历时20年打造“5G级”化学反应器

历时20年打造“5G级”化学反应器

南大教授创新成果“微界面强化反应技术”引国际巨头上门寻合作

编者按

7月5日至7日，习近平总书记在江苏考察时强调，要“不断提高科技成果转化和产业化水平”。

南京科教资源丰富，大院大所大学林立，拥有各类国家级科研平台120多家、市级新型研发机构超400家，在推动科技成果转化方面具有独特优势。

今起，本报推出“科技成果转化在南京”系列报道，生动展示一批大院大所的科研成果如何在南京转化为产品，推动南京建设具有全球影响力的产业科技创新中心主承载区。

□南京日报/紫金山新闻记者张安琪

“来得正好，我们和江苏一家科技企业的微界面反应强化技术小试实验合作上午刚结题，项目一共400万元。”10月12日，记者一走进南京延长反应技术研究院大厅，研究院院长、首席科学家，南京大学教授张志炳就和记者分享了一个好消息。

南京延长反应技术研究院，是南京市政府、南京大学、研发团队等多方出资数亿元，于2018年就微界面强化反应技术落地产业化建立的新型研发机构。目前，研究院已完成签约项目近50项；近三年实现销售额年均增长率达50%以上，纳税额年均增长率为107.1%。

颠覆性思维打破垄断，原创先进化学反应器平台

化学反应器犹如手机的“芯片”和汽车、飞机的发动机，是化学制造过程产生新物质的核心装备。

走进研究院，最显眼的是大厅右侧摆放的圆柱形装置。在其中的传统反应器中，透明液体中有指甲盖大小的气泡不断从下往上翻涌，而旁边的微界面反应器中则显得较为“安静”。这便是微界面强化反应技术展示台。

“‘安静’，是因为它的气液颗粒更多、界面尺度更小。这样一来，对于绝大多数两相及以上的化学反应体系，在同样条件下，它们的气液界面面积就更大，气体和液体融合就更充分，界面上的分子传输速率也就越快，化学反应时间就更短，其结果是反应效率就能倍数级提高。”张志炳领着记者走近观察，果然看似较“安静”的反应器液体中充满了密密麻麻肉眼勉强能分辨的微小气泡。

如果把国内外传统的搅拌釜反应器、鼓泡塔反应器等比作“3G”，那么微界面强化反应器就可称为“5G”。张志炳打比方介绍，微界面反应强化技术，本质是使气—液、液—液、气—液—液、气—液—固等界面的几何尺度由毫米—厘米大小破碎为纳米—微米尺度，在数量级上大幅度提高化学反应体系不同物质分子间的质能传递效率，从而实现化工生产过程的效率成倍提升、能耗物耗大幅下降、安全环保性能得到本质改善。

“这个技术，最难的就是颠覆研究人员自身的思维定式和固有认知。”张志炳继续解密，我国化学制造业起步较晚，行业内的许多关键技术长期被国外垄断。因此，要在技术上实现并跑乃至领跑，就必须以颠覆性思维进行科学上的探索与技术上的创新，既要遵从教科书上的普遍化科学原理，又要在源头上寻找技术创新的突破口而不被现有的思维定式所束缚，“这个技术的表观展示相当于用一把‘快刀’剁饺子馅，将大气泡和大液滴切成纳微尺度的微气泡和微液滴。”

成果已广泛应用于炼油石化、新材料、废水处理

研发的时间线，张志炳清楚记得：2003年，经过两年思索后，团队首次确立该技术的攻关方向，此后埋首研发；直至2014年，第36版设计的工业级微界面发生器测试实现预期效果；2017年，首台套工业示范装置在企业稳定运行3年后通过中国石化联合会的技术鉴定。2018年，研究院成立，专注该成果落地产业化。

“炼油、石化、精细化工、新材料、制药、燃料火药、环境治理等都可应用，产业化前景非常广阔。”张志炳表示，我国国民经济行业97个大类中约有三分之一与化学制造有关。氧化、加氢、氯化、羰基化、烷基化等是最普遍的化学制造方式，微界面强化反应器可使化学制造更高效、更安全和绿色。

在研究院，多台工业项目的模拟实验装置正在工作。记者仔细一看，果然炼油石化、新材料生产、废水处理等均有涉及。“每个生产领域，所涉及的化学反应不一样，我们的技术和设备也要量体裁衣加以调整。模拟装置是为了在工业实际项目应用前，进行模型化实验和测试用的。”停留在一台微界面强化柴油加氢装置前，张志炳介绍，这是与中石化一个合作项目的模拟测试装置。2023年5月，采用微界面技术改造的一套120万吨级柴油加氢精制装置在中国石化集团一次性工业试验成功，产出优质国VIB柴油原料，实现了以进口压力5.6MPa的低压生产混合VIB柴油的目标。

在该装置的另一侧，是一套高浓高盐高酚医药废水处理项目的模拟测试装置。“通过微界面强化反应，可以把原来废水中生化菌‘啃不动’的高浓度酚类大分子，高效分解为二氧化碳和水或生化菌爱吃、能快速消化的‘面包’——小分子，废水的可生化性大幅改善，从而提高废水处理效率。”张志炳说。

落地近50个项目，国际巨头主动上门寻合作

据了解，南京延长反应技术研究院基于微界面强化反应技术已开发了多项十万吨—百万吨级的石化产品生产和高盐高COD水处理技术工艺包，均具有国际领先性和完全自主知识产权，其吨产品的能耗物耗、本质安全性能、二氧化碳排放均处于世界领先水平。研究院里还设有24小时专人监控的“集控室”，可以远程实时监测合作项目的运行情况。目前，研究院已与中石油、中石化等数十家国内外知名大型企业建立了合作或共建联合研发与应用平台，完成签约项目近50项。

“新研机构也是有绩效考核的，我们几乎年年都获最高奖励。”张志炳介绍，针对新研机构，南京市科技部门有专门设定帮扶政策，只要绩效考核优秀，就能获得相应的奖补资金。此外，研究院落地的南京江北新区新材料科技园，石化企业集聚，在购买实验材料、开展产业链上下游合作方面非常方便。

创新带来客户。美国埃克森—美孚、德国巴斯夫等国际巨头也纷纷主动上门寻求合作。“埃克森—美孚一直与我们保持紧密联系，就炼油、新材料生产等反应技术的合作在持续商谈中。”张志炳介绍，在化学反应器方面，微界面强化反应技术使我国在化学反应器技术乃至扩展到若干原料化学品的整套工艺技术方面，实现了从落后到领先的跨越，产业化发展势头良好，近三年研究院销售额保持50%以上增长，纳税额年均增长几乎翻番。