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系列高效高通量高操作弹性复合塔板技术
化工能耗约占全国工业能耗的23%，作为应用最广的化工分离过程，蒸馏占化工能耗50%以上 ，因此蒸馏过程节能减排潜力巨大。现有蒸馏过程节能减排，老装置需要扩量提质降耗，新建装置需要高效塔器大型化，这都要求蒸馏设备高效高通量；另外由于原料和市场波动、产品多样化，新老装置都需要产能灵活调节，这又要求蒸馏设备高弹性，因此高效高通量高弹性的蒸馏设备成为蒸馏过程节能减排的瓶颈。课题组历经十多年的理论研究与实践，提出塔板和填料高效耦合模式、纳微尺度气液表面更新传质模型、气液相界面传质调控强化方法 3个创新理论；并在其指导下，针对老塔改造和新建塔器的不同需求，全塔统筹优化，塔板和规整填料耦合，研发了系列复合塔板及其配套塔内件，使气液传质由毫米尺度提升到纳微尺度，传质面积、时间和更新速率提高2-3个数量级，实现复合塔板高效高通量高弹性和大型化。一、NS倾斜长条立体复合塔板技术1、简介基于界面更新调控理论，采用梯形垂直长条帽罩与三维规整填料耦合，通过强化并流传质、延长气液接触时间、降低流动阻力、消除雾沫夹带等措施，研发了国内外首例超大通量、高效率、高操作弹性的NS倾斜长条立体复合塔板。2、操作特性与F1浮阀塔板相比：阀孔动能因子F0上限高达34（国内外常用塔板F0上限≤15）开孔率ψ高达40%（国内外≤15%）空塔动能因子F大于7（F=F0*ψ）提高处理能力≥2倍（国内外塔板提高≤70%）；降液管设计最低停留时间由5秒降低到1秒；降低塔板压降≥35%；最佳操作区提高塔板效率≥30%；操作范围扩大到40%~200% 或 操作弹性≥4倍（国内外常用塔板操作范围80%~120%）；抗堵性强、消泡性好，适应物系广；解决了塔器大型化的结构强度难题；应用表明现有装置仅更换塔板，即可实现处理量翻番，缩短工期、节省投资≥80%    提高处理能力≥2倍的同时提高板效率≥30%的溢流塔板，这在国内外尚属首例。3.应用范围广泛应用于石油化工、石油炼制、煤化工、制药、化肥、轻工等行业的蒸馏、吸收、解吸等均相分离过程的溢流塔器。NS倾斜长条立体复合塔板的应用主要集中在两个方面：（1）旧塔扩量节能改造：在产能翻番节能改造和几套并联装置合并改造中，采用此项技术，可在原设备外壳降液管和支撑圈不动的情况下，仅更换塔内件，即可设计产量提高70%~200%，正常操作范围为设计量的40%~200%，并且提高产品质量、降低能耗，因此投资仅为用传统设备1/3~1/5，并可大幅度缩短施工工期。（2）新塔器设计：同等处理能力，采用此项技术可缩小塔截面积50%以上或减少并联套数50%以上，减少设备投资1/2~2/3，并可提高产品质量、降低能耗。4.典型工业应用茂名石化公司环氧乙烷精制馏塔仅更换塔板，冷凝器和再沸器未变，再沸器位置下移2.5米，投资193万元。设计处理量由2.25t/h提高到5.6t/h、操作下限2.25 t/h，操作上限11.3 t/h。现在产量由2.25t/h逐步提到13t/h、最高17t/h；产品质量由不合格变为国优品，年增利税1.5亿元以上、节能2600万元以上。二、NS高效穿流复合塔板技术1、简介基于相界面积调控，采用H型双层复合穿流复合筛板与规整填料耦合，通过三区空间强化气液界面更新、高开孔率复合降低压降、槽型区分块等措施，研制的国内外首例适合于塔器大型化的全混级、高效率、低压降、高通量、高操作弹性的NS穿流立体复合塔板。·2、操作特性与F1浮阀塔板相比：·空塔动能因子F上限高达2.8（常用穿流塔板F 上限≤1.5）；·当量孔径25mm,单板开孔率高达50%左右；·最佳操作区塔板点效率≥95%，提高效率30%以上；·操作范围扩大到50%~200%（常用穿流板操作范围80%~120%）；·正常操作压降仅为100Pa左右（普通塔板＞600Pa），F高达2.8时，压降＜1KPa，适用于减压、常压和加压工况；·板面通过H型结构和加隔板构建槽型区，消除了放大效应、，解决了塔器大型化的结构和安装难题（不用另加支撑梁，对安装水平度要求大大降低）；·在该普适性塔板基础上建立基于点效率的非平衡级模型，解决了塔器理论计算难题，为蒸馏学科理论化研究提供了依据。3.应用范围广泛应用于石油化工、石油炼制、煤化工、制药、化肥、轻工等行业的蒸馏、吸收、解吸等均相分离过程的穿流塔器。