辉煌的业绩已经成为过去的历史，几十年来，化学工业几乎没有出现革命性的创新，但实验室中的生活依然如故——开放和创新之旅依旧！

1898年，英国化学家Willam Crookes提出了一个非常具有戏剧性观点的预言：世界将在20年内出现前所未有的饥荒。飞速增长的人口将超过了像粪便和鸟粪等可用肥料的增长速度。Crookes先生向他的听众宣布，唯一的解决办法就是化学工业。

1919年斯德哥尔摩瑞典皇家科学院做出了一个非常有争议的决定：为德国的化学家Fritz Haber先生发明的合成氨技术颁发他梦寐以求的诺贝尔化学奖。没有Haber先生1908年申请专利保护的合成氨技术，今天地球上接近30亿的人口是无法生活的。同时，工业化生产的氨也代替了炸药生产中一直使用的原材料——智利硝石。Haber先生的发明既满足了几十亿人生存的需要，同时也是第一次世界大战中大屠杀的利器。

什么才是最伟大的创新和工业化的革命呢？今天，决定这一切的是性价比：只有能够明显地提高产能或者明显地降低成本的新技术、新工艺才有生存下来的机会。当来自亚洲、南美洲或者中东的行业新手想分一杯羹时，行业内的巨头们亦不能无动于衷。高效、可持续性发展和价格是创新的三大推动力。

从优化到革命

2013年莱茵河上蠕动着的污物：德国特种化学品集团Evonik公司工业化生产的颜料、粘接剂及塑料和有机玻璃生产所必须的VISIOMER品牌甲基丙烯酸酯单体所产生的污物。这种原材料是生产透明塑料，例如生产有机玻璃所需的原材料；无色透明的液体，在与氢氰酸和丙酮反应之后用甲醇在浓硫酸中酯化而生产出来无色透明的塑料产品。而酯化得到的副产品“废酸”必须彻底的无害化处理。在约1000℃的温度下，所产生的硫酸氢铵会被分解，以SO2的形式回收硫酸。

图1 全新的创新观：Aveneer技术的成功告诉人们，流程工业领域仍然有很强的生命力（图示为Worms市的Aveneer试验设备）

听起来非常简单，但在实践中却需要体积庞大的管道和大型的压缩机以便把上千吨的SO2气体压缩到设备之中——有着不小于甲基丙烯酸甲酯MMA生产设备规模的硫酸回收设备。在没有硫酸的时候这一切都可以失去。

而且这里的硫酸也不是一星半点，一套MMA生产设备每生产1t MMA甲基丙烯酸甲酯就会产生大约3t废酸。Evonik公司负责创新管理的Steffen Krill博士解释说道。如果说一套MMA生产设备就像一座居住了几户人家的单元楼的话，那么硫酸回收设备就像一艘万吨轮。“我们在这一技术领域中创新的动力就是能否省去使用迄今为止不可或缺的浓硫酸。”这样的理念早在上世纪70年代就有了，但大规模实施可说失败得一塌糊涂。时至今日，全球至少有2/3的MMA甲基丙烯酸甲酯生产设备仍然沿用基于丙酮，氢氰酸和甲醇的ACH丙酮氰醇工艺技术。虽然有了相应的替代流程工艺技术，但是这些替代技术只有在特定的条件下才是具有经济性的。不用硫酸的ACH丙酮氰醇工艺技术是可能的吗？

2007年，Evonik公司一套试验设备投产运行了，这一试验设备要开辟一台MMA甲基丙烯酸甲酯生产的新途径。这种所谓的Aveneer工艺技术基于传统的ACH丙酮氰醇法，使用了氰化氢，丙酮和甲醇，而硫酸不要了。没有费时费力的硫酸回收再利用，Aveneer工艺也可以通过提高资源利用率完成任务。另外，氨也可以回收再利用而不是用铵盐酸裂解变成无用的氮气排放到大气中去。

