转变、气液固传质、流体分布发展等数学模型，并提出人为非稳态操作强化滴流床内传质操作的方法，对滴流床的设计、放大、调控和强化操作有指导价值。可应用于石化、化工领域中工业生产的问题诊断和反应器优化改造，实现技术提升，也可设计新型高效滴流床反应器。4.环流反应器的模拟、设计、放大和操作优化项目成熟阶段：□孵化期□生长期■成熟期项目来源：企业委托、国家973项目、国家自然科学基金重大和重点项目概况：课题组研究了气-液和气-液-固环流反应器（包括内环流、外环流和多层环流反应器）内的流动、传递和反应过程，利用数值模拟和机理性的分区模型，设计新型环流反应器，能够实现气液固的良好混合，节省强制循环泵。应用领域包括化工、生化、冶金、石化，如生物发酵、气液固反应、矿物浸出等。可以改造现有工业环流反应器或鼔泡塔、实现技术提升，也可以为工艺设计新型高效环流反应器。可直接应用于生产，已在冶金和化工企业应用。专利情况：已申请发明专利1项“煤直接液化磁力刮刀环流反应器及其煤直接液化方法”、实用新型专利1项“一种多相环流反应器”。与其他单位合作，为神华集团煤直接液化中试装置设计新型环流反应器，2007年12月在神华6万吨装置上成功试用。5.结晶器的设计、放大和优化项目成熟阶段：□孵化期□生长期■成熟期项目来源：企业委托、国家自然科学基金重大和重点项目概况：结晶反应器（液固或气液固搅拌反应器）的放大设计目前仍主要依靠经验。课题组研究了结晶体系的反应－结晶成核动力学，从微观和宏观混合的机理出发，数值模拟和仿真结晶反应器内的流动、传递和结晶反应过程，指导工业结晶反应器的设计、放大、优化和操作调控，以改善结晶产品的粒径分布和纯度，提高原料利用率和产品收率、改善产品质量。应用领域包括化工、冶金、石化、生化、制药，可以改造现有工业结晶器、实现技术提升，也可以为新工艺设计新型高效反应结晶器。专利情况：已申请发明专利1项。2006-2007年利用模型和数值模拟，提出石家庄己内酰胺工艺由5万吨扩产到16万吨时481m3硫酸铵结晶反应器改造的技术方案，验车成功。6.资源/能源绿色利用油气、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。主要核心技术:1.亚熔盐液相氧化技术，应用于铬、铝、钒、钛等难选有色金属矿产以及非金属矿产资源的开发利用。2.循环流化床技术，应用于煤炭的清洁燃烧、提取煤基化学品以及中热值煤气生产、难选铁矿石磁化焙烧以及其他物料高效焙烧等。3.离子液体技术，应用于油品的脱酸、脱硫以及石油裂解C4资源的高值化利用等。4.湿法冶金以及生物冶金技术，应用于低品位复杂矿产综合利用。7.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：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。本项目针对高能耗乙二醇的生产过程，建立了高效节能具有自主知识产权的乙二醇/碳酸酯集成技术。与环氧乙烷直接水合法相比，极大地提高了原子利用率，能耗可降低35%以上，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。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。8.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：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。其下游高性能产品不断开发成功，市场需求非常旺盛。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。专利情况：已申请13项中国发明专利，9项授权。9.油品脱酸新技术项目成熟阶段：孵化期生长期■成熟期项目来源：国家863，企业合作项目概况：随着原油开采量增加和开采技术的提高，高酸原油的比重越来越大，酸的存在使得油品在加工过程中造成设备腐蚀，非计划停工次数增加，生产效率低，安全问题突出。在高酸原油中，90%以上的酸为环烷酸。本技术采用“离子开关”原理，选择有机碱类脱酸剂，实现了脱酸与提炼环烷酸的双重效果，具有较高的经济和社会效益。与其他技术相比具有操作费用低、脱酸效率高、环烷酸可回收、脱酸剂可重复利用的特点。实验证明：使用该法脱酸率可达95%以上，环烷酸回收率大于90%，脱酸剂回收率大于99.8%。同时本技术可以推广到动植物油的脱酸中，尤其可用于生物柴油的炼制。项目进展情况：已完成小试和中试，可以进行产业化开发。10.合成气直接制低碳烯烃新工艺项目成熟阶段：■孵化期生长期成熟期项目来源：中国科学院过程工程研究所知识创新工程前瞻性项目概况：全球石油资源的严重不足、价格的不断攀升，以及重要石油化工产品需求量的快速增长，迫切需要非石油路线生产乙烯、丙烯等重要化工原料。合成气直接制烯烃具有工艺路线短的明显优势，本项目采用分子模拟及量化计算预测催化性能，大大减少传统经验性催化剂研究的工作量；设计高效反应器，有利于传热、传质和催化剂稳定性及催化剂再生，减少二次反应，提高反应效率，延长催化剂寿命。该项目将优化合成气向低碳烯烃的高效定向转化性能，同时减少CO2的生成，具有广阔的前景和较高的经济效益。11.燃料油低温脱硫新技术项目成熟阶段：孵化期■生长期成熟期项目来源：企业合作项目概况：世界各国对汽油、柴油中硫含量的要求越来越严格。加氢脱硫是现有工业上应用最广泛的工艺，但加氢脱硫催化剂仍沿用金属硫化物，在使用过程中活性组分的流失会引起大气污染，且操作条件比较苛刻，氢耗量大，投资规模大。本项目开发了基于离子液体的萃取脱硫和氧化-萃取脱硫技术，脱硫效率大幅度提高，由于离子液体易于回收、反应条件温和，极大的降低了操作费用，所以该工艺的开发具有广阔的市场前景。本研究已经设计筛选出用于高效燃料油脱硫的离子液体脱硫剂，建立了离子液体萃取脱硫和氧化-萃取脱硫的实验室装置。专利情况：申请相关专利4项，其中公开2项。12.计算机模拟与过程集成技术项目成熟阶段：孵化期生长期成熟期项目来源：国家自然基金，国家863，国际合作，企业合作等概况：计算机模拟与过程集成已成为工业过程设计和运行的重要工具，广泛用于