综述国内化工过程装备技术法发展与展望

邵珠群

（青岛科技大学，山东 青岛 266061）

随着国民经济的快速发展，石油化工产业也随之兴旺起来。现代的化工行业中，化工过程装备是整个生产链条中必不可少的一环。与工艺、自控并称现代化工生产的三大核心技术，可以说化工过程装备是一个国家化工行业是否发达的重要决定因素和评价标准。化工过程装备主要有以下几种类型：以热力学定理与流体力学的相关理论为依据的热力流体过程装备。以加工固体或者粉末为主要设计目的的相关过程设备，如：粉碎设备、传授设备等。以燃烧以及热传递为主要功能的传热过程装备。热力流体和机械过程装备通常可以称为过程机器，是通用机械的一种。此外，传热以及化学过程装备在研发的过程中需要参考不同的设计工艺，可以称为压力容器。近年来，随着我国石油化工行业的飞速发展，化工过程装备的相关技术也随之获得了突飞猛进的发展。但是我们应该认识到，与国外的先进水平相比，国内的化工过程设备还有很大的一段路要走，需要我们加紧这方面的研究工作。

1 过程机器方面

当前国内的压缩机研究发展取得了丰硕的成果，初步形成了功能不同的几十个系列以及上百种的相关产品。在百万吨级的加氢装置以及万吨级的化肥生产中进行了广泛的应用。此外，我国已经在比较高端技术的离心式和轴流式压缩机领域的研发也取得了相当高的成就，有能力自行研制和制造化肥四大压缩机组、乙烯三大压缩机组等设备，并且产品质量已经接近估计领先水平，甚至有部分产品已经超过国外同类产品。当前国内化工过程机器主要问题在于部分技术含量高、参数精密的尖端机器无法自行研制和生产。

2 压力容器方面

在压力容器发明，比较有代表性的是高压以及超高压容器技术。随着各种类型的高强抗氢钢的研发与制造技术的兴起，给压力容器的发展带来了革命性的进展，大型热壁技术已经逐渐取代了传统的冷壁技术。当前全球范围内的高压加氢反应器中，最大的有大约六米的内径，而厚度也达到了0.48米，自重高达1438吨。该高压加氢反应器是目前的世界之最，采用长度为5m，重200T的3Cr-1Mo-1/4V钢锻焊而成。国内在这方面的研发也已经逐渐接近世界先进水平，可以自主设计、制造的大型加氢反应器，5米内径，厚度为0.3米，自重1200T，可以广泛用于大型炼油装置的使用。国内的煤液化加氢反应器的研制进度正在加快，内径可达550厘米，厚度为34厘米，自重2040吨，研制成功之后将会是世界上现有的加氢反应器中，重量最大的。国内当前可以自主研发年产量达三万吨的超高压反应器和冷却器，但是采用的工艺仍是相对比较落后的深孔钻法，存在着效率不高、材料消耗大的缺点，而国外技术比较先进采用冷旋轧制高压管材，材料消耗少且更加高效。

3 用高新技术提升过程装备技术的展望在化工过程装备的研发中，引进新的高、精、尖技术已经成为不可阻挡的发展潮流，是大势所趋，主要表现在以下几个方面。

3.1 计算机和信息技术的应用

随着计算机技术以及以其为核心的信息技术的快速发展，计算机技术已经广泛用于分析压力容器失效以及对其安全进行评定、诊断排除化工过程机器的故障。除此之外，以计算机为核心的信息技术还在计算与模拟过程设备中复杂的反应过程中被广泛的使用，从而满足过程设备优化设计结构的需要。此外，计算机辅助设计通过对过程装备的应力应变场、温度场、流场等环境进行即时演算，能够生动的进行模拟，为过程装备的设计与制造提供直接的依据。将计算机X射线断层扫描技术辅之以人工智能技术，可以实现过程设备内部的多相流时空变化过程的实时反映，可以对过程设备中存在问题以及缺陷进行准确的检测，为延长其使用寿命做出帮助。在过程设备中整合具有不同功能与作用的其他设备，从而实现原有设备功能的扩展，形成一个高度集成化、功能多样化以及智能化的综合系统，从而实现过程装备的效率最大化。

