国家技术发明奖推荐项目一.docx

1、国家技术发明奖推荐项目一项目名称：基于微流场反应技术的生物基无毒增塑剂及其衍生物连续绿色制造推荐意见（中国石油和化学工业联合会推荐）：微流场反应技术可实现反应传质传热及速率数量级的提升，并借助反应场微型化提升过程安全性。该技术可有效地解决生物基无毒增塑剂传统间歇工艺存在的生产安全性差、过程难以控制、产品质量差等问题，并能实现环氧增塑剂衍生产品生物基聚氨酯硬泡多元醇的高效制备，为增塑剂产业无毒化转型升级及衍生应用提供技术支撑。但MFS技术在复杂有机化工体系中的规模化工程应用的国际共性难题，致使其在生物基无毒增塑剂及其衍生物产业中仍未获得应用。项目在国家973计划、校企合作项目的支持下，经多年攻关

2、，突破尺度放大与尺度效应难以同步保持、多单元系统集成困难、高效工程装备缺失等技术瓶颈，在江苏雷蒙化工科技有限公司、江苏向阳科技有限公司及张家港市飞航科技有限公司实现了基于微流场反应技术的高品质柠檬酸酯产品、环氧脂肪酸甲酯产品及生物基聚氨酯硬泡多元醇产品的稳定生产，产品通过中国、美国、欧盟等国内外权威机构的认证，在国内外多家企业获得应用，技术居国际领先水平。项目相关技术共申请国家发明专利32项，其中授权专利21项，发表SCI论文11篇，为推动微流场技术的规模化应用及增塑剂产业的无毒化转型及衍生应用作出了重要贡献。近三年新增销售额达16.28亿元，新增利税2.58亿元；曾获中国石油和化学工业联合会

3、技术发明一等奖和科技进步一等奖。经审查，项目推荐书及附件材料真实有效，相关项目填写符合国家科技奖励要求，候选人、候选单位、知识产权和应用单位经公示无异议。项目简介：生物基无毒增塑剂是增塑剂产业（约300万吨/年）绿色无毒化转型升级的重要品种，有力地保障了1900万吨/年PVC产品的健康安全性，同时广泛用于橡胶、尼龙、涂料等产业，涉及产值超万亿元。其代表性产品乙酰柠檬酸三丁酯、环氧植物油脂已获得美国食品药品安全局无毒认证，满足常规塑料制造需求，具有安全环保、高效固碳等优势；此外，由环氧植物油脂衍生可制备生物基聚氨酯硬泡多元醇，可有效解决现行聚醚多元醇产品（约100万吨/年）对环氧丙烷等资源的过度

4、依赖、制造安全性差等问题。然而，上述产品制造涉及技术面宽、装备要求高、工程化难度极大，突出表现：1）环氧植物油脂生产过程安全性差，已成国际共性难题；2）国际上尚无可全替代型生物基聚氨酯硬泡多元醇；3）我国乙酰柠檬酸三丁酯纯度、色泽等核心质量指标低，制约下游应用。上述问题的技术本质是间歇工艺导致的安全性差、转化效率低、过程难以控制，亟待利用微流场反应技术（MFS）实现生产连续化、绿色化和微型化。但尺度放大与尺度效应难以同步保持、系统集成困难、工程装备缺失，导致在复杂有机化工体系中的规模化应用，仍是MFS技术领域的国际共性难题。基于此，项目进行如下发明：1、发明基于流场结构优化的微尺度效应调控方法

5、，创制系列高匹配型流场结构，将边界尺度拓展至厘米级别，使单流场通量达到万吨/年规模，在国际上率先实现MFS技术的规模化应用，完成年产环氧植物油脂30000吨、柠檬酸酯50000吨、生物基聚氨酯硬泡多元醇30000吨；而国际上，如Bayer、DSM等公司，MFS技术