NS高效穿流复合塔板的应用主要集中在两个方面：（1）新建塔器设计：塔器大型化设计简单，直径16米以下的超大型塔器不需要外加桁架支撑；同时同等处理能力，采用此项技术可缩小塔截面积50%，减少设备投资1/3~2/3，并可提高产品质量、降低能耗。（2）旧塔扩量节能改造：在扩量改造和挖潜节能改造中，采用此项技术，可在原设备外壳降液管和支撑圈不动的情况下，仅更换塔内件，即可设计产量提高50%~100%，正常操作范围为设计量的50%~150%，并且提高产品质量、降低能耗30%以上，因此投资仅为用传统设备1/3~1/5，并可大幅度缩短施工工期。4.典型工业应用玉皇化工MTBE共沸塔由于塔上部改为反应精馏段，原60层塔板仅剩下17层塔板，还要求扩量改造，并保证产品质量。通过将微型浮阀塔板更换为NS穿流立体复合塔板，塔底再沸器未变，板 间 距 由600减少为300，塔板数由60层减少到28层，回流比降低1.8倍，产量提高了2.5倍，产品质量达到设计要求，节能50%以上。三、NS导向提馏专用塔板技术1、简介基于相界面调控，针对提馏段大液量、小气量，易堵塞和不同于精馏段的分离要求，采用梯形固阀和导向斜孔组合，通过低开孔高气速多点注汽、强化气液撞击分散和气体导流、增大所含轻组分逸出机率等措施，研制的国内外首例和目前唯一的高效率、低压降、高通量、高操作弹性的NS导向提馏专用塔板。能够有效降低塔底残液中轻组分含量，减少蒸汽或再沸汽用量，降低能耗，从而解决了板式塔或填料塔提馏段效率低的难题。·2、操作特性与F1浮阀塔板相比：·阀孔动能因子F0上限高达40（常用穿流塔板F0 上限≤1.5）；·塔板压降降低约13%-50%，·基本没有泄露，无雾沫夹带；·在提馏段气速范围内塔板效率比F1  浮阀塔提高30%以上，比导向梯形浮阀提高16%以上；·操作范围扩大到50%~200% ；·结构简单、抗堵塞；3.应用范围广泛应用于化工，石油化工，制药和炼油等行业的蒸馏塔提馏（汽提）段和汽提塔，尤其适合于旧塔器的节能挖潜改造，代替提馏（汽提）段的精馏塔板和填料，达到提高生产能力和目标产品收率，降低能耗的目的。4.典型工业应用NS导向提馏塔板是国内外开发的首例新型高效的提馏（汽提）段专用塔板，由于在小气量下具有较强的导向推液作用和强化气液接触作用，使得这一塔板能够有效降低塔底残液中轻组分含量，减少蒸汽或再沸汽用量，降低能耗，从而解决了板式塔或填料塔提馏段效率低的难题。利津石油化工厂30万吨/年常压塔的塔径只有1.2米，闪蒸效果较差，加之提馏段采用条阀精馏塔板作为提馏塔板，致使常底渣油360℃前馏分含量高达7.8%，这样既降低了柴油收率，又增加了减压炉和减压塔的负荷，增大了减压塔的压降，降低了减压蜡油收率。1999年4月，利津石油化工厂利用停工检修之际对常压塔提馏段进行了更换塔板改造，使用了NS导向提馏塔板。改造后装置开车一次成功，并很快调解自如，常压塔操作平稳，柴油收率由17.84%提高到22.21%以上(由于改造前后生产不同型号的柴油，改造后少部分重柴进入轻柴油中,实际收率偏高于理论收率），减压装置部分负荷降低，常减压总收率由55.07%提高56.64%,效果显著。NS导向提馏塔板的在胜华炼油厂、利津石油化工厂、东营石油化工厂、滨化集团炼油厂、中石化济南炼油厂、扬州石化厂、中油秦皇岛沥青厂等十八家炼油厂的常压塔进行了工业示范或应用。在常压塔底注汽小于1%的情况下，常底360℃以前馏分含量小于3%，轻柴油总收率提高了3%以上。在中油秦皇岛沥青厂、济南军区黄河口基地化工厂等多家减压塔上应用，渣油闪点提高了30℃或软化点提高5～9℃。
NS高效长寿命水煤浆气化喷嘴技术
NS高效长寿命水煤浆气化喷嘴是基于沫状两相流的不稳震荡雾化机理，采用气液内混式、单通道、外扩张、水冷夹套、合金钢与高温陶瓷材料复合结构。NS高效长寿命水煤浆气化喷嘴优势：喷嘴使用寿命大幅度延长，保证一年。采用扩张喷口，刮刷破坏性差磨损小，避免了破坏性强的冲刷磨损；采用合金钢与高温陶瓷复合材质，其耐磨性比所用合金钢提高十倍以上；只需冷却外壁，水煤浆摩擦面整体低温，相比现有喷嘴强度提高；外夹套冷却，换热效果好，不易损坏。气化效果好，碳转化率高，节煤、降低灰渣量。喷嘴雾化机理合理清晰，结构无缺陷，天然优势；喷嘴液滴形成、细化均化、震荡雾化和部分喷射雾化在喷嘴内部进行，部分喷射雾化、汽爆雾化和雾炬在高温辐射区形成，有利于气化反应的进行；高温辐射区雾炬形成区短，雾化粒度细而均匀，气化反应快提高碳转化率。