3.2 新材料的应用

在压力容器的材料选用方面，应该尽量选择耐腐蚀、高强度以及高韧性的新型材料，除此之外，更应该重视具有特殊功能的新型材料的研发。例如，气体膜分离器，采用的是新型的材料制成的一层薄膜，可以将氧气从空气中直接滤出，或者用于混合气体中某一气体的分离，从废气之中实现二氧化碳的回收，达到减少温室气体排放的目标，因而使用前景十分的广阔。在海水淡化领域中，采用新型的反渗透膜并和多效闪蒸技术相结合，可以极大的降低海水淡化的成本，提高淡化的效率。在污水处理行业，采用新型的生物膜材料可以实现对污水的过滤净化，经过处理的污水可以达到再利用的标准。还有一种新型的高分子材料做成的复合膜，可以将乙烯从混合气体中过滤出来，从而实现回收利用，回收率十分的理想，并且工艺流程简单，成本低廉，节能环保。

3.3 过程强化

化工过程装备内部都是流体流动、传热、传质及反应过程或它们的耦合,因此过程强化始终是过程装备技术重点发展的一个主导方向。过程强化的含义是多样化的,有提高效率,有强化负荷,有节能降耗等等。其方法也是多种的,主要包括:过程复合,即在一个新设备内同时完成几个传统单元设备的功能。已开发成功的有反应与蒸馏的复合,采用带有催化剂包的新型塔盘等。又如膜反应器,可使反应与产物分离同时进行,打破了原来反应器内热力学平衡的限制等。外场效应的强化。如采用旋转式填料器,依靠超重力强化传质反应过程,可获得超细粉体等。如采用外加电场,可使喷雾的雾滴最小粒径达到4~5微米,甚至纳米级。如磁场与超声波组合,可高效脱除水中的BOD、COD 等。微型化技术。采用微蚀刻技术,可制造出通道特征尺寸小于几百微米的微型模块,单通道液体流量为1微升~10毫升/分钟,它的面积体积比高达1~10万平方米/立方米,采用几十万个并行通道组成一台微换热器,在1立方米/小时体积流量下,可达200kW 高功率,相当于水的传热系数为传统换热器的6~12倍,气相传热系数为传统的20倍。一台溴化锂微型制冷器的制冷强度高达10~15kW/(m2.K),其体积只有传统制冷器的1/60。一个汽车用压缩蒸汽微型重整反应器,体积只有4升,但可使异辛烷转化率达90%,供50千瓦燃料电池用。

4 结语

化工过程装备的范围很广泛，它的进步与发展对于整个化工行业来说是必不可少的条件。过程装备的更新换代可以催生出新的化学工艺，为其诞生打下坚实的基础，有利于长时间高效稳定运行，保持化工生产过程的连续不中断，此外，新的化工过程装备往往都能在很大程度上节能减排，有力于环境保护，因此，过程装备的发展创新对于整个化工行业来说是必不可少的。过程装备是实现化工生产的物质载体,又往往滞后于工艺的发展,有时还成为生产发展中的瓶颈,所以必须给予应有的重视。必须遵循化工过程装备发展的内在规律,重视有关化学工程与装备的基础性研究,重视用高新技术来改造传统单元过程的开拓性工作,才能实现过程装备的跨越式发展,实现核心或共性技术的自主创新。

[1]来诚锋,段滋华.过程装备技术的展望[J].中国化工装备,2008,(01).

[2]朱献镭.过程装备技术的新进展[J].轻工机械,2005,(03).

[3]伍广.过程装备技术的发展[J].淮南师范学院学报,2004,(03).