典型有机化工过程的传递与反应协同机制及强化重大项目指引

附件2：“典型有机化工过程的传递与反应协同机制及强化”重大项目指南化学工业是我国国民经济支柱产业，而有机化工是化学工业的主导产业，包括基本有机化工、精细化工、三大高分子合成材料等，其有机产品的合成，约90%以上是以三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、甲烷和乙炔等为基础原料，经氧化、磺化、卤化、硝化等有机分子官能化反应得到，因此“官能化”反应成为有机化工的关键过程。该关键过程涉及多相复杂体系内的快速反应，通常受分子混合、传递的限制，对反应速率与传递过程的匹配性有严格的要求。由于对反应与传递的协同机理的认识不够，特别是对微观尺度上的传递和混合机制缺乏深入的认识，难以选择合适的调控手段，造成目前工业反应过程的选择性低和收率低等问题，导致高能耗、高污染、高物耗，使有机化工成为化学工业“节能减排”的重点领域。本项目针对氧化、磺化等典型有机化工“官能化”反应体系，围绕液相快速反应体系的分子混合机理及过程强化、多相反应体系的微纳尺度分散相形成机制与界面传递规律等关键科学问题，以提高反应选择性和收率、减少能耗和物耗并从源头上消除污染为目标，开展从宏观到微观的物质传递与反应过程协同性的科学规律及理论模型研究，采用非常规外场强化等手段，实现典型有机化工关键过程物质传递与反应过程的强化和耦合调控，形成超重力强化、等离子体强化、膜技术强化与调控的关键技术与新工艺，为具有原创性的“节能减排”重大工程应用奠定科学基础。一、科学目标针对磺化和氧化等典型“官能化”有机化工反应过程，采用理论分析、实验研究和计算机模拟相结合的方法，研究液相快速反应体系内的分子混合与传递机理、多相复杂反应体系的微纳尺度分散相的形成规律与界面传递现象、外场对化工过程传递与反应的强化机制和耦合协调规律，建立传递与反应协同作用新理论模型，应用超重力、等离子体、膜技术等强化手段，实现物质传递与反应过程的协调匹配和调控，解决反应选择性低和收率低的普遍性问题，达到典型有机化工过程节能降耗和减排的目的，并提高产品品质。创建甲烷氧化、丙酮氧化、三次采油用原油磺化等2-3个典型有机化工过程“节能减排”工业示范新技术，过程节能20%-30%。在本领域具有学术影响力的国际期刊发表系列论文，形成一支多学科交叉的具有国际学术影响的研究队伍。二、研究内容（一）多相反应体系中微纳尺度下混合、传递与反应协同机理。研究液相快速反应过程中的分子混合和传递过程机理，揭示多相复杂体系微纳尺度上分散相的形成与界面传递规律，建立分子尺度、细观和宏观反应器尺度的物质传递与反应协同的理论模型，发展数值模拟方法，掌握调控氧化等快反应过程的分子混合、传递与本征反应动力学之间相互匹配的共性规律，用于甲苯和二甲苯氧化大型工业反应器的工程设计和优化改造。（二）超重力强化分子混合、传递与反应调控机制。研究超重力作用下磺化等液相快速反应体系中分子混合规律及反应机制，掌握超重力强化气液氧化多相反应体系的传递与反应的规律，建立反应过程强化理论模型，构建快速反应过程的超重力强化技术平台，指导实现三次采油用原油磺化制石油磺酸盐、维生素E生产关键氧化过程的新工艺的工业应用。（三）等离子体作用下传递与反应协同机理及应用基础。研究等离子体作用下物质传递与反应协同效应，及其对颗粒成核与生长的影响规律，建立过程理论模型；构建等离子体技术应用平台，研制应用于甲烷制合成气反应过程中的具有高抗积碳性能的镍基催化剂及其反应新工艺，指导该新催化剂制备与甲烷制合成气新工艺的工业试验，实现合成气制备的水碳比降低40%，显著降低反应过程的能耗。（四）新结构膜分离与反应耦合机制及过程强化。以液固催化氧化反应体系为对象，研究膜分离与反应过程耦合体系中的耐酸碱新型膜材料和管式膜反应器结构、以及耦合过程的协调机理，认识材料结构－过程应用性能之间的构效关系，发展非均相反应体系传递与反应过程的协同调控方法，建立反应与膜分离过程耦合强化基础理论，指导实现苯酚、丙酮催化氧化膜分离与反应耦合新工艺的工业化应用。三、资助年限4年（2010年1月至2013年12月）四、资助经费1000万元五、申请注意事项申请书的资助类别选择“重大项目”，亚类说明选择“项目申请书”或“课题申请书”，附注说明选择“典型有机化工过程的传递与反应协同机制及强化”。“项目申请书”中的“主要参与者”只填写各课题“申请人”相关信息；“签字和盖章页”中“依托单位公章”盖“项目申请人”所属依托单位公章，“合作单位公章”盖“课题申请人”所属依托单位公章。“课题申请书”中的“主要参与者”包括课题所有主要成员相关信息；“签字和盖章页”中“依托单位公章”盖“课题申请人”所属依托单位公章，“合作单位公章”盖合作单位的法人单位公章。“项目申请书”和“课题申请书”应当通过各自的依托单位提交。本项目由化学科学部、工程与材料科学部和数理科学部联合提出，由化学科学部负责组织评审。