NS高效长寿命水煤浆气化喷嘴对比：项目三通道外混式水煤浆气化喷嘴NS高效长寿命水煤浆气化喷嘴结构外混式、三通道、内缩口、外环管冷却内混式、单通道、外扩张、水冷夹套冷却、合金钢与高温陶瓷复合材质雾化机理1、整个喷嘴雾矩的形成过程均在高温辐射区；2、内辐射区交错喷射，缩短了喷射液柱区，高速剪切形成液滴，部分外围小液滴汽爆细化同时致冷，甚至发生气化反应；3、喷射液滴高速进一步挤压和拉曳破碎，液体微粒按韦伯准数破碎原则再次分裂均化，同时外围液粒汽爆细化致冷，外围液粒发生气化反应；4、雾化液粒汽爆细化，形成雾矩，发生气化反应；5、雾化三个阶段交错，粒度分布宽，不利于缩短反应时间，转化率低或有效成份含量低。1、喷嘴液滴形成、细化均化、震荡雾化和部分喷射雾化均在喷嘴内，部分喷射雾化、汽爆雾化和雾矩在高温辐射区内；2、内部水浆和氧气低速混合形成沫状流（液滴形成,关键阶段）；3、一定长度的喷口进一步细化均化，扩张段前端氧气降压突扩，不稳震荡雾化细化（控制阶段）；4、扩张段后端喷射液粒高速进一步挤压和拉曳破碎，液粒按韦伯准数破碎原则再次分裂均化（瓶颈）；5、高温辐射区进一步喷射雾化（韦伯准数破碎原则），同时外围液粒汽爆细化并发生气化反应；6、高温辐射区雾化液粒汽爆细化，形成雾矩，发生气化反应；7、雾化三个阶段分割较清晰，雾化粒度细而均匀，有利于缩短反应时间，转化率高。气化效果雾矩形成区过长，部分液滴喷射雾化不完全就开始发生气化反应，所以雾化粒度分布宽，火炬长，要求气化炉高度足够长，才能完全反应。高温辐射区雾矩形成区短，雾化粒度细而均匀，反应快火炬短，提高反应转化率、节煤、降低灰渣量。寿命分析1、收缩喷口冲刷磨损严重（速度过低不利于雾化，速度过高磨损大；给定喷嘴收缩口经过一定时间磨损，喷口变大，速度降低，雾化效果变差，转化率降低，定位损坏）；2、高温辐射，喷口材料高温强度降低，磨损加剧，寿命缩短（结构决定无法使用陶瓷材料）；3、外环管冷却，只冷却外壁并且冷却效果差；中间和中心管壁无法冷却，磨损大，但又是影响雾化效果最关键的地方；5、雾化机理不合理造成结构缺陷，先天不足；6、进口喷嘴寿命3个月左右，国产喷嘴寿命45-60天。1、扩张喷口刮刷，破坏性差，磨损小；2、采用合金钢与高温陶瓷复合材质，耐磨性比所用合金钢提高10倍以上；3、只需冷却外壁，煤浆摩擦面整体低温，相比现有喷嘴强度提高；4、外夹套冷却，换热效果好，不易损坏；5、雾化机理合理清晰，结构无缺陷，天然优势；6、喷嘴寿命一年以上。NS高效长寿命水煤浆气化喷嘴应用范围：广泛应用于水煤浆气化、污水煤浆气化等装置进料系统。
生物质自混合下行循环流化床快速热解及其产品高值化梯级利用
石油、煤和天然气等化石燃料的长期使用，造成了环境污染和温室效应，引起了全球气候变化、也造成了化石燃料资源的枯竭。因此开发化石燃料的替代能源越来越受到关注，近三十年新兴起的快速热解提炼技术将生物质转化为能量密度大、易于存贮和运输的液体，是环境友好型、最有希望的石油替代品，不存在产品规模和消费地域限制，能够满足大规模、高效、高值化和清洁无污染的要求，被公认为“本世纪生物能最有工业化发展潜力的技术”。  在国家自然基金、国家863 课题和教育部新世纪优秀人才等项目资助下，发明了具有自主知识产权的生物质自混合下行循环流化床快速热解工艺和装备以及产品在生态修复治理和优质替代燃料方面的高值化利用技术，并实现工业化应用和示范。  ①利用热载体分级循环将加热和热解过程耦合，发明了生物质自混合下行循环流化床快速热解工艺，原料适应广，毫秒高温热解提炼，油品收率高品质好，实现了热电自给、原料吃干榨净、过程无三废排放。与代表国际先进水平的荷兰Twente 大学和加拿大Ensyn 工程师协会的生物质热解工业化技术相比，解决了超短接触热质传递与反应调控、油中带灰、产品高含水、油气结焦堵塞、半焦载体异重返料、生物油加热自聚、流化气稀释耗能、载体因钾离子结焦死床、原料余热干燥、反应器机械运动部件高温磨损等影响工业放大和长周期运行的国际生物质热解十大难题。  ②通过下行管快速热解和提升管再生加热的设备结构耦合，发明了双管下行超短接触循环流化床装备技术，形成了简单和紧凑的“O”型循环结构，热载体流动循环控制与分离良好，温度和压力平衡操控方便，满足了毫秒热解工艺的热质传递、反应和分离的三快要求，解决了装备大型化和长周期运行的难题，消除了困扰国内外下行反应装置的工业化瓶颈，在国际上首次同时实现了下行床热解和提升管再生技术的工业化应用。  ③按照馏分轻重，发明了系列生物质热解产品高值化利用技术，作为高活性高纯度优质腐植酸生产系列生态修复治理产品，实现生态绿色修复；通过超临界酯化、浅度加氢以及甲醇乳化生产优质替代燃料以及生物半焦生产蜂窝活性炭和球形活性炭，消除了产品梯级利用的瓶颈，提高了生物质快速热解技术的经济社会和生态效益以及市场竞争力。  目前国际上工业化的万吨级生物质快速热解装置不到10 套，其中本项目为5 套并于2012 年在山东东营建成投产世界上最大规模的首座20 万吨/年生物质快速热解装置（国外单套最大规模为加拿大3.6万吨/年）。  生物质快速热解及其产品高值化梯级利用技术为我国大规模高效高值化清洁利用农林废弃物、避免秸秆焚烧产生的雾霾天气和环境污染提供了技术支撑，大幅度提升了我国生物能技术的核心竞争力，为促进我国生物质能领域跨越式技术进步作出了贡献，促进了生物化工学科发展，对解决我国的能源安全、环保政策、三农问题以及绿色生态修复均有着重要意义。
燃气型粉煤组合式循环流化床热解气化技术
‍‍  中国是“富煤、贫油、少气”的国家，这种资源禀赋特点决定了煤炭将长期作为我国的最主要能源之一。目前中国煤炭的主要利用形式是直接燃烧，广泛应用于中小型工业锅炉、煤粉电站锅炉以及流化床燃烧。由于热效率低及受脱硫、脱硝、除尘成本和技术的限制，在煤燃烧过程中排放出大量的SO2、NOx、CO2和烟尘，成为我国大气污染的主要贡献者。随着我国环保的日益严格，这些行业将面临严峻的挑战，积极开发煤的清洁燃烧及超低排放技术迫在眉睫。  与煤的直接燃烧相比，将煤经过气化和净化后,可除去煤气中99%以上的硫化氢、NOx和几乎100% 的粉尘, 用于燃气一蒸汽联合循环发电（IGCC）被公认为是世界上最清洁的燃煤发电技术，从根本上解决我国现有燃煤电站效率低下和污染严重的主要问题；用于工业锅炉或窑炉燃烧可以提高锅炉效率，实现烟气清洁排放。  根据用户不同，煤气化技术分为高含甲烷的燃气型气化和尽量不含甲烷的合成型气化。用于IGCC发电锅炉、工业锅炉和窑炉的燃料时，高含甲烷的煤气热值高，可以满足火焰温度的要求。因此，燃气型气化技术是IGCC发电锅炉、电站锅炉、工业锅炉和窑炉的最佳选择。但在现有煤气化技术中仅有固定床（移动床）气化炉为燃气型气化，存在着只能用块煤为原料、副产焦油而产生大量难以处理的酚水、生产能力小等缺陷，正逐渐被淘汰。现有流化床、气流床等合成型气化炉生产的煤气作为燃料为了满足热值的要求，迫不得已气化剂只能使用空分技术制取的氧气，而不能采用廉价的空气，从而造成了煤气化投资和操作能耗大幅度提高。因此，亟需开发以空气为气化剂、富含甲烷无焦油、低位热值不低于1400KCal/Nm3的现代大型燃气型煤气化技术。  根据燃气型气化的具体要求，在吸取循环流化床气化、灰熔聚流化床气化法和气流床气化技术的优点基础上，中国石油大学（华东）低碳能源化工研究中心（RCCE）开发了燃气型粉煤组合式循环流化床分级热解气化工艺及装备技术。‍‍‍‍‍‍‍其特点为：‍‍‍  ①首次提出并开发了具有原创性的粉煤提升管循环流化床气化和气流床气化耦合的分级热解气化工艺，粉煤进料，固体排渣，无流化床气化的上吐下泻和气流床气化高能耗的粉碎与干燥以及输送难题，实现了合成气富含甲烷，但不含焦油和不产生酚水污染，为煤制天然气和工业燃气、IGCC以及高温燃料电池发电提供了适宜的煤气化技术。  ②开发了同时具有煤临氢热解、焦油裂解和半焦气化的梯级转化Y型复合气化炉技术，一个设备同时具有气流床和循环流化床两部分功能，实现了煤的分级气化。  ③通过开发组合式分级分离器，使夹带半焦按粒度的不同进入不同的床层；其次气流床为切线进料，液体排渣。避开了气流床和循环流化床二者的缺点,使进料粒度像流化床要求一样宽,减少了破碎能耗;而气化效果像气流床一样生产能力高、气化效率高、可适应不同煤种、煤灰中残碳含量低、碳利用率高。‍‍‍技术参数为：‍‍‍‍‍‍  煤的碳转化率高于99%，煤气热值高于1500Kcal/Nm3，氧耗下降不低于20%，不含焦油和不产生酚水污染，气化能耗下降15%。‍‍‍‍  已完成2.5kt/a的中试试验，在内蒙赤峰建成了10万吨/年的工业示范装置。‍‍‍‍
劣质重油双反应管毫秒高温热解-气化再生耦合技术
