科研立项项目申请书cb720300g乙炔法聚氯乙烯生产过程的高效节能减排科学基础

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1、项目名称：乙炔法聚氯乙烯生产过程的高效、节能、减排科学基础首席科学家：天津大学起止年限：2012.1-2016.8依托部门：新疆生产建设兵团科委一、关键科学问题及研究内容（一）拟解决的关键科学问题1．热等离子体裂解煤直接制乙炔的热化学转化规律和定向控制原理研究热等离子体超高温环境下煤裂解制乙炔的微观反应机理、煤质依赖性和淬冷过程的影响，建立提高煤粉转化率和产品气收率的定向控制原理；完善基于煤粉颗粒尺度的多相运动、传递和反应机制的跨尺度理论模型，实现对三维复杂几何反应器的数值模拟，为工业中试反应装置的模拟和放大研究奠

2、定基础；建立等离子体裂解煤全流程的热力学分析和动力学约束条件的理论架构，提出等离子裂解煤制乙炔的过程控制策略与能量综合利用的有效方案。2．乙炔氢氯化反应非汞催化材料制备-结构-性能关系与反应工程基础系统地从载体、活性组分、助剂、制备方法、反应条件等角度，深入到分子水平上认识乙炔氢氯化反应非汞催化剂的性能影响规律，获得催化材料组成-结构-电子性质-催化性能的本质关系，形成非汞催化剂制备与再生的方法；研究反应器与催化剂再生器的匹配规律，获得反应器与催化剂再生器内流场、温度场与浓度场的控制规律，形成反应器优化与放大方法。

3、3．PVC产品高值化与生产过程系统集成的科学基础PVC产品高值化：研究PVC的分子结构、聚集态结构与形貌、特种功能填料等多层次构效关系对PVC树脂纯度、热稳定性、加工性能和综合机械力学性能的影响规律，获得实现PVC树脂高值化的方法。生产过程系统集成：研究投资、安全、能耗、物耗和环境等不同目标的关键指标的表达形式，结合质量流网络、能量流网络和信息流网络，研究不同尺度单元（设备、车间、工厂）多目标之间的转换关系，研究设备数值优化方法、夹点技术、跨夹点技术和多目标优化技术相结合构建多目标全局优化过程集成理论及其求解方法。

4、（二）主要研究内容1.热等离子体煤裂解制乙炔的转化规律与定向控制（1）考察等离子体反应器设计、裂解气氛、裂解时间、煤种等因素对煤的高温快速热解过程影响，并与常规条件下煤的热解产物比较，全面认识煤的热解特性。（2）探讨反应器物理和化学淬冷过程原理及能量综合利用策略，裂解后煤的物理和化学反应特性，指导裂解后煤的合理、高价值利用。（3）完善基于煤粉颗粒尺度传热和脱挥发分模型，以及煤粉运动与高温气体湍流流动的跨尺度模型，形成复杂多相反应流的物理模型和三维模拟基础。（4）针对大功率等离子体反应器，提出高效气固混合技术和放大原

5、理，建立等离子体裂解煤全流程的热力学分析和经济性评价。（5）进行工业试验验证。2．乙炔氢氯化合成氯乙烯的非汞催化材料与反应工程（1）研究非汞催化剂制备与再生方法，包括载体的制备与改性、活性组分与热稳定性助剂的设计与筛选、催化剂制备方法、反应条件、还原条件等对乙炔氢氯化反应非汞催化剂的性能影响规律。（2）模拟计算与原位实验相结合，研究催化剂反应与失活的化学机制。（3）研究物性参数、操作参数和结构参数对反应器与催化剂再生器的匹配规律和反应器与催化剂再生器内流场、温度场与浓度场的控制规律的影响。（4）研究纳微尺度的相间传

6、递规律和多场耦合关系，研究相间传递模型和反应器放大与优化模型的构建与求解方法。（5）制备工业化试验催化剂，进行工业试验。3．氯化钠电解过程节能的电催化与反应工程基础（1）研究SnO2、ZrO2、IrO2等掺杂的钌钛氧化物上析氯和析氧反应前线轨道的匹配性，建立RuO2、TiO2、SnO2、ZrO2、IrO2单独以及掺杂钌钛氧化物后几何、电子构型演化关系及析氯和析氧反应效率关联式，获得析气选择性调控的新型DSA阳极制备方法。（2）研究镍基合金催化剂的催化析氢机理，建立镍基合金组成、结构与析氢活性的定量构效关系；研究碱性

7、介质中镍基合金催化剂被腐蚀的量子化学原因，建立阴极型稳催化电极可控制备基础理论。（3）采用纳米构筑和复合电沉积技术，制备具有高析氢活性和稳定性的催化析氢电极。通过对载体孔径分布、微观立体结构以及表面基团的合理调控，改善传质过程，保证催化剂高效地分散在固/液界面上以取得最大催化效率。（4）基于电解过程和流体动力学的基本规律，探讨雷诺数对电解过程的影响，确定层流流态和紊流流态对电解析气性能的影响；研究电极表面微观结构与气体产生，电位、电流微观分布关系，确定电解过程流体动力学参数，提出高效析气电极设计理论与方法。4．高值

8、化PVC树脂多层次构效关系研究和品质调控（1）研究聚合配方、聚合温度、单体转化率和杂质等对PVC分子量、分子量分布及其分子序列结构影响规律，减少结构缺陷，实现通用PVC树脂的质量提升，使加工性能、热稳定性、单体残留率等质量指标的显著提高。（2）通过研究PVC聚合工艺和聚合配方对PVC树脂的颗粒粒径、粒度分布、皮膜结构，孔隙率的影响，优化PVC树脂的颗粒形态，