化學工程學科發展研究報告2025（簡本）2009年04月05日中國化工學會一、化學工程學科在國民經濟和社會發展中的地位與作用化學工程學科是將化學過程和物理過程的基礎理論研究與工業化學相結合的重要學科。化學工程學科下設二級學科19個，三級學科50個，涉及面廣、用途廣泛，不僅是我國重要的、不可缺少的基礎原材料工程學科，而且肩負著為國防工業提供材料和戰略物資的重任，還承擔著實施國家可持續發展戰略和節能減排的任務。隨著社會經濟的發展，進一步顯示了化學工程學科進一步顯示了在國民經濟發展中突出的戰略地位。首先，無機化學工程技術的發展推動了相關行業的發展。無機化學工程學科包含酸堿鹽工程、化肥工程、硅酸鹽工程等三級學科。其中無機酸堿鹽工業的發展為化學工業及其他工業提供了最基本的原材料，其產品應用領域廣泛，與人們的日常生活息息相關；化肥工程是保證我國糧食安全和農業基礎地位的重要條件，總產值約占化學工業總產值的20%，對中國農業生產的貢獻率約為40％；硅酸鹽工業包括水泥、陶瓷和人工晶體。其中，精細陶瓷和人工晶體作為硅酸鹽制備工程技術的新成員，其發展備受行業矚目。而人工晶體由于具有光、聲、電、磁、熱或功能復合效應等特殊性能，不僅在高新技術產業發展和傳統產業改造中占據著重要位置，而且也受到國防軍工等領域的青睞。有機化學工程是化學工業不可缺少的基礎工業，支撐著國民經濟發展。其技術覆蓋了油品加工、基本化工原料與合成材料生產以及有機化工產品深加工過程。我國有機化學工程行業約占工業經濟生產總量的五分之一，為國民經濟建設提供了能源、材料、農用化學品等，在國民經濟中的重要地位無可比及。精細化學工程學科涵蓋了包括農藥、染料、醫藥、涂料、表面活性劑、催化劑等傳統化學品；同時，還包括飼料、食品、水處理、造紙、皮革、油田、電子、等行業使用的專用化學品和新型中間體。精細化工的發展優化了產品結構，增加了產品功能，提高了產品附加值，不僅惠及民生、增強國力，而且也是世界各國的發展戰略之一。電化學工程是化學工程的新型分支，主要包括電鍍、電解以及腐蝕與防護。其中，電解是化學品的制造方法之一，諸如燒堿、金屬鈉等行業產能的快速增長均得益于電解工業的技術進步；電鍍技術應用于化工、造船、機械、電子通訊等許多行業，為材料表面提供保護層或改變表面性質，使其產品獲得更優異的性能；防護技術的進步對化工、海運等行業的安全生產起著保障作用。化工測量與儀器儀表的現代化技術極大的體現了化學工程學科的交叉性與融合性，是化學工程過程控制的基礎。因此，測控裝備的個性設計和現代化制造技術的推廣，在推動大型化、高參數化、工況復雜化的現代流程工業進程中發揮了突出的作用。化工機械與設備是化學過程工業單元操作的基礎，而每個單元操作則是構成過程工業無可替代的基本元件。化工機械與設備在滿足相關學科的產業化、規模化和產業升級、技術更新需求的同時，自身不斷強化，在化學工程學科發展中起到至關重要的作用。二、我國化學工程學科近兩年新進展化學工程不僅是一門具有百年發展史的成熟基礎學科，也是充滿朝氣、與時俱進的學科。化學工程學科的發展得益于國家對學科人才的培養和學科創新體系的建設。近年來，國家在加強高等院校化學工程學科人才培養的同時，還加大力度建設了一批具有高新技術研發、推廣和轉化能力的國家實驗室、國家重點實驗室、國家工程實驗室、國家工程研究中心、國家工程技術研究中心和國家認定企業技術中心，為化學工程學科新理論、新技術、新工藝和新產品的涌現構建了良好的創新體系。這一體系的建設有效提高了我國化工行業科技創新能力，增強了高水平國際競爭能力，促進了學科優化和交叉，形成了一批重大科技成果和世界一流學科，有效促進了化工行業產、學、研的良性發展。近年來我國化工界在秉承傳統的化學工程理論的基礎上，進行了新理論、新原理和新方法的探索。在計算化學工程、化工測量、化工過程系統綜合和集成、化工材料制備、化工過程與設備和化工傳遞等理論、原理、方法上取得了可喜的進展。這些新理論、新原理和新方法的出現又成為現代化學工業化發展新的驅動力，有力地推動了化學工程及相關學科的進步，促進了一批關鍵技術的突破、技術發明成果和新產品的涌現。具有代表性的技術成果及新產品主要為下列幾個方面：（一）自主知識產權的技術“粒子過程晶體產品分子組裝與形態優化技術”系統研究了粒子過程晶體產品形態學特征，建立了晶體形態優化方法學，解決了產品中晶形不唯一的國際難題，提升了我國醫藥及精細化工相關產業的國際競爭力。“高效擇形催化技術”成功地將純甲苯經擇形歧化反應制備對二甲苯，催化劑性能優異、高效。該技術是目前世界上對二甲苯合成新技術，為我國的芳烴工業發展提供了技術支撐。“陶瓷膜設計與優化”技術通過對超細顆粒懸浮液固液分離機理研究，建立了超細顆粒和膠體體系的陶瓷膜分離功能——微結構定量關系模型，實現了面向應用的陶瓷膜材料微結構的優化設計，解決了過濾過程中膜孔堵塞的關鍵技術問題，保證了膜過濾過程長期穩定運行。