‍‍  进入21世纪，随着常规原油资源的日益枯竭，世界原油供应呈现出重质化、劣质化发展趋势，原油硫含量、重金属含量日益增高。劣质重油具有富含多环芳烃，碳氢比、粘度和密度大，硫、氮、氧、残碳、重金属和机械杂质含量过高，易缩合生焦等资源特性，对常规重油加工路线提出了巨大挑战，现有的重油加工技术大多难以满足高效清洁加工的要求,可连续操作、原料适应性广、环保性能好、液收高、易于大型化的重油流态化热解工艺越来越受到人们的重视。将重油流态化热解工艺与含碳热载体气化相结合开发了重质油流态化热解气化耦合工艺，在保证较高的液体收率、连续操作、能处理延迟焦化难以处理的劣质重油、易于大型化等优点的同时，副产大量氢气，为热解液体的二次清洁加工提供了廉价的氢源，，是一项石油资源高效清洁利用的无渣化加工新技术，在未来的劣质重油预处理和深加工中将占有举足轻重的重要地位。‍‍‍‍  重质油双反应管流态化热解气化耦合工艺是本课题组田原宇教授1998 年提出的利用下行反应管毫秒热冲击式催化热解重油提高液收、组合式提升管催化气化再生含碳催化剂生产合成气制氢的劣质重油加工新工艺，设备结构简单、液收高、能处理延迟焦化难以处理的劣质原料、易于大型化，利用所产焦炭提升管催化气化平衡过剩焦炭、解决劣质重油生焦量大问题、副产氢气，为热解蜡油提质提供廉价氢源，可实现劣质重油无渣化深加工，为下一步产量越来越大的劣质重油的深度清洁加工提供技术支撑，最大限度地从重油中生产社会所急需的清洁燃料和化工原料。‍‍‍‍  课题组通过多年研究相继完成了工艺、设备和催化剂一体化实验研究，明确了重油高温毫秒热解与残炭气化工艺耦合操作条件，开发了既满足催化裂解、又满足催化气化的双功能催化剂，下行管反应器、组合提升管再生器、低空间气固分离器、高温返料控制器和高温进料喷嘴等与工艺匹配的关键设备，完成了5 L/h 双反应管重油高温毫秒热解气化耦合的热态中试。对于相对密度（20℃）0.9730、康氏残炭19.20 wt%的重油，双反应管重油高温毫秒热解气化耦合的实验结果是液收相对延迟焦化工艺提高13 个百分点，氢气产率为250 L/Kg。‍‍‍‍‍‍  目前20万吨/年劣质重油双反应管催化热解-气化耦合技术工业示范装置正在山东东营通过改造20万吨/年重油催化裂化装置进行建设。‍‍‍‍
新型高效反应分离设备--NS混合聚结器
‍‍‍‍‍‍  在石油化工和环保等工业中，两种互不相溶的液/液或气/液体之间混合反应或萃取，然后再分离的过程经常遇到，如炼油中的油品酸碱精制、醇胺精制、烷基化，环保中的脱硫、脱硝等。传统的混合分散方式是通过提高搅拌器、填料或静态混合器等设备的混合强度来提高两相分散的接触面积来强化反应效果，但这些方法通过增加混合强度来增大反应接触面积使反应更快更彻底的同时使得随后的沉降分离时间延长，沉降速度减慢，携带增加，甚至产生乳化现象，对于油品精制来说，精制处理后的油品存在碱液携带，产生大量的碱性污水，操作费用和污水处理费用以及设备投资增加。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍  NS混合聚结器针对混合分散式的反应分离过程的不足，按照界面更新渗透传质理论，利用改性强亲水性纤维束作为两种不同物相快速反应分离的混合-聚结元件，实现了无搅拌管内超大面积非分散接触反应或萃取，以保证后续阶段有效分离，提高了反应分离效率，消除了堵塞，成功的解决了化工过程气液或液液反应分离中液体夹带问题，简化了工艺，消除了污染，已成功地应用于广饶石化集团、利津石化厂、大庆石化总厂、青岛石化厂、东明石化集团和山东恒源石化集团六家的柴油非加氢或液化气精制工艺中，成功的解决了柴油或液化气带碱难题，消除了该精制过程中的含碱污水，取得了良好的经济效益和社会效益。‍‍‍‍  如利津石化30万t/a催化裂化柴油精制，采用传统的分离技术在柴油与碱液的分离过程中，出现油碱分离效率不高，互相夹杂的现象，油中带碱、碱中有油。为达到精制油的要求，不得不对精制油进行水洗。精制油大量带碱，碱性过强，只有用大量的水进行水洗才能保证柴油水溶性酸碱合格，过程中排出了大量废水，增加了生产成本，也造成了大量的浪费。采用高效反应分离设备——NS混合聚结器及其配套工艺，投运后装置一直运行稳定，精制油水溶性酸碱测试，油中残碱由4500ppm降到小于10ppm，色度小于2，精制效果达到油品要求，节省了投资，也免于购置下游设备与处理大量污水，经济和环保效益显著。‍‍
合成型煤粉气流床气化技术
NS高效催化雾化喷嘴技术
