化學工業是關系到國計民生的重要支柱產業，也是原料、材料和能源生產的主要行業。我國化學工業主營業務收入2010年就已超過美國，躍居世界第一。2014年主營收入8.8萬億元，同比增長8.2%，占全國GDP總值20%。中國化學工業雖然是生產大國，但仍不是強國，且近來化工事故高發，能耗高、污染重、資源浪費、效率低等問題仍在困擾著不少化工企業。

近幾年，一種可以讓化學反應時間從幾小時到幾十小時縮短到幾分鐘甚至幾十秒，同時解決強腐蝕、易爆、高能耗、高溶劑消耗和高污染、高排放等諸多難題的技術，在國內開始升溫，并有望開啟高效精細合成的新時代，改寫化工生產事故高發的現狀。這種技術就是微化工技術。

我國是世界橡膠助劑生產大國，橡膠助劑是一類精細化工產品，其中橡膠促進劑生產幾乎均是采用傳統間歇生產工藝，通過擴大反應釜的體積提高生產能力，其中必須采用的氧化工藝也由于氧氣氧化會帶來爆炸等不安全后果，多數采用傳統次氯酸鈉等氧化劑進行。微化工技術在橡膠促進劑生產中的應用可大大提高生產效率，杜絕不安全因素，是橡膠助劑行業“十三五”的期待。

一、什么是微化工技術

1.微化工特點

微化工技術是上世紀90年代初興起的前沿技術。該技術能促進過程強化和化工系統小型化，提高能源、資源利用效率，達到節能降耗的目的，改善過程的安全性。該技術被認為是21世紀化工產業的革命性技術，微化工技術的成功開發與應用將對化學化工領域產生重大影響。

與傳統的間歇式反應釜生產工藝完全不同，微化工技術是在微米級的通道式反應器內進行撞擊流化學反應。由于反應器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應完全，而從可以解決傳統工藝反應不徹底及易爆等技術難題。

微化工工藝特征

2. 微化工技術主要研究熱點

微化工技術的核心是微通道反應器。與傳統化工工藝相比，微化工技術最重要的是研究開發適合于微反應系統的反應器和快速反應工藝條件。

目前，微化工技術的研究工作主要集中在以下三方面：一是傳統化工技術的更新換代，主要集中在石油化工、醫藥、農藥、染料、火（炸）藥等領域，主要包括磺化、硝化、直接氟化、氧化、過氧化、酰胺化、重氮化等各類強放熱和易燃易爆的氣—液和液—液反應過程。二是國家安全領域的研究工作，主要涉及化學激光器微型化、核燃料高效處理、特種材料的安全生產等。三是納米材料合成等領域，特別是可以將精細化工、醫藥化工等間歇式、效率較低的合成工藝，將其變為像石油化工那樣的可控連續工藝，讓反應從幾小時縮短到幾十秒。

傳統技術量產示意圖

微化工技術量產示意圖

二、國外研究率先起步

上世紀90年代初，微化工技術研究在國外開始起步。美國、德國、英國、法國、日本等發達國家的重要研究機構、高校、化工公司相繼開展了微化學工程與技術的研究。

1997年，德國拜耳公司開發成功微米級高硼硅玻璃微通道反應器，用于偶氮偶合反應。2002~2003 年，美國康寧公司研發了Advanced-Flow微反應器。目前，康寧、拜耳、巴斯夫、瑞士龍沙等公司已經相繼成立了專門負責微化工技術的部門，研發并推廣其微化工設備產品。最近十多年來，世界微化工技術已處于廣泛應用的前夜。

美國康寧公司的康寧反應器與連續結晶和連續過濾的裝置配套，反應可達到100%轉化率。該工藝實現了包括連續結晶和連續過濾集成在內的整個連續化生產過程，可為制藥、精細化工和特種化工行業提供連續合成和下游分離的整體方案，有助于生產企業降低成本。而且，該連續流合成生產系統的小試結果很容易放大到千噸級工業化生產裝置規模。

