代表性成果简介

发文单位: 发文时间:2014-05-05


 

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非均相生物催化氨基酸前期关键技术的开发和产业化

河北科技大学
石家庄中天生物科技公司

4

1.主要内容
本项目是在课题组获得2001年、2006年两项河北省科技进步一等奖的成果的基础上,为了进一步缩小氨基酸工业与国际先进国家之间的水平,形成我国自己特色的工艺技术,特别是在半合抗如阿莫西林等的主要原料D-对羟基苯甘氨酸的生产水平的升级,开发了具有完全自主知识产权的新技术“非均相酶催化水解5-芳基海因合成D-芳基甘氨酸的方法”。成果的主要内容包括基因工程菌的构建、适宜于非均相转化的工程菌产酶体系得筛选和优化、生物催化非均相水解5-芳基海因和成D-芳基甘氨酸技术与工艺条件的优化、产品的分离与提炼工艺的形成与优化等。整体工艺集生物技术、酶催化有机反应、结晶学、分离工程等学科,在国际上第一次形成了水中生物催化非均相转化工艺,能效获得了突破性提升,取得了高效低耗、节能节水、清洁、低碳、环保的良好效果。产品的技术经济指标达到了国外知名大公司水平,通过收率提高和节能降耗,每吨产品较原工艺增加收入近万元,产生了显著的效益。
2.主要技术创新
1)构建了“产海因酶的工程菌”、“产氨甲酰水解酶的工程菌”和“产海因酶和氨甲酰水解酶工程菌”等三种工程菌,形成了“一菌两酶”、“两菌两酶”、“一菌三酶”、“两菌三酶”等酶催化体系;
2)优化出能适应于生物催化非均相转化的“一菌三酶”和“一菌两酶”工程菌,并优化了发酵工艺,产酶能力强,酶活从0.32提高到0.89U,菌的耐候性高、稳定;
3)国际上第一次形成了水中生物催化非均相转化工艺,转化底物浓度提高10倍,解决了国内外在水溶剂中生物催化合成反应效率低的关键技术问题和反应设备利用率低、分离能耗高的工程问题;
4)工艺技术具有良好的普适性,利用相同的设备和工艺路线能够用于生产多个相关产品,是对生物催化合成工艺通常普适性差的一个突破。
3.产业化贡献
本成果产业化后,在不增加新设备的条件下, D-对羟基苯甘氨酸的产能提高50%,收率提高5个百分点,年产值达1.2亿,年创汇400多万美元,年新增利税2000多万,同时产品的国际市场得到了进一步巩固,国内市场的地位得到进一步提升,极大地推动了我国半合抗产业的发展速度。而且本成果在相关产业中具有良好的示范效应。