‍‍‍‍1、简介‍‍‍‍‍NS-3高效催化雾化喷嘴是在考虑进料雾化液滴在提升管内的加热气化情况，粒径与射距的关系以及雾滴的覆盖面积和提升管内催化剂的浓度分布状况，根据各装置提升管的直径和喷嘴个数，通过计算机模拟得出最佳雾化平均粒径和扩散角，再根据本研究者已开发的气液两相短管混合流动和雾化模型以及进料物性设计出有适当扩散角、粒径均匀的新型高效多级雾化喷嘴，从面提高催化裂化的产品收率和掺渣比例，减少和降低焦炭产率的干气收率，改善产品分布。‍‍‍‍‍‍2、喷嘴特性‍‍‍‍‍该喷嘴与现常用KH和LPC催化裂化喷嘴相比具有以下主要特点：‍‍‍‍雾矩为扁平扇形，不出现变径转换情况，扩散角大，可达110°(现有喷嘴最大为50°)，具有良好的空间分布；‍‍‍‍雾化粒径均匀，最大粒径与最小粒径相比小于1.3(一般喷嘴为4.)， 雾化平均粒径是与各装置情况相匹配的最佳平均粒径；‍‍‍‍雾矩流量分布可以控制，按各装置的催化剂浓度分布和喷嘴个数，设计所需的流量分布；‍‍‍‍四级雾化，雾矩形成距离缩短80%，便于雾滴在喷嘴内预热和部分汽化，大大减少生焦；‍‍‍‍气液比根据原料温度、粘度和蒸汽压力、温度设计最佳值，一般不大于5%；‍‍‍‍液滴速度适当，保证了催化剂的正常工作和寿命；‍‍‍‍操作弹性大，可大于2.0。喷嘴结构简单，造价便宜，安装容易，运行安全，使用寿命超过一个运行周期。‍‍‍‍‍‍‍‍3.应用范围‍‍‍‍‍‍广泛应用于催化裂化、催化裂解、流化焦化、流化态快速热解等装置进料系统。‍‍‍‍‍‍‍‍4.典型工业应用‍‍‍‍‍‍东明石化集团有限公司2002年9月竣工投产的30万吨/年催化裂解装置采用了山东省高校低碳能源化工重点实验室研制的NS高效雾化进料喷嘴，装置运行平稳，重油加工量成功达到设计要求，与现常用KH和LPC催化裂化喷嘴相比，收率提高1.22%，成品收率平均在83％左右，取得了显著的经济效益，有着广泛的应用和推广前景。‍‍‍‍在操作条件和原料油性质相近情况下，对NS高效催化雾化喷嘴使用效果与公司第一套应用KH型催化进料喷嘴的15万吨/年催化裂化装置进行了对比。‍‍
系列多功能可降解黑色地膜技术
  课题组历经20余年的研究，相继开发了以减压渣油或沥青为原料的第一代多功能可降解液态地膜、以褐煤/风化煤/泥炭和造纸黑液/海藻废液/糖蜜废液/酿酒废液/淀粉废液等高浓有机废水为原料的第二代多功能可降解液态地膜，以褐煤/风化煤/泥炭为原料的第三代粉状多功能可降解液态地膜，以生物重油为原料的第四代多功能可降解固态地膜等。‍‍‍‍  多功能可降解黑色地膜既具有塑料地膜的增温、保墒、保苗的作用，又有较强的粘附能力，可将土粒联结成理想的团聚体；彻底解决了塑料地膜对土地和环境污染，同时又增加了集农药、肥料和农膜于一身的特点和用后翻压入土，可成为土壤改良剂；可现场喷施造膜；可自然出苗；对地形地貌适应能力强等优点。喷施液态地膜，可在地表面形成一层黑褐色土膜，提高土壤湿度，减少土壤水分蒸发，降低0～1250px土体中的盐分含量，减少水土流失，促进植物生长。液态地膜喷施后40～60天逐渐降解，2～3个月降解为腐植酸类（有机肥），没有白色污染。翻压入土后，具有改良土壤团粒，改善土壤通透性等作用，最终达到作物增产和土壤改良的目的。‍‍‍‍  应用表明，土壤表面喷洒液态地膜可提高地温1～4℃，蒸发抑制率30%以上，土壤含水量提高20％以上，土壤容重降低6～10％，土壤中水稳性团粒数量（＞0.25mm）可增加10％以上，作物生育期提前3～10天，0～1250px土体的含盐量降低50％左右，不同作物的增产幅度多在20％以上，每亩地使用成本仅20元钱左右（塑料地膜50～80元）。‍‍‍‍  多功能可降解黑色地膜可应用于干旱、寒冷、丘陵地区农作物早期地膜覆盖和荒地、沙地、盐碱地和滩涂整治以及工程道路护坡、固沙造林绿化和渠道防渗、树木防冻等领域，为治理沙尘暴提供了一种很好的手段。同时对实现循环经济和农业可持续发展、解决生物质综合利用、消除白色污染、高浓有机废水污染和秸秆就地焚烧污染环境、影响飞行和交通安全的痼疾提供了技术支撑。‍‍
基于清晰切割的常减压深拔技术
‍‍  减压蒸馏装置是炼油厂原油深度加工的基础装置。提高减压拔出率，争取产出更多的催化裂化或加氢裂化原料，减少渣油产率是炼油厂统筹优化下游焦化和催化裂化或加氢裂化装置生产，最大化利用资源、提高效益的必然选择。另外随着原油重质化和劣质化以及未来非常规重劣质油的大量生产，常压渣油难以直接作为重油催化裂化原料，减压深拔技术的重要性和效益更加凸显。