国家重点学科

十二五”“211工程重点学科建设 

 

学科建设项目名称:西部能源与生物资源可持续利用的化学工程与技术

项目简介:坚持为国家和地方经济发展服务的建设方向,立足陕西本地国家级能源化工基地的特色与优势以及陕西丰富的生物质和药用植物资源优势,致力于常规能源的高效洁净转化、可再生能源和生物质资源开发利用、生物药物化工、新型化工材料开发等关系到国家安全、人类生活和未来环境的重要战略性新兴产业领域的先端技术开发,提高科技创新能力和转化能力,在相关领域形成具有承担国家重大项目的能力,在应用上能为发展地方经济做出重大贡献,在理论上取得具有国际先进水平的成果;加强创新团队建设和人才培养,使本学科成为知识创新、技术创新以及高素质人才的培养基地,努力将本学科建设成为特色鲜明、国内一流的化学工程与技术学科。

建设2~3支以在国内外具有影响的学术带头人引领,具有创新能力,富有团队精神的创新团队;争取将现有的能源化工、生物化工相关的省部级工程中心、重点实验室建设、培育成国家级的工程中心或重点实验室,建设精细功能材料、制药工程的省部级工程中心;加强产学研互助,建设能源化工产学研示范基地;加强教学实践环节,建设化工实训仿真基地,为实施卓越工程师教育培养计划创造条件。申请国家及地方重大科研项目,在能源化工、生物化工与制药工程、新型化工材料领域的科学研究接近或达到国际先进水平,争取将本学科建设成国内一流的化工学科。

学科建设三个方向: 

1.能源的化工高效清洁转化利用

建设依据:我国的能源消费仍将以化石能源为主,日益突出的能源供需矛盾、极不合理的能源结构、较为低下的能源利用效率、大量消费化石能源造成的严重环境污染,已成为制约我国经济进一步发展的瓶颈。国家“十二五”能源发展规划指出,未来将重点完成七项任务,其中第一条就是优先发展化石能源。根据我国贫油、少气、富煤的能源资源赋存特点和陕西煤、油、气、盐十分丰富的资源优势,陕西省委、省政府提出了“煤向电力转化、煤电向载能工业品转化、煤油气盐向化工产品转化”的发展我省能源化工产业的主导思想。陕西省“十二五”规划纲要中提出我省要“做大做强能源化工产业”,要珍惜资源,深度转化,大力推进煤电一体化、煤化一体化、油炼化一体化,促进化工产业高端化、电源建设大型化、载能工业特色化,实现煤油气盐综合循环利用。《陕西省中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中,把能源化工领域列为10个重点领域之一,并且把煤油气转化及综合利用列为30个重大科技专项之一,同时把煤液化气化技术列为其优先主题。

建设内容:主要通过以下4个子方向开展科学研究与技术开发,以期促进解决能源转化利用过程中面临的资源与环境的双重压力,最大限度地有效利用我省的综合能源资源,解决我国能源短缺难题,支持我国经济和社会的可持续性发展。

1煤油气盐综合利用的先进能源化工技术

致力于开发石油、煤、天然气、盐以及生物质能高效转化利用的先进能源化工技术,为我省能源化工的技术结构和产品结构的调整与优化提供科技支撑与服务;帮助解决引进技术在消化、吸收、利用过程中遇到的难题并再创新。主要研究内容有:煤低温催化热解-煤焦高温气化耦合的能量梯级利用先进技术、煤基甲醇羰基化联产醋酸/醋酐催化剂开发、煤液化残渣/煤-油共炼残渣的综合利用、煤油气盐多种资源综合利用的协同效应研究、煤焦油高效回收与深度分离技术开发、炼厂气中C2、C3、C4(乙烷、丙烷、丁烯)等组分综合利用、生物质能源综合利用(生物柴油等)等。