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配位离子液体的制备及其在无汞浆层纸中的应用

河北科技大学

6

1.主要内容:
该项目以功能化离子液体为基础,创立了配位离子液体理论。在此理论指导下,制备了配位离子液体高分子电解质,进而与自主发明的锌锰干电池代汞缓蚀剂组合,研制成功高性能的无汞浆层纸。
主要研究内容:
制备Y芳香型有机物为配体的配位离子液体,并通过IR、X射线粉末衍射等手段对其结构进行表征,提出配位离子液体的有关理论;
用数字电导率仪测定相同粘度相同温度下浆料的电导率,优化PEG、PVA、PAM的用量,制备配位离子液体高分子凝胶电解质;
对现有锌锰干电池的缓蚀剂进行优选与配位离子液体高分子凝胶电解质按一定比例混合,制备高性能的无汞浆层纸;
将无汞浆层纸用于制备锌锰干电池,按照GB8897.2−2005检测电池性能;
优化浆层纸的工艺路线,建立1000t/y的生产线。
2.主要技术创新
1)创立了配位离子液体理论。主要内容为含有官能团的固体有机物在熔融状态下可以与无机或有机离子配位,形成配位离子液体;有机配体一般为平面分子;离子配位后体积增大,静电排斥力减小,形成配位离子液体。以配位离子液体Zn[OC(NH2)2]3Cl2为例,通过红外光谱、X射线衍射表征,Zn2+与尿素中的氧充分配位,形成完全离子态的化合物,这是导致体系熔点降低的原因。
2)制备了配位离子液体高分子凝胶电解质。利用配位离子液体室温电导率高、电化学性质稳定等优点,以[PVC-PEG-PAM]为基体,以配位离子液体Zn[OC(NH2)2]3Cl2作掺杂剂,制备了配位离子液体高分子凝胶电解质,为在电池中实际应用奠定了基础。
3)制备了配位离子液体修饰的高性能无汞浆层纸。将配位离子液体高分子凝胶电解质和有机代汞缓蚀剂同时应用于浆层纸制造,制备了高性能的无汞浆层纸,该浆层纸导电性好、粘结性好、保湿性好、受环境影响小。应用于锌锰干电池的制造,实现了锌锰干电池的无汞化,并改善了放电时间、放电强度、储存时间等电化学性能。
4)实现了无汞浆层纸的规模生产。确定了无汞浆层纸的生产工艺路线,设备配套合理,实现了无汞浆层纸的1000t/y的规模生产。
3.产业化贡献
该技术操作简便,运行稳定,生产成本低,制备的锌锰干电池实现了无汞化,各项技术指标均达到或优于GB8897.2−2005标准。该成果在河北衡水电池集团有限公司、河南安阳电池厂、衡联电池有限公司、长衡电池有限公司应用,产品外观完好,电性能符合要求,生产状态稳定,产品质量可靠,在三年内无产品质量事故,产品在出口过程中全部检验合格。所生产的无汞浆层纸供不应求,已销往国内九个省市及出口五个国家和地区,产生了显著的经济效益和社会效益。用该浆层纸生产的电池实现了批量生产,三年累计新增利税4500万元,出口创汇600余万美元。
该项成果由省科技厅组织鉴定,鉴定结论为国际先进水平。2007年获教育部技术发明二等奖,发表学术论文20余篇,授权国家发明专利2项,出版学术著作1部,该项研究获得了国家自然科学基金和河北省自然科学基金的资助。



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镁盐生产过程能量集成技术

河北科技大学

7

1.主要内容
该技术属于碳化法生产轻质碳酸镁、活性氧化镁等镁盐过程的节能技术。通过一系列新工艺、新技术的耦合实施,实现过程节能目标。本技术包括重镁水低温热解、能量分级利用及能量综合利用。
重镁水低温热解技术通过改常压操作为真空操作、开发新型热解反应器,将传统碳化法镁盐生产过程中重镁水热解工序的温度由95~105℃降至60℃以下,缩短升温时间,减少蒸气用量,使热解工序节能50%以上。而由于热解工序能耗占整个工艺能耗的50%~60%,低温热解技术的采用使整个生产工艺能耗降低25%~30%。
能量分级利用根据各级尾气热品位的差异实施分级回收利用,主要包括碳酸镁煅烧尾气用于碳酸镁干燥和干燥尾气用于预热解。碳酸镁煅烧尾气温度较高,同时夹带少量氧化镁粉尘,将其引入碳酸镁干燥工序,不仅可以回收其热量,而且可以回收氧化镁产品,一举两得。同时,由于低温热解技术的实施,降低了热解温度,使干燥尾气热能的回收利用成为可能,通过增设预热解器,将干燥尾气引入预热解器,回收其中的低位热能。能量分级利用的实施改变了传统工艺尾气直接排放的弊端,不仅实现热能充分利用,还能减少尾气直接排放造成的环境污染问题。
能量综合利用技术主要以化灰尾气、含镁钙碳酸干燥尾气、低温热解尾气、立窑尾气等二次蒸汽驱动蒸汽式冷冻机组,其产生的冷量用于精浆液调浓、碳化反应等。最大限度的实现镁盐生产过程能量的回收利用。
2.主要技术创新
1)重镁水热解温度由95~105℃降到50~60℃,缩短升温时间、减少水的汽化量,使热解工序节能50%以上,整个碱式碳酸镁生产过程降低能耗30%以上,生产1t碱式碳酸镁节约能源1.27t标煤。
2)碱式碳酸镁产品性能指标得到了改善,产品呈规则的花瓣型,产品堆积密度≤0.09g/mL,大大地提高了产品的活性。达到国外产品质量水平,处于国内领先水平。
3)在镁盐生产工业装置中成功实现能量集成,通过重镁水低温热解、能量分级利用及能量综合利用降低镁盐生产过程能耗,综合能耗降低50%以上。
3.产业化贡献
本技术中的重镁水低温热解技术被鉴定为国际先进,2009年获河北省技术发明三等奖。分别于2006年10月和2007年9月在内邱县镁业制品有限公司和石家庄远东钙镁有限公司建立工业装置。生产实践表明低温热解技术不仅使热解工序节能50%以上,同时提高产品质量和生产能力。上述两企业累计新增利2643.3万元,累计节支904.8万元。
中国无机盐工业协会于08年8月在邢台召开现场会,将该技术作为重点节能减排项目在全国镁盐企业推广。
目前,已经签订协议采纳“镁盐生产过程能量分级利用、综合利用技术”并正在进行安装调试的有湖北德高镁业有限公司、河北绵河镁盐有限公司等企业。这两家企业将于今年上半年投产,预计投产后年节支在2000万元以上。