开始了探索

听起来很简单，但成功却走过了漫长的征程：“只有现代化的多相催化反应才可能不用硫酸。”Krill先生介绍说道。实验室的试验表明这一工艺技术在理论上是可行的，但在实验室试验中多相催化器在工作几小时之后就“筋疲力尽”了。Krill先生说：“从此我们就开始了艰苦的探索，最终搞清楚了杂质、副产品和催化过程中产生的有毒有害物质都加速了催化器的老化、严重地影响了多相催化器的使用寿命，减少每一种副产品的最高值得到的总和明显地提高了试验设备的生产能力。”只有当新工艺在试验设备时形成了一个完整的封闭循环之后，才可能成为生产条件下的创新。这里的两大重点是产量和催化器的使用寿命。“谁也不想每5个月停下生产，花费几周的时间更换催化器。”多相催化器研发的主要目的是使用寿命至少两年，只有达到这个水平，多相催化器的成本和费用才能在工业化的流程工艺生产过程中得到使用。

图2 “真正的工作开始于反应器的连接。生产过程中很少的副产品量明显地提高了产品的浓度。”
——Steffen Krill博士，Evonik公司丙烯酸单体的创新管理人员

经过5年的艰苦努力终于渡过了最难的难关，产量和产品质量都达到了要求。“实践证明：与传统的ACH丙酮氰醇工艺技术相比较，Aveneer工艺技术所能实现的产能达到了95%。在参考文献中您可以看到，ACH丙酮氰醇工艺技术的产能只有85%~90%，我们更高的产能本身就是一个巨大的技术进步。而且产品的质量不低于传统的MMA产品，从而得到了用户的认可。”Krill先生说道。现在，这一技术也开始了工业化生产的尝试，从2012年9月起，Evonik公司开始为美国Mobile市设计一套年产120000t MMA产品的Avenner工艺技术设备了。

如何创新

可以说Aveneer是一个真正的创新，考察一下化工技术领域中工艺技术的进步就可以发现，很长时间以来大型化工企业已经着手这方面的工作了。在这些全新的设备像雨后春笋般冒出来的地方（如亚洲和中东），采用的流程工艺技术都只能是国家级的最先进技术。在欧洲，许多化工反应塔已经工作十几年了，而且还在不断的补充完善。

然而，2008年仅德国就申请了6100多项化工技术专利。尽管新兴工业国家化工技术领域中的研究和开发带来了化工技术专利量的大幅度增长，但每6份化工专利中就有一份是德国的专利。这就使得德国的化工工艺在全球排行第三，仅次于美国和日本。但化工领域中真正的新技术、新方法还是少数，据Evonik公司的估计，所有研发成果中只有大约20%的研发费用用于开发新的技术平台。60%以上的专利都是新产品、现有工艺技术和过程的改进。除了能源费用以外，流程工艺研发的重点是费时费力的化学反应或者难处理的原材料。然而，跳跃式的创新仍然是有可能的，而且是您没有想到的。

不惜代价降低成本

例如丁基橡胶，迄今为止，这种橡胶材料的生产一直都耗费大量的能源。异戊二烯和异丁烯单体反应成阳离子的聚合长链。这种诞生于20世纪40年代的工艺技术消耗了大量的能源和资源：反应塔要冷却到-100℃，所进行的化学反应是强放热的化学反应。每生产一吨丁基橡胶需要消耗6GJ的能源和大约9t的蒸汽。所带来的后果就是大量的费用和二氧化碳气体的排放，每生产1t产品就要排放2.5t的二氧化碳。而仅Lanxess公司自己每年就生产大约3万t的丁基橡胶。

“从可持续发展和节约资源的角度来讲，只有采用全新的工艺技术才能解决问题。”Lanxess公司丁基橡胶全球技术主管Hanns-Ingolf Paul博士说道。真正的创新、飞跃是带来精益生产过程和相对投资开发费用较低的创新，同时还要完全省略使用含卤的溶剂。