2)能源开发利用过程中的节能减排与环境保护

近年来,西部地区的煤化工产业发展迅速,规划及在建的煤制甲醇、煤制烯烃(MTO)、煤制油、煤头化肥等,项目多、规模大。一方面,煤炭是低效、高污染能源,另一方面,上述地区还存在许多技术含量极低的电石、炼焦等煤化工民营小企业,煤炭的转化利用效率整体偏低,煤炭资源浪费大、总体排放多、环境污染严重。我国SO2排放量多年位居世界第一,CO2排放量亦超过美国,位居世界第一。西部地区,尤其是陕北和鄂尔多斯地区生态环境十分脆弱,水资源匮乏,如何做到“在保护环境中开发资源,在开发资源中保护环境”是西部能源化工产业化过程中面临的关键问题。本研究方向将根据陕北能源矿产资源的分布及结构特点、能源资源的转化条件、自然环境现状、水资源的保障程度等,探索陕北能源资源开发利用的合理性和科学性;提升企业的技术先进性以淘汰技术落后、污染严重的小企业;开发先进的废水、废气及固体废弃物的处理技术和综合治理措施,走循环经济的发展道路,促进环境污染问题的根本解决。主要研究内容有:煤基多联产技术开发;燃煤烟气同时脱硫脱硝技术、内热式兰炭炉低氮焦炉煤气综合利用示范工程、西部典型煤种中硫热迁移规律以及煤热解预脱硫;化工节能减排技术、二氧化碳排放及综合利用;煤、石油等转化利用过程中各种废水/污水处理技术、能源化工过程中各种固体废弃物(油煤灰/渣、含油污泥)的综合利用技术。

3能源化工过程优化、放大与设备开发

以21世纪新形势下化学工程与技术学科的建设为核心,以适应国家和陕西能源化工产业化发展的实际需要为主导建设方向,通过对多相传质/反应过程及设备、气液反应过程及设备、新型传质分离过程及设备、过程耦合等化工过程及设备的模拟、优化的深入研究,帮助解决能源化工产业过程及其设备的优化,放大等关键科学技术问题。主要研究内容有:粉-粒流化床/喷动床内多相传质与反应模拟及多尺度研究、高温CO2吸附剂开发、多功能精馏/吸收组合塔开发及其放大研究、靖边化工综合利用园区的过程优化等。

4能源化工过程装备与控制工程技术开发

主要针对能源化工产业领域,开展新型反应器与技术、过程装备结构优化、控制工程与模拟技术、能源化工过程在线检测技术、化工过程装置可靠性分析与优化设计、化工高压设备开发与使用等方面的科学研究与技术开发。

2、生物资源的化工转化利用

具体分为基因工程菌的高密度发酵、新型生物医用材料、药物工程化开发与新型给药系统、陕西特色生物资源的绿色与安全加工4个子方向。其建设内容与研究方向依据如下:

(1)   基因工程菌的高密度发酵

建设具备开展传统发酵和基因工程菌发酵的从小试至中试规模的全套发酵设备及其系统集成,开展代谢途径以及发酵工艺工程参数的在线控制和优化补料等研究,实现高效节能低成本的基因工程菌高密度发酵放大和一般微生物的发酵放大,形成该研究方向的新技术、新方法和新理论。

2)生物医用材料

继续开展可降解蛋白类材料(如类人胶原蛋白系列衍生物)和可降解高分子生物材料(聚乳酸类)的研究,并以目前成功开发出的十多种具有不同生物学特性的类人胶原蛋白和新型聚乳酸材料为基础进一步对其表面/界面过程-材料与机体之间的相互作用、生物导向性及生物活性物质的控释机理、降解/吸收的调控机制研究以及相关下游产品开发。

3)药物工程化开发与新型给药系统

天然药物提取、药物设计与合成是新药的重要来源,在新药研究基础上,开展药物规模化提取与制备,对药物的生产过程进行工程化设计。开展药物给药系统的新材料与新工艺研发,建立蛋白质与多肽药物、基因药物、抗癌药物的微米/纳米尺度智能给药系统,开展多模式荧光磁性的纳米靶向诊断治疗系统的研制与开发。

4)陕西特色生物资源的绿色与安全加工

针对危害人类健康的重大疾病和食品安全问题,开展陕西特色的药用和食用生物资源的绿色与安全加工,开发具有自主知识产权的降血糖药和抗肿瘤药及有利于人类健康的功能食品和绿色食品,提高陕西特色生物资源的高效利用和产业化程度。

3、新型化工材料

具体分为精细化工与功能材料、工业催化材料与技术、基于化工过程的纳米结构材料的开发及应用等,其建设内容与研究方向依据如下:

1精细化工与功能材料

密切联系国际热点研究问题,开展以下方面建设内容:①功能的复合化是现代材料发展的趋势,通过多种材料功能的复合而实现性能互补和优化,可望制备性能优异的材料。而有机-无机杂化材料作为复合材料家族中最耀眼的新星,既可充分发挥无机物优异的力学性能和高耐热性能,又具有有机物柔韧性好和强度高等特点,在未来的高科技领域如含能材料、光学材料、材料及方面的研究及应用必将有广阔的应用前景。②以新型钝感含能材料为主要研究内容,开展一系列高含氮类新型高能量密度材料及其衍生物的分子设计及合成工作;选择性能优异的含能材料作为配体,合成高性能含能配合物;上述材料的系列性能研究及利用分子设计软件和对已有化合物分子结构与性能参数相关性总结的辅助下,从理论上设计出更多的稳定性好和能量高等综合性能良好的高能材料,为实验服务。③运用含氮杂环化合物与铜、锌、锰、银等金属离子配合得到新型杀菌材料,通过生物活性的检测,筛选出具有更高生物活性,既可杀灭真菌又可杀灭细菌、耐高温、稳定性和安全性好的配合物。同时深入研究该类配合物的结构与其生物活性之间的关系,建立该类配合物分子结构与生物活性相关的研究手段和方法。④针对延长油田低渗透油田的特殊性,开发生产适合延长油田23个采油厂现场要求的压裂类、原油集输类、水处理类、回注类、洗井类、解堵类等油田化学品;建立统一的标准和质量检验体系,规范延长油田油田化学品市场,最终建设一个年生产、销售万吨以上油田化学品的生产科研基地。⑤结合化石能源深加工产品(如聚烯烃等)的环境污染问题及系列生物可降解功能材料(如聚乳酸及聚酯等)在替代应用上的不足,开展温室气体的化学固定、生物可降解功能材料的共聚合及工业催化等研究。

2工业催化新材料与技术

围绕纳米催化材料、生物催化剂、金属氧化物催化材料和光催化技术开展研究,开发材料的优良催化性能,应用于可再生能源开发、环境保护及水处理、精细化学品与药品合成等领域。①可再生能源方面利用生物催化剂的开发节能环保的生物柴油生产新技术;②开发磷脂酶D催化磷脂结构改性反应技术,合成多种药物辅料、保健品。③开展“纳米TiO2膜光催化水质净化技术”研究,应用于环境保护及水处理领域,提供卫生的水处理方法。④通过金属氧化物催化及反应技术开发,建立蓖麻油催化裂解生产葵二酸清洁工艺。

3基于化工过程的纳米结构材料的开发及应用

纳米结构材料被誉为“二十一世纪的新材料”。本方向紧紧围绕化工过程,进行以下纳米结构材料的开发及应用技术:①进行纳米线、纳米管、纳米片、纳米薄膜、纳米异质结构、纳米管阵列等新型结构的制备技术的开发研究,纳米自组装体系的设计、高性能纳米结构材料的合成、纳米颗粒表面修饰、纳米超微粒子、纳米复合体系、高度有序化纳米结构等热点前沿领域的研究。②在纳米尺度上通过掺杂组分的调制、尺寸和维度的控制、表面和界面原子和电子组态的调制、金属离子与载流子相互作用的控制等手段,揭示纳米结构半导体材料的磁、光、电性质与尺寸、维度、组分和表面态之间的关联,实现材料的光、电、磁性质的调控,为纳米材料在催化、新能源、环境保护等领域的应用提供候选材料。③综合考虑纳米光催化反应体系中的光和气、液、固三相的性质,建立反应的宏观动力学模型,结合上转换发光、表面等离子体效应耦合TiO2纳米结构材料,建立提高光催化还原CO2产物选择性和氢气定向合成产物的理论体系,实现以H2O和CO2为原料,光催化制取高品位液体燃料和气体燃料的实验室验证。④进行多级纳米金属材料研究与开发,包括多级金属纳米结构的制备技术及其在金属材料中的形成演化规律、理化性能、塑性变形机制、疲劳损伤机制及结构-性能关系,多级纳米金属材料的规模化制备技术及工业应用。