‍‍‍‍  中国石油大学（华东）低碳能源化工研究中心（ＲＣＣＥ）从常减压蒸馏系统整体考虑，统筹优化，工艺与设备相结合，将ＮＳ导向提馏塔板、ＮＳ减压进料分布器、ＮＳ洗涤段专用格栅填料、ＮＳ复合穿流塔板、ＮＳ抗堵喷射型液体分布器、ＮＳ层塔式液体收集器以及直接接触传热技术的配套设备等硬件技术集成，通过提高常压塔拔出率、改善减压塔闪蒸段分离效果、减少雾沫夹带，提高减压塔闪蒸真空度和闪蒸段温度、减少闪蒸段内回流、减压塔底微湿式汽提、提高切割清晰度等措施，从常减压装置设备方面提高深拔效果；通过原油性质、操作参数和再加工技术的关联与调控，确定减压深拔的合理切割温度，合理深拔，低成本、低能耗生产满足再加工原料质量要求的合格馏分油，实现整个炼油厂经济效益的最大化。‍‍‍‍  在胜华炼油厂、东营石油化工厂、滨化集团炼油厂、中国石化济南分公司炼油厂、扬州石化厂、中油秦皇岛沥青厂等１８家炼油厂的常压塔进行了工业示范或应用。在常压塔塔底注汽量小于１％的情况下，常压塔塔底油中小于３６０℃馏分质量分数小于３％，轻柴油收率提高了３百分点以上；在中油秦皇岛沥青厂、济南军区黄河口基地化工厂等多家减压塔上应用，渣油闪点提高了30℃或软化点提高5～9℃。本技术有效地降低了减压塔的负荷，减少了蒸汽或再沸汽用量，降低能耗，蜡油收率提高近１百分点。‍‍‍‍  利津石油化工厂30万吨/年常压塔的塔径只有1.2米，闪蒸效果差，常底渣油360℃前馏分含量高达7.8%，改造后装置开车一次成功，常压塔操作平稳，柴油收率由17.84%提高到22.21%以上，减压装置部分负荷降低，常减压总收率由55.07%提高56.64%,效果显著。‍‍
NS导向提馏专用塔板技术
‍‍1、简介‍‍‍‍基于相界面调控，针对提馏段大液量、小气量，易堵塞和不同于精馏段的分离要求，采用梯形固阀和导向斜孔组合，通过低开孔高气速多点注汽、强化气液撞击分散和气体导流、增大所含轻组分逸出机率等措施，研制的国内外首例和目前唯一的高效率、低压降、高通量、高操作弹性的NS导向提馏专用塔板。能够有效降低塔底残液中轻组分含量，减少蒸汽或再沸汽用量，降低能耗，从而解决了板式塔或填料塔提馏段效率低的难题。‍‍‍‍2、操作特性‍‍‍‍与F1浮阀塔板相比：‍‍‍‍阀孔动能因子F0上限高达40（常用穿流塔板F0 上限≤1.5）；‍‍‍‍塔板压降降低约13%-50%，‍‍‍‍基本没有泄露，无雾沫夹带；‍‍‍‍在提馏段气速范围内塔板效率比F1浮阀塔提高30%以上，比导向梯形浮阀提高16%以上；‍‍‍‍操作范围扩大到50%~200% ；‍‍‍‍结构简单、抗堵塞；‍‍‍‍3.应用范围‍‍‍‍广泛应用于化工，石油化工，制药和炼油等行业的蒸馏塔提馏（汽提）段和汽提塔，尤其适合于旧塔器的节能挖潜改造，代替提馏（汽提）段的精馏塔板和填料，达到提高生产能力和目标产品收率，降低能耗的目的。‍‍‍‍4.典型工业应用‍‍‍‍NS导向提馏塔板是国内外开发的首例新型高效的提馏（汽提）段专用塔板，由于在小气量下具有较强的导向推液作用和强化气液接触作用，使得这一塔板能够有效降低塔底残液中轻组分含量，减少蒸汽或再沸汽用量，降低能耗，从而解决了板式塔或填料塔提馏段效率低的难题。‍‍‍‍利津石油化工厂30万吨/年常压塔的塔径只有1.2米，闪蒸效果较差，加之提馏段采用条阀精馏塔板作为提馏塔板，致使常底渣油360℃前馏分含量高达7.8%，这样既降低了柴油收率，又增加了减压炉和减压塔的负荷，增大了减压塔的压降，降低了减压蜡油收率。1999年4月，利津石油化工厂利用停工检修之际对常压塔提馏段进行了更换塔板改造，使用了NS导向提馏塔板。改造后装置开车一次成功，并很快调解自如，常压塔操作平稳，柴油收率由17.84%提高到22.21%以上(由于改造前后生产不同型号的柴油，改造后少部分重柴进入轻柴油中,实际收率偏高于理论收率），减压装置部分负荷降低，常减压总收率由55.07%提高56.64%,效果显著。‍‍‍‍NS导向提馏塔板的在胜华炼油厂、利津石油化工厂、东营石油化工厂、滨化集团炼油厂、中石化济南炼油厂、扬州石化厂、中油秦皇岛沥青厂等十八家炼油厂的常压塔进行了工业示范或应用。在常压塔底注汽小于1%的情况下，常底360℃以前馏分含量小于3%，轻柴油总收率提高了3%以上。‍‍‍‍在中油秦皇岛沥青厂、济南军区黄河口基地化工厂等多家减压塔上应用，渣油闪点提高了30℃或软化点提高5～9℃。‍‍
NS穿流复合塔板技术