真正解决这一问题还要归功于与Lanxess公司一起在Intek卓越研发中心的合作的伙伴：拜耳技术服务公司参与了大型流程设备和工艺技术的研发，伯恩大学和多特蒙德大学提供了重要的化学基础研究和机械工艺技术。卓越研发中心的合作伙伴们共同对100多条合理化建议进行了评估分析，尝试了14种变型工艺。

图3 始终排名第三：在全球性的比较中，德国在化工技术领域中的专利申请仅次于美国和日本。图示化工专利申请的比例为百分比

结果是有着很低能源消耗和很低成本费用的全新工艺过程。这一工艺技术的最重要组成部分就是一个新型的聚合反应塔—有着很大表面积—容积比的、反应器壁聚合物层不断更新的、有着最佳热传导性能的反应塔。利用只有50~100mm直径的冷却管和特殊的冷却系统，使得这一反应塔的容积可以达到30~50m3。

在生产过程中，可以利用汽提法把橡胶中的溶剂提取出来，利用螺杆挤出机进行橡胶脱气。采用了这一新工艺、新技术之后，蒸汽的消耗量减少了50%。从整个生产流程的角度来考虑，从聚合开始到最终成品，蒸汽的用量比原来减少了70%以上。这也把能源消耗和有害气体排放的数字降了下来，二氧化碳排放减少了40%、电力消耗节约了37%。

可持续性发展—不仅仅是空话

那么，备受关注的可持续性发展进行的如何？自从人们的环保意识已经不仅仅局限于那些放在麻黄布袋子中的指甲油开始，资源、环境保护、气候保护等都成为人们不离口的时髦词汇了。从廉价商店到汽车制造厂，每一个人都在强调他对这个星球的承诺，但您仔细看看就会发现，这往往都是一些空话。而有利于环境保护的技术可以帮您算一笔帐，企业削减自己的有害气体排放可以把排放配额变成叮当作响的银币。最有利的是把高危害性的污染物排放变成低危害性的污染物排放。像笑气这样的有害气体，尽管它的名字中有笑，但让人一点也笑不起来，它的温室效应超过二氧化碳的300倍，减少笑气排放就可以把相当多的排放配额变成金钱。

Uhde公司开发的Envinox工艺技术就是这样的一种工艺，在与Clariant（原南德化工）公司的合作中开发出了减少NOx和N2O（笑气）排放的沸石催化器—一步就可以把它们变成N2、O2和水蒸汽。根据这些气体的温度和组成成分，它们可以经催化或者通过与碳氢化合物的反应而降解。其他的氮氧化合物也可以与氨反应而减少。Envinox是一种典型的管末处理工艺技术，安装在排气处理系统中的催化器不产生任何有害物质，不发热也不使用任何原材料。这一技术的应用是非常有益的，在硝酸生产过程中Envinox技术也有自己的用武之地。

一切才刚刚开始

今后，创新性的流程工艺技术仍然会在流程工业领域中扮演重要的角色、发挥着重要的作用。欧洲经济研究中心预计到2013年时化工领域中的创新技术将会带来134亿欧元的效益。可持续发展、节约能源和提高效率，这些都是对化工工业企业提出的要求。而只有采用创新性工艺技术、不断努力开发创新性工艺技术、用新技术代替老技术的企业才能满足上述要求。并非一切在实验室内成功的工艺都能在大型流程工艺技术领域中生根开花。

值得关注的工艺技术

在合成天然气试点项目中使用了CAC。这种两级的、催化合成技术可以从合成天然气中生产出柴油和汽油。

拜耳公司在氯气生产过程中采用了氧气去极化阴极，这种根据燃料电池原理进行的盐酸电解减少了氯产品生产过程中的能源电力消耗和二氧化碳排放。

KBR公司采用的Kreis-ES工艺技术是一种简简单单、成本费用低廉地合成氨生产工艺技术。