該技術經技術集成已在多套工業裝置上應用。工業水處理化學品開發取得了重大進展。至今，已成功開發了新型水處理化學品50余種，申獲國內外專利60余項，建設各類中試線、工業生產線、節水示范線100余套；產品及技術應用推廣后，累計帶動綜合經濟效益超過100億元；每年為國家節約用水50多億噸，減少廢水排放20多億噸。（二）大型化及成套技術在二苯基甲烷二異氰酯（MDI）成套生產技術在連續縮合、高效液膜射流光氣化、精餾結晶一體化三項MDI關鍵技術上達到國際領先，并在世界上率先實現廢鹽水循環利用，產品質量達到國際一流水平。鉀肥生產突破了兩項關鍵技術：一是羅布泊含鉀鹵水制取硫酸鉀工藝，建成了120萬t/a規模的生產裝置；二是“反浮選-冷結晶工藝”破解了光鹵石礦采輸、物料濃縮、光鹵石脫鈉、冷結晶等技術，建立了100萬t/a的大規模生產氯化鉀裝置，并逐步實現著鎂、硼、鋰、鈉的綜合提取。“30萬噸合成氨成套技術與關鍵設備開發研制及應用”開發了四噴嘴撞擊流水煤漿氣化、低溫甲醇洗和液氮洗合成氣凈化、11.0Mpa氨合成、水溶液全循環尿素等工藝軟件包；研制了水煤漿氣化、合成氣凈化、氨合成和尿素等關鍵設備。實現了首套以煤為原料的大化肥裝置國產化，成套裝置的國產化率達到94.5％。（三）綠色化工和清潔生產技術膜分離技術于染料工業中的應用，提高了染料質量，實現了清潔生產；采用“組合化學”原理合成用途廣泛的碳酸二甲酯，實現了二氧化碳的綠色利用；DCE催化劑和管式反應器配套的清潔生產工藝，縮短了反應時間、提高了轉化率、選擇性和收率，產品總收率達95%，產品純度在99%以上，能耗減少70%；三價鉻電鍍取代污染嚴重的六價鉻電鍍在克服雜質污染和實現厚鍍層等方面取得了突破性進展，實現了長期穩定的三價鉻電鍍，已經大規模投入了生產應用；轉窯無鈣焙燒鉻鐵礦生產鉻鹽的技術，從源頭上不再另加大量填料，大大減少鉻渣排放，并提高了收率，現已建成了萬噸級工業生產裝置，實現了鉻渣零排放。（四）清潔能源技術將催化裂化汽油降烯烴反應歷程相匹配的輸送床與湍動床相組合的新型輔助反應器耦合于現有工業催化裂化裝置中，使催化裂化汽油在該輔助反應器內進行“異地改質”；同時，配套開發設計了一個特殊的分餾塔，單獨對改質油氣進行分餾，形成了成套技術并成功工業化，將催化裂化汽油的烯烴體積分數降低至18％以下。（五）節能減排新技術的推廣“高效利用反應熱副產工業蒸汽的熱法磷酸生產技術”發明了一種特種燃磷塔，省卻了專用燃煤鍋爐和換熱器，減少了因燃煤產生的廢氣和廢渣污染；同時，回收利用了黃磷燃燒放出的熱量副產工業蒸汽，熱回收率可達到65%以上，P2O5吸收率提高30％，減少循環水60％。與燃煤鍋爐相比，每產1t蒸汽可減少CO2排放量481kg，減少SO2排放量（以燃料中S含量1％計）3.6kg，減少灰渣排放量（層燃爐，燃料中含灰量以20％計）200kg。“工業鍋爐節水成套技術”根據化工相平衡原理和腐蝕與防護化學原理，將工業鍋爐連用法防腐阻垢技術、氧化性水工況及其防腐阻垢技術、和納米膜法凝結水系統腐蝕技術等一系列高效技術予以集成，應用后實現了增產20%、節能9%～16%、節水92%～99%、減排92%～99%等。“高濃縮倍率工業冷卻水處理及智能化在線（遠程）監控成套技術”是高性能可在線控制化學品和在線監控系統的有效集成，突破了因濃縮倍數提高導致循環冷卻水中處于過飽和狀態有害離子易于成垢、腐蝕和微生物加劇的技術瓶頸。推廣應用后，累計節水近6億噸。（六）新產品富勒烯碳納米材料已在我國試制成功，其在太陽能電池、高能電池、超導器件、醫療藥物和石油化工等領域有廣泛用途。電子行業專用化學品如：氫氟酸、雙氧水、三氟化氮、氫氧化亞鎳等；鋰離子電池專用材料六氟磷酸鋰及電解液，正極材料鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰以及各種碳負極材料等。人工晶體制造取得世界矚目的優異成績。我國生產的鍺酸鉍（BGO）成功用于歐洲的高能離子顯示靶；磷酸氧鈦鉀（KTP）具大Z截面特點，被世界普遍采用生產激光器件；偏硼酸鋇（BBO）、三硼酸鋰（LBO）晶體，開創了激光紫外倍頻的新紀元；摻鎂LN（鈮酸鋰）大幅提高了LN的抗激光損傷能力。三、化學工程學科發展趨勢（一）化學工程學發展趨勢隨著科學技術的迅猛發展，化學工程的發展趨勢頗受業內專家的關注。當今，國際化學工程學科的發展趨勢為：第一，發展生物化學工程，運用化學工程技術去解決有機生命組織中的化學工程問題；反之，采用仿生學原理攻克化學工程中的難題；使生物、醫學與化學工程相互促進和補充。第二，加強過程系統工程的研究，通過過程系統的組織、計劃、協調、設計、控制和管理，使化學工程在技術及經濟上達到最優化，滿足又好又快發展的要求。