過程工業涉及鋼鐵、有色、化工、建材等重要行業，經過上百年研究實踐形成了大規模連續化生產過程，流程復雜、集成度高、工藝相對固化，牽一發而動全身。要對這些傳統工藝進行變革，涉及從基本原理到工藝過程的多層次、多尺度系統創新。

 

　　以鋼鐵行業為例，其碳排放主要集中在煉鐵環節，即用碳把鐵礦石還原成鐵，礦石中的氧和碳生成二氧化碳排放出來。為降低這一關鍵環節的碳排放，發展更加先進、綠色的“氫冶金”將是鋼鐵行業低碳綠色發展的重要方向。從原理上看，“氫冶金”就是用氫替代碳作為冶金過程的燃料和還原劑。然而，想要真正實現“氫冶金”大規模工業化生產，遠不止修改化學反應方程式那樣簡單，還將面臨一系列基礎科學及工程難題。用氫替代碳之后，物質在高爐、轉爐、豎爐中具有什么樣的傳遞和反應機理及規律？各個環節又如何環環相扣？研究清楚這些基礎科學問題，需要過程工程這臺“發動機”加足馬力，最終創造出可以工業化的新工藝。

 

　　另一個例子是石油化工中的催化裂化。傳統的催化裂化是在熱和催化劑的作用下使原油發生裂化反應，轉變為汽油、柴油、烯烴、芳烴等。隨著電動汽車行業的快速發展，未來汽油、柴油需求將大幅降低，原油多產化學品（烯烴、芳烴等）成為催化裂化的新發展方向。如何在流化床反應器中實現反應與傳遞的匹配，特別是小分子和大分子如何在一個反應器中實現高效裂解和重構，是過程工程研究需要突破的核心問題。只有使反應器中的每一個顆粒、每一個反應、每一次傳遞都盡在掌握，方能實現精準調控，從而有效支撐石油化工行業的綠色低碳變革。

 

　　還有一個重要的例子是合成氨。一直以來，工業合成氨采用傳統的“哈伯法”，通過兩步化學反應獲得氨。第一步，煤氣化或天然氣經蒸汽重整制備氫氣；第二步，氫氣與由空氣經深冷分離獲得的氮氣，在高溫高壓條件下合成氨。兩步反應均排放二氧化碳，其中第一步制氫過程是主要碳排放源。將來，第一步可以采用可再生的電能通過電解水制取氫，第二步可以用氫氣與空氣經膜分離獲得的氮氣，通過電熱催化合成氨，以大幅降低二氧化碳排放。再進一步，采用綠電催化氮氣和水在溫和條件下直接合成氨，則可能實現合成氨行業二氧化碳的零排放。更進一步，從煙氣或工業尾氣中獲取二氧化碳合成尿素，就變成了“負碳”過程。當然，這些想法要變成現實，絕不能僅僅停留在化學反應方程式層面的創新，反應器創新和工藝過程創新至關重要。必須弄清楚新工藝每一個環節中物質和能量如何傳遞、如何轉化、如何實現多尺度過程的精準調控，才能從實驗裝置放大至工業裝置，在實現減碳的同時產生巨大的經濟效益。 內-容-來-自；中_國_碳_0排放￥交-易=網 t an pa i fa ng . c om