目前，康寧的微通道反應器已經完成了從G1（每年80噸通量）工藝開發到G3（每年1000噸通量）、G4（每年2000噸通量）的工業化示范進程。康寧特種碳化硅（SiC）陶瓷反應器具有強耐腐蝕性能，能夠處理多種化學品體系，如氟化工和高溫強堿體系。康寧開發的特種玻璃反應器具備透明可視性，便于觀察反應現象，提高工藝的開發效率。目前國內已有數十臺康寧微通道反應器，用于科研或定制化學品的連續化生產。2014年初，康寧又在南京成功實現了千噸級精細化學品的連續生產，裝置開車一次性成功，產品收率高達99.8%，創世界最好水平。

德國拜耳公司在微化工技術開發方面也早有建樹。2010年，拜耳和羅地亞合作在拜耳位于上海化學工業區的微反應器技術應用中心設計建造了創新的工藝裝置，重點研究微反應器技術在精細有機合成和納米材料制備等方面的應用。同年11月，北京中國醫學科學院藥物研究所向拜耳購買了一套模塊化微反應器，用于化學藥物的有機合成研究，目前這套設備已順利投入使用。2011年4月，位于福建廈門的合眾思創生物工程有限公司也與拜耳簽約購買一套模塊化微反應器，用于納米材料的生產。當年，德國拜耳技術工程（上海）有限公司與羅地亞（中國）投資有限公司簽訂協議，向羅地亞在上海的亞太研發中心提供模塊化微反應器系統。

三、我國微化工技術躋身世界前列

我國在微化工技術產業化上已小有成就，可以說該技術發展基本與國際同步。

2001年5月，中科院大連化學物理研究所率先在中國成立了微化工技術研究組。2009年6月，他們開發的用于磷酸二氫銨生產的微化工技術在中國石化催化劑長嶺分公司年產能8萬~10萬噸裝置上，獲得工業化穩定應用，微反應器、微混合器和微換熱器體積均小于6升。該項目已經通過了遼寧省及中科院組織的技術鑒定，被專家認定為達到國際領先水平，標志著我國微化工技術應用實現了重大突破。2011年9月，中科院大連化物所與勝利油田中勝環保有限公司合作開發的百噸級、千噸級用于石油磺酸鹽生產的微反應技術實現工業應用。目前，大連化物所微化工技術研究組正與國內多家企業合作，開展微反應技術在硝化、磺化、酰胺化、重氮化、氧化、過氧化、氟化、氯化等化工過程中的應用研究，旨在擴大微化工技術的應用范圍，推進微化工技術在其他化工過程的應用。

2005年清華大學成功開發了膜分散微結構反應器制備單分散納米碳酸鈣的工業裝置。其化學工程聯合國家重點實驗室借鑒膜乳化技術，按照多個微通道串并聯原理，設計了膜分散式微結構混合器。該反應器具有混合尺度易于控制、結構簡潔、高效、能耗低和處理量大的特點。如以孔徑5微米的不銹鋼燒結膜為分散介質，在很大相比范圍內的相分離可在30 秒內完成，單級萃取效率達95%以上。同年，清華大學與山東盛大集團簽訂技術合作協議，現已建成年產1萬噸的微反應生產裝置。

2012年 12月15日，世界規模最大的15萬噸/年濕法磷酸凈化（PPA）裝置在甕福集團達州基地建成并一次投料成功，產出合格產品，填補了中國磷化工行業微化工技術的空白。PPA裝置核心技術采用的是甕福集團與清華大學聯合科技攻關、全球首創的微反應器磷酸凈化萃取技術。

2014年，清華大學與江蘇安邦電化有限公司開發的“氯丙烯氯醇化微反應系統及方法”和“微反應器中用二氯丙醇環化制備環氧氯丙烷的方法”兩項發明專利獲得國家知識產權局授權。