第三，提高化工系統的可靠性，主要集中在化工裝置的可靠性分析、化工設備和材料的可靠性、系統可靠性的模型化、最優化和評價方面，確保生產裝置的正常運轉并達到規定要求的產品。第四，突破化學工程與過程開發難題，解決常規化工過程的量化放大和調控問題，非線性和非平衡過程問題，物質轉換過程中各異的時空多尺度結構，尤其是不同尺度現象之間的關聯問題，促進化學工程理論的變革。第五，解決化學工程可持續發展問題，要求由粗放向精細、高效、環保的綠色工藝轉換，對原料進行原子設計，對產品進行生命周期的設計，通過過程和工藝耦合集成，減少能源和其他自然資源的消耗，減少生產廢料和污染物排放，實現循環經濟。第六，采用分子模擬是探索復雜分子、界面結構的關鍵技術，提供精細的局部微觀圖景，揭示微觀結構并描述其轉變過程，為實驗研究從設計到檢測提供了有力的依據。第七，發展計算流體力學，開發新一代計算流體力學軟件的物理模型與核心算法，實現其高效的大規模并行計算。（二）化學工程技術發展趨勢無機化學工程技術需加快結構調整，提高產品的精細化率，加強資源高效利用，走循環經濟的道路，為產業實現“低投入、高產出、低消耗、少排放、能循環、可持續”的發展模式提供技術支撐。有機化學工程技術的發展將更多地依賴于可再生原料，更好地利用烴類資源，特別是烷烴的有效利用；同時，使綠色化學工藝逐步取代現有的工藝技術。精細化學工程技術要以“綠色高新精細化工”為總目標，按分子設計的規律和化工新技術開發的科學程序，加強反應工程以及過程的研究，使精細化學工程向零排放發展；加強膜分離、納米技術、微乳化技術、超臨界技術、有機電合成技術等綠色合成技術的研究，推動我國精細化工技術的綠色化進程。農藥工程技術要向研發高效、低毒、低殘留和環境友好型農藥的趨勢發展；加強原始創新產品、制劑和技術的開發與轉化；開發農藥生產與使用過程中綠色化關鍵共性技術；加大環保投資力度，推廣清潔生產工藝。電化學工程技術中電鍍工程技術要發展和推廣環保類型的新技術、新工藝，大幅度提高水、能源、金屬材料等的利用率；電解工程技術重點是加快離子膜和擴張陽極技術的開發，力求實現離子膜法制堿技術的國產化；盡快改造隔膜法技術，降低電耗；化工防腐工程技術則要加強對腐蝕機理和防腐蝕新技術、新材料的研究，減少設備材料的損耗，保證生產的安全運行。化工儀器儀表向智能化、高精度、高可靠性、大量程、耐腐蝕、全密封、防爆等有特殊要求的自動化儀表品種發展，同時要大力發展微分析技術、生物芯片技術、新型化學傳感技術、智能傳感器技術、成像技術、儀器的聯用技術、動態的信息網絡技術等信息化技術，提升我國化工生產總體水平。化工機械和設備工程技術中過程機械要向高效、節能、綠色及集成技術發展，并強化安全保障技術，大力發展大型過程機械及先進控制技術；同時，把傳統過程裝備理念與納米、信息化、醫療器械、生物工程的技術原理嫁接和移植，實現化工機械和設備工程技術向節能、環保、微電子、信息和材料諸方面的拓展；微機械重點研究微尺度下的傳遞與反應工程的基礎理論，開發微混合器、微換熱器、微反應器等制造設計。四、我國化學工程學科發展面臨的挑戰和對策長期以來，我國走的是一條以大量消耗資源和粗放經營為特征的工業化道路，形成了高投入、高消耗、重污染、低產出、低效益的發展路線。這致使國民經濟在快速發展的同時，面臨一系列新的挑戰，其中最主要的是來自資源、能源和環境保護三大方面的挑戰。為此，應從循環經濟的角度出發，運用生態學規律來指導化學工業過程。基于此提出以下建議：第一，提高資源利用率，要求礦產使用者對礦產資源所含的所有原子進行設計，不但利用主礦原子，還要利用伴生礦原子，以達到合理利用；同時國家指導減少精礦的開采。另外，在開發利用本國能源資源外，還應利用大量國際資源。第二，減少能源消耗，改變消費途徑，優化能源消費結構，提高現有能源利用率，尋求新能源及可再生能源的開發利用，向能源多元化方向發展。第三，避免環境污染，化學工業必須開發無公害的綠色工藝，以達到治本；通過簡化流程，減少儲存、運輸等環節的污染；減少廢棄物排放，解決化學工業生產過程的排放問題；進行大規模的廢水集中治理，做到末端把關。第四，發揮國家重點實驗室、國家工程中心和企業技術中心的作用，注重人才培養，為化學工業發展提供技術支撐，促進產、學、研的良性結合。