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本中心固定人员参加人数

离散型反应精馏装备的研究与应用

河北科技大学

4

1.主要内容
本项目是在课题组多年潜心研究化工耦合过程的基础上,为了进一步拓展反应分离耦合过程在工业中的应用,形成的具有自身特色易于在工业过程推广的关键性技术。在离散耦合的思想指导下,开发了多段组合式反应精馏装备,并应用于醋酸甲酯的水解过程,水解率获得突破性提升,使每吨聚乙烯醇能耗降低1/5,经效益显著。在此基础上本课题组将离散耦合的思想推广至丙二酸酯、草酸酯、醋酸酯等有机酯的合成,收率均取得显著提高。
2.主要技术创新
1)首次提出离散耦合方式实现反应-精馏过程的思想,建立了相应的数学模型和设计方法,并将由此思想构建的反应-精馏装置工业化。
2)首次将准流态化液固接触催化模式引入反应-精馏装置,设计了全新的反应-精馏设备结构;
3)首创醋酸甲酯水解新工艺,优化了工艺过程
3.产业化贡献
本成果应用于工业实践后,在全国聚乙烯醇行业60%以上企业得到应用,使醋酸甲酯水解率由原来的27~30%提高至75~80%,在不增加型设备的基础上,能耗降低1/5,本课题获得2004度河北省科技进步一等奖。在此基础上,本课题组将离散耦合的思想推广到酯化、醚化等过程,开发了丙二酸酯清洁生产工艺,在河北诚信股份有限公司应用,是该企业成为世界最大的丙二酸酯供应商,该技术获2006年度河北省科技进步二等奖。2007年获河北省重大技术创新专项资金支持进一步发展,研究离散型反应分离耦合技术在丙二酸酯前期生产及聚氨酯重要引发剂三乙烯二胺生产中关键技术的研发,目前此项技术在醋酸甲酯水解和丙二酸酯生产过程中产生的累计产值已超过10亿元人民币,极大的推动了我国聚乙烯醇行业的技术进步。

 

 

 

 

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二氧化氯生产工艺和应用技术的推广与应用

河北科技大学
石家庄科大绿源环保公司

4

 

1.主要内容
该课题是由五项具有国际先进水平的二氧化氯研究成果集成的产业化推广计划。通过进一步对现有成果进行应用工艺、应用技术创新和产品系列化,分别建立产品生产基地和应用示范项目,以先进的实用性技术和产品在水污染治理、空气污染治理、纸浆漂白以及日化行业推广应用,加速替代对环境造成危害(使用后产生大量的致畸、致癌、致突变有机卤代物)的氯气、次氯酸钠、有机醛、酚类等落后产品,推动相关行业产业升级,保护环境,造福国民。
2.主要技术创新
1)、针对高效二氧化氯发生技术,以SVP-HP法为基础,研制出以焦磷酸钠、2-羟基膦酰基乙酸、尿素组成的复合催化剂,使高纯二氧化氯生产的技术经济指标达到国际先进水平。
2)、针对二氧化氯制剂产品生产技术,研制出复合包覆剂及复合稳定剂,确立了微囊包覆及钝化处理工艺,显著提高了一元固体二氧化氯产品的稳定性;研制出复合激发剂,显著提高二氧化氯了产品的纯度、母体转化率,实现了低浓度活化。
3)、针对系列二氧化氯发生装置,研制出绝热正压和多级混合式曝气反应工艺,实现了系统的自动、稳定、高效运行。  
3.产业化贡献
通过对上述科研成果进一步的应用工艺创新和系列化,在我省建立了多个二氧化氯应用示范项目和产业化基地,产品广泛应用于食品加工、医疗卫生、畜牧水产养殖、水处理等领域,年创经济效益亿元以上。
其中,仅河北冀衡化学股份有限公司的稳定二氧化氯制剂产业化基地一项,2005年至2007年连续三年内,共实现新增产值2.8亿元,新增利税1.7亿元。