‍‍1、简介‍‍‍‍基于相界面积调控，采用H型双层复合穿流复合筛板与规整填料耦合，通过三区空间强化气液界面更新、高开孔率复合降低压降、槽型区分块等措施，研制的国内外首例适合于塔器大型化的全混级、高效率、低压降、高通量、高操作弹性的NS穿流立体复合塔板。‍‍‍‍2、操作特性‍‍‍‍与F1浮阀塔板相比：‍‍‍‍空塔动能因子F上限高达2.8（常用穿流塔板F 上限≤1.5）；‍‍‍‍当量孔径25mm,单板开孔率高达50%左右；‍‍‍‍最佳操作区塔板点效率≥95%，‍‍‍‍提高效率30%以上；‍‍‍‍操作范围扩大到50%~200%（常用穿流板操作范围80%~120%）；‍‍‍‍正常操作  压降仅为100Pa左右（普通塔板＞600Pa），F高达2.8时，压降＜1KPa，适用于减压、常压和加压工况；‍‍‍‍板面通过H型结构和加隔板构建槽型区，消除了放大效应、，解决了塔器大型化的结构和安装难题（不用另加支撑梁，对安装水平度要求大大降低）；‍‍‍‍在该普适性塔板基础上建立基于点效率的非平衡级模型，解决了塔器理论计算难题，为蒸馏学科理论化研究提供了依据。‍‍‍‍3.应用范围‍‍‍‍广泛应用于石油化工、石油炼制、煤化工、制药、化肥、轻工等行业的蒸馏、吸收、解吸等均相分离过程的穿流塔器。‍‍‍‍NS高效穿流复合塔板的应用主要集中在两个方面：‍‍‍‍（1）新建塔器设计：塔器大型化设计简单，直径16米以下的超大型塔器不需要外加桁架支撑；同时同等处理能力，采用此项技术可缩小塔截面积50%，减少设备投资1/3~2/3，并可提高产品质量、降低能耗。‍‍‍‍（2）旧塔扩量节能改造：在扩量改造和挖潜节能改造中，采用此项技术，可在原设备外壳降液管和支撑圈不动的情况下，仅更换塔内件，即可设计产量提高50%~100%，正常操作范围为设计量的50%~150%，并且提高产品质量、降低能耗30%以上，因此投资仅为用传统设备1/3~1/5，并可大幅度缩短施工工期。‍‍‍‍4.典型工业应用‍‍‍‍玉皇化工MTBE共沸塔由于塔上部改为反应精馏段，原60层塔板仅剩下17层塔板，还要求扩量改造，并保证产品质量。通过将微型浮阀塔板更换为NS穿流立体复合塔板，塔底再沸器未变，板 间 距 由600减少为300，塔板数由60层减少到28层，回流比降低1.8倍，产量提高了2.5倍，产品质量达到设计要求，节能50%以上。‍‍
NS并流复合塔板技术
‍‍1、简介‍‍‍‍基于界面更新调控理论，采用梯形垂直长条帽罩与三维规整填料耦合，通过强化并流传质、延长气液接触时间、降低流动阻力、消除雾沫夹带等措施，研发了国内外首例超大通量、高效率、高操作弹性的NS倾斜长条立体复合塔板。‍‍‍‍2、操作特性‍‍‍‍与F1浮阀塔板相比：‍‍‍‍阀孔动能因子F0上限高达34（国内外常用塔板F0 上限≤15）‍‍‍‍开孔率ψ高达40%（国内外≤15%）‍‍‍‍空塔动能因子F大于7（F=F0*ψ）‍‍‍‍提高处理能力≥2倍（国内外塔板提高≤70%）；‍‍‍‍降液管设计最低停留时间由5秒‍‍‍‍降低到1秒；‍‍‍‍降低塔板压降≥35%；‍‍‍‍最佳操作区提高塔板效率≥30%；‍‍‍‍操作范围扩大到40%~200% 或 操作弹性≥4倍‍‍‍‍（国内外常用塔板操作范围80%~120%）；‍‍‍‍抗堵性强、消泡性好，适应物系广；‍‍‍‍解决了塔器大型化的结构强度难题；  ‍‍‍‍应用表明现有装置仅更换塔板，即可实现处理量翻番，缩短工期、节省投资≥80% ‍‍‍‍‍‍提高处理能力≥2倍的同时提高板效率≥30%的溢流塔板，这在国内外尚属首例。‍‍‍‍‍‍3.应用范围‍‍‍‍广泛应用于石油化工、石油炼制、煤化工、制药、化肥、轻工等行业的蒸馏、吸收、解吸等均相分离过程的溢流塔器。‍‍‍‍NS倾斜长条立体复合塔板的应用主要集中在两个方面：‍‍‍‍（1）旧塔扩量节能改造：在产能翻番节能改造和几套并联装置合并改造中，采用此项技术，可在原设备外壳降液管和支撑圈不动的情况下，仅更换塔内件，即可设计产量提高70%~200%，正常操作范围为设计量的40%~200%，并且提高产品质量、降低能耗，因此投资仅为用传统设备1/3~1/5，并可大幅度缩短施工工期。‍‍‍‍（2）新塔器设计：同等处理能力，采用此项技术可缩小塔截面积50%以上或减少并联套数50%以上，减少设备投资1/2~2/3，并可提高产品质量、降低能耗。‍‍‍‍4.典型工业应用‍‍‍‍茂名石化公司环氧乙烷精制馏塔仅更换塔板，冷凝器和再沸器未变，再沸器位置下移2.5米，投资193万元。设计处理量由2.25t/h提高到5.6t/h、操作下限2.25 t/h，操作上限11.3 t/h。现在产量由2.25t/h逐步提到13t/h、最高17t/h；产品质量由不合格变为国优品，年增利税1.5亿元以上、节能2600万元以上。‍‍
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