*ChemicalEngineering*Chemicalengineeringisanimportantdiscipline,whichcombinesbasictheoreticalstudyonchemicalprocessandphysicalprocesswithindustrialchemistry.Asabasicscientificdiscipline,chemicalengineeringfocusesonthemasstransfer，heattransfer，momentumtransfer,andreactionengineering,aswellasthedesign,operation,andoptimizationoftheusedplantandmachinery.Withthedisciplinarydevelopment,thechemicalindustryhasbeenpromoteddramatically.Thepurposeofthisreportistoelucidatethedisciplinedevelopmentofchemicalengineeringinacids,alkalisandinorganicsalts,organicchemical,fertilizer,finechemicals,chemicalmachineryandequipment,pesticide,paintandpigment,dyestuffs,silicates,andmeasuringtechnologyfields,tosummarizetherecentachievementsandprogresses,toanalyzethecurrentstatusandtrend,andtobringforththestrategictomeetthedisciplinedevelopmentinfuture.Asabovementioned,wedemonstratetheprogressinchemicalengineeringthroughfiveaspectssignificantachievementsobtainedinrecenttwoyearsasshowninthefollowings:(1)theself-ownedintellectualpropertytechnologiesrightsforthedesignandshape-stateoptimizationofceramicmembrane,highefficiencyshape-selectivecatalysis,themolecularassemblyandshape-stateoptimizationtechnologyincrystalgrowth;(2)thelargescaleproductiontechnologies,i.e.,thecompletesetoflarge-scaleprocesstechnologiesforMDIwithcontinuescondensation,impingementphosgenationreactionandintegrateddistillation-crystallizationseparation,thecompletesetoflarge-scaleextractiontechnologiesandkeytechniquesforKClandK2SO4fromsalt-bondbrinerespectively,thecompletesetofmedium-scalesyntheticammoniatechnologiesandkeyequipment;(3)thegreenchemicalengineeringandcleanproductiontechnology,thatis,synthesisofdimethylcarbonateviacombinatorialchemistryroute,trivalentchromiumelectroplatingtechnique,non-calciumroastingmethodforchromiumsalt;(4)thecleanenergytechnologies:commercialapplicationofolefinereductiontechnologywithauxiliaryreactorforfccnaphthaupgrading;(5)theenergysavingandemissionreductiontechnologies,namely,highefficientutilizationofreactionheatfromfurnace-processphosphoricacid,intelligenton-line/remotemonitoringtechnologyforthetreatmentofindustrialcoolingwaterwithhighcycleofconcentration;(6)thenewmaterialsdevelopment,forexample,commercialproductionoflithiumhexafluorophosphateasaelectrolyteforthelithiumrechargeabl