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1、重视四化技术提升精细化工企业本质安全:微型化、连续化、自动化、集成化姜毅康宁公司创新事业部副总裁、反应器技术有限公司董事长2023年5月25日 烟台高通量微型化装备安全要素微型化、连续化、自动化和系统集成化案例重视四化技术提升精细化工企业本质安全Part 01Part 02Part 03Part 04重视四化技术提升精细化工企业本质安全:微型化、连续化、自动化、集成化q单釜批次操作、传统多釜串联仍代表行业主要生产方式、体积驱动的产能结构体积驱动的产能结构是主流是主流Part 01Part 01:化工过程强化改变产能结构:化工过程强化改变产能结构使用微通道反应器、管道反应器等微型化装备和连续工艺
2、技术,提升危化品生产本质安全性危险化学品安全生产危险化学品安全生产“机械化换人、自动化减人、机械化换人、自动化减人、智能化无人智能化无人”(20232023年年3 3月山东省应急厅、工信厅联合发月山东省应急厅、工信厅联合发布)布):通过项目装置的模块化和预制化,最大程度降低项目建设和实施对项目现场环境现场环境和员工素质员工素质的依赖我们要大力推进我们要大力推进科技兴安科技兴安,要推广使用一些,要推广使用一些先进技术、先进技术、先进装备先进装备,一些,一些高危行业高危行业可以用可以用机械化来减人,自动化、机械化来减人,自动化、智能化来换人智能化来换人。再就是要强化企业的员工培训,。再就是要强化企
3、业的员工培训,提高员提高员工的素质工的素质,广泛地开展科普宣传和教育,提高全社会公,广泛地开展科普宣传和教育,提高全社会公众的安全意识和防范能力。众的安全意识和防范能力。Part 01Part 01:化工过程强化改变产能结构:化工过程强化改变产能结构本质安全过程强化是产能结构转变必由之路:本质安全过程强化是产能结构转变必由之路:由体积驱动的产能结构转向速度驱动的产能结构由体积驱动的产能结构转向速度驱动的产能结构q最大地降低“三传阻力”,让“唱主角”q强化工艺参数,提升单位体积单位体积反应转化速度,减小反应器体积反应器体积,实现速度驱动的产能结构速度驱动的产能结构q从微通道微通道、到管道管道、再
4、到釜式反应器釜式反应器,工艺强化度强化度降低、反应速度反应速度降低,反应体积反应体积也显著增加q从釜式反应器釜式反应器,到管道管道,再到微通道反应器微通道反应器,过程的本质安全度过程的本质安全度(ISDISD)大大提升)大大提升;过程的反应速度也是数量级的提升!过程的反应速度也是数量级的提升!1.74E-015.79E-023.47E-021.74E-037.23E-053.62E-052.41E-051.81E-0510000吨/年产能目标:反应时间、速度和反应体积(升)关系微通道反应器管道反应器搅拌釜反应器本质安全度 反应速度6s 18s 30s 10 min 4 hr 8 hr 12hr
5、 16hr时间体积Part 01Part 01:化工过程强化改变产能结构:化工过程强化改变产能结构HLHL重视四化技术提升精细化工企业本质安全:微型化、连续化、自动化、集成化高通量微型化装备安全要素高通量微型化装备安全要素微型化、连续化、自动化和系统集成化案例重视四化技术提升精细化工企业本质安全Part 01Part 02Part 03Part 04Part 02Part 02:超高体积转化速度超高比表面积高线速冲刷复杂热应力场和压应力场超短的响应时间(毫秒)超高体积转化速度:超高体积转化速度:两升体积、每小时转化两升体积、每小时转化1.251.25吨物料吨物料微通道流体模块和高通量模块化反应
6、器技术微通道流体模块和高通量模块化反应器技术q 流体模块科学流体模块科学Fluidic Modules:精准掌控反应流体和热交换介质在(微)通道空间以及模块层流体动力学,是决定微通道流体传质(混合),传热(换热)和停留时间分布(RTD)性能的关键q 模块化反应器科学模块化反应器科学:1.1.综合平衡反应、换热、热应力和梯度、2.爆破压力和响应、3.耐腐蚀性能和 4.本质更安全性系统设计q 材料科学和高质量制造材料科学和高质量制造:是微通道反应器性能和安全的保证。建议执行“压力容器压力容器”制造和材料性能考核材料性能考核相结合。Part 02Part 02:HX layerreactants A
7、,B(in)product C(out)HX oil(out)HX oil(in)HX layerReaction LayerHX area per unit volume:2500 m2/m3U(S/V)1 MW/m3.KFluidic Module:Operating Pressure:18 barsOperating Temperature:200 C SiC reaction plateMetal HX plateMetal HX platePart 02Part 02:超级耐腐蚀、超级导热,无静电 超低膨胀系数,耐冷热冲击 超级耐磨,结构稳定性测试温度,测试温度,220220C C氢