2013年10月，西安萬德能源化學股份有限公司采用自主研發的微反應技術生產的十六烷值改進劑硝酸異辛酯，年產能1萬噸，產量居全國首位。2014年6月28日，西安萬德能源化學股份有限公司在山東淄博高新區舉行10萬噸/年硝酸異辛酯（EHN）裝置一期工程（4萬噸/年）投產儀式，這是全球第一套采用萬德能源公司自主知識產權專利技術—微通道硝化反應技術生產十六烷值改進劑硝酸異辛酯的大型裝置。該項目一期工程投產后，萬德能源化學股份有限公司硝酸異辛酯總產能達到5萬噸/年，成為全球第二大柴油十六烷值改進劑生產商。

近幾年，一大批技術引領型企業通過引進技術消化吸收，應用微通道反應器技術實現了工藝技術的全面升級；中石化南化集團研究院在2011年應用美國康寧公司高通量—微通道連續流反應器（Advanced-Flow Reactors，AFR）成功開發了氯苯硝化新工藝，此后又在特種橡膠助劑工藝開發上取得進展。北京樂威醫藥集團在其泰州生產基地成功開發了年產30噸醫藥中間體的GMP生產工藝，在整個過程中做到無“三廢”排放。山東一家精細化工企業采用年通量1000噸AFR反應器后，從間歇生產改為連續自動化生產，同時解決了環境污染問題。

常州大學與康寧公司合作，2011年建立了聯合實驗室，開發的微通道連續流反應器目前已進行多項精細化工產品的合成，有望實現量產。

近年，華東理工大學、南京工業大學也成立了微化工技術研究團隊，南工大還與橡膠助劑企業合作，以期改變目前我國橡膠促進劑生產基本采用間歇式工藝的狀況，項目開發成功將給橡膠助劑行業綠色、安全、高效生產帶來巨大的經濟效益和社會效益。

四、我國微化工技術的發展前景

沒有強大的制造業，就沒有國家和民族的強盛。打造具有國際競爭力的制造業，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建設世界強國的必由之路。2015年5月18日，國務院正式發布了《中國制造2025》規劃，是我國實施制造強國戰略第一個十年行動綱領。德國工業4.0是全球第4次工業革命的產物，其核心也是精益制造、智能工廠，對提高生產的效率和安全性、產品的質量及其穩定性具有重要意義。

問世僅20余年的微化工技術，以它獨有的魅力讓我們對未來的化工生產充滿遐想。利用可直接放大、安全性高效、反應過程易控的技術，改變化學工業某些環節、某種反應污染重、能耗高和安全性差的形象，讓化工生產過程的強化、微型化和綠色化，大幅提高化工生產的資源和能源利用效率，是完全可能實現的。

我國是定制化學品的研發、生產大國。微化工技術的光明前景已引起我國大專院校、研究機構和相關企業的高度重視，但從點燃星星之火到燎原，還需科技界和企業界不斷努力。

“十三五”期間，我們需加強力量攻克微反應技術難點，首先要加強微反應系統的結構優化設計和先進制造技術、系統智能控制技術以及微反應器防腐防堵塞技術等。

其次，要加強傳統化工技術的更新換代（包括傳統反應設備難以實現的新的反應過程開發），關注磺化、硝化、氯化、氧化、過氧化、酰胺化、重排反應，重點針對典型強放熱和易燃易爆的氣—液、液—液反應過程，以及納米材料可控制備等開展工業化研究。

再次，要重點針對精細化工、醫藥領域開展應用示范研究，以期在精細化工、橡膠助劑和納米材料以及基于微反應技術的新過程等領域獲得進一步突破。

要完成上述任務，必須加強微化學工程與技術的基礎與應用基礎研究，解決微化學工程與技術領域的關鍵共性科學問題，這樣才能為我國化工制造業的大力提升作出重要貢獻！