微化工技術給現有化工技術和設備制造帶來驚喜

化學工業中的許多反應過程屬強放熱反應過程，普遍存在著爆炸的危險，對人類生命和自然環境等危害極大。我國化學工業由于技術和裝備落后，特別是在設備放大和過程調控方面存在許多問題，化工生產的安全性較差。如近期發生的吉林石化分公司雙苯廠'11·13'爆炸及其所引發的松花江重大水污染就是一起沉痛的悲劇事件。而采用微反應技術實現反應過程強化與微型化，可大大提高過程效率和安全性，將化工生產的危害降到最小。

微化工技術是一個多學科交叉的現代化工學科前沿，目前的微化工設備主要包括微混合器、微換熱器和微反應器等，由于設備特征尺度的微細化，與傳統化工設備相比，微化工設備具有高傳遞速率、易于直接放大、設備安全性高、易于控制、適應面廣等優點，可實現過程連續和高度集成、分散與柔性生產。由于微反應技術具有強的傳熱和傳質能力，可大幅度提高反應過程中的資源和能量的利用效率，減小過程系統的體積或提高單位體積的生產能力，實現化工過程強化、微型化和綠色化。

微化工技術引起世界關注

20世紀90年代初，微反應器首次面世，就迅速引起發達國家的研究機構和大公司的濃厚興趣和廣泛關注。目前主要研究單位有麻省理工學院、德國美茵茲微技術研究所、巴斯夫和杜邦公司等。

杜邦公司的中心研究室于1993年利用微電子加工技術制造了首個芯片反應器，用于生產甲基異氰酸甲酯和氰氫酸等有毒物質，預計該微反應器可年產18噸MIC。德國政府也通過一系列計劃的制訂在加速推進微反應技術的實用化進程。日本政府在2000年制定的國家產業技術戰略中已把微反應器技術列為新的化工技術之一優先加以資助，同時成立國家級的研究中心。美國則更多的關注于微反應技術在傳統化學工業和石油化學工業以及國家安全領域的應用，如微能源和微動力系統、微型化學激光器、星載化工廠等。目前，德國的多家從事微化工技術研究和開發的單位紛紛來中國推廣該技術，其目的是瞄準并搶占中國巨大的潛在市場。

有待產業界介入

上世紀90年代以來，中國科學院大連化學物理研究所相繼開展了微型儀器以及芯片實驗室的研究，并于2000年率先在國內開展微化工技術的研究，籌資500多萬元組建了微加工技術平臺。目前一些高校也積極開展相關研究，如華南理工大學。經過多年努力，我國微化工相關各學科都已取得可喜成績。大連化物所研制成功了20W~5000W質子交換膜燃料電池用的微型氫源系統，集成了甲醇氧化重整、CO選擇氧化、氫氣催化燃燒、原料汽化、微換熱等過程，目前正集中力量開展微反應器內的精細化學品合成過程，如芳烴硝化、直接氟化、氯化、硝化、重氮化、加氫、氧化等以及乙醇催化脫水制乙烯過程，納米粒子合成等課題的研究。同時開展了微通道反應器的設計、制造與封裝，微通道內催化劑工程設計以及微尺度系統內的流動、傳遞現象、反應規律以及系統放大與集成規律等應用基礎的研究。

由于微化工技術的研究初期主要在高校和科研機構的實驗室研究，產業界雖有關注但介入不多，因此對微化工系統的放大和集成技術的研究機會少，大大減緩了微反應技術的實用化進程。經過10多年的研發與宣傳推廣工作，目前微化工技術已處于應用前夜。國內開展微化工技術的研究時間短，若能在研究初期就與產業界合作，可以加速微化工技術的產業化進程，在過程放大和系統集成方面積累經驗，形成具有自主知識產權的專利技術。

將在多領域應用

預計未來5~15年，微化工技術將會在高效傳熱傳質設備、精細高值化學品、基于微反應技術的新過程、危險品就地生產和分散資源就地轉化以及國家安全所涉及的化學化工系統等領域得到廣泛應用。

21世紀的化學工業，面臨著前所未有的機遇和挑戰。微化工技術的成功開發與應用將會改變現有化工設備的性能、體積、能耗和物耗，并會極大地拓寬它的應用面，將是現有化工技術和設備制造的一項重大突破，也將會對整個化學化工領域產生重大影響。圖為北京化工大學開發的利用廢棄油脂生產生物柴油的裝置。