8、氟酸氢氟酸3030%氢氧化钠氢氧化钠碳化硅模块碳化硅模块C C,毫米毫米/年损耗,年损耗,220 220 C C 0.0068 0.0068毫米毫米(40%HF40%HF)0.00240.0024毫米毫米碳化硅模块碳化硅模块1 1,毫米毫米/年损耗,年损耗,220 220 C C2 2毫米(毫米(50%HF50%HF)0.0150.015毫米毫米碳化硅模块碳化硅模块2 2,毫米毫米/年损耗,年损耗,220 220 C C1010毫米(毫米(50%HF50%HF)0.0120.012毫米毫米哈氏合金哈氏合金 20002000,毫米毫米/年损耗,年损耗,52 52 C C0.48毫(20%HF)哈
9、氏合金哈氏合金 2222,毫米毫米/年损耗,年损耗,52 52 C C0.53毫(20%HF)哈氏合金哈氏合金 276276,毫米毫米/年损耗,年损耗,52 52 C C0.48毫(20%HF)哈氏合金哈氏合金 625625,毫米毫米/年损耗,年损耗,52 52 C C4.33毫(20%HF)q 微通道和反应性化学流体“高比表面、高线速度”连续冲刷场景对通道内表面提出超高的材料性能要求对通道内表面提出超高的材料性能要求q 金属/非金属复合集成设计确保微型装备具有超级耐冷热冲击和耐爆破冲击确保微型装备具有超级耐冷热冲击和耐爆破冲击试验1试验2试验3压力:18-20bar200C110C25C-1
10、0C康宁碳化硅超强耐冷热冲击能力重视四化技术提升精细化工企业本质安全:微型化、连续化、自动化、集成化高通量微型化装备安全要素微型化、连续化、自动化和系统集成化案例微型化、连续化、自动化和系统集成化案例重视四化技术提升精细化工企业本质安全Part 01Part 02Part 03Part 04采用连续流合成和连续流后处理技术机械化换人、自动化减人、智能化无人机械化换人、自动化减人、智能化无人:降低人为因素,包括项目建设和运营Part 03Part 03:减少70-80%减少90%减少50-70%原料药微通道连续生产与传统反应釜批操作生产比较原料药微通道连续生产与传统反应釜批操作生产比较工艺变更前
11、后对比工艺变更前后对比q75%75%降低溶剂q95%95%降低用水q52%52%减少碳排(转化率)q19%19%减少碳排(整体)90%90%降低占地50%50%降低固投75%75%缩短工期86%86%减少人工Courtesy of GSKGSK新加坡工厂原料药原料药-丙酸氟替卡松多步连续化改造丙酸氟替卡松多步连续化改造,获FDA、EDQM批准反应釜反应釜(500 (500 升升)微反应器体系微反应器体系(2 (2 升升)Part 03Part 03:农药中间体微通道连续生产与传统反应釜批操作生产比较农药中间体微通道连续生产与传统反应釜批操作生产比较工艺转化前后对比工艺转化前后对比Courtes
12、y of Weihua New Materials浙江巍华新材重氮化重氮化+水解水解工艺微通道全连续改造项目釜式批操作釜式批操作微通道微通道+管道全连续管道全连续6个3000L 重氮化釜 1台G5 微通道反应器3个6000L 水解釜1台G5 微通道反应器 2台管式道反应器重氮化8小时/批水解4小时/批重氮化5秒钟停留水解10分钟停留运行时间:2019.11至今投资回报时间:不到20个月收率显著提升运营成本:人员减人80%环保成本:固废减少75%Part 03Part 03:示意图农药中间体微通道全连续生产与传统反应釜批操作生产比较农药中间体微通道全连续生产与传统反应釜批操作生产比较工艺转化前后
13、对比工艺转化前后对比江苏某企业硝化硝化工艺微通道连续化改造项目Courtesy of customer原硝化装置由3台10立方的搅拌釜组成,改造后的微通道全连续装置由2台G5反应器并行安装,占地只有70平米Part 03Part 03:示意图精细化工微通道全连续生产与传统反应釜批操作生产比较精细化工微通道全连续生产与传统反应釜批操作生产比较工艺转化前后对比工艺转化前后对比吉林某企业磺化磺化+硝化硝化工艺微通道连续化改造项目间歇釜式工艺间歇釜式工艺G5G5微通道微通道+管道全连续工艺管道全连续工艺16台5000升反应器3台 G5 微通道反应器反应器体积:80立方 反应器体积:80升占地120平米
14、Courtesy of customerPart 03Part 03:示意图重视四化技术提升精细化工企业本质安全:微型化、连续化、自动化、集成化高通量微型化装备安全要素微型化、连续化、自动化和系统集成化案例重视四化技术提升精细化工企业本质安全重视四化技术提升精细化工企业本质安全Part 01Part 02Part 03Part 04新旧动能转换新旧动能转换、实现本质更安全的、实现本质更安全的速度驱动型产能结构速度驱动型产能结构q 继续明确政策导向,继续明确政策导向,落实具体鼓励和奖励措施落实具体鼓励和奖励措施,加速企业应用四化技术积极性、提升企业本质安全水平,加速企业应用四化技术积极性、提升企业本质安全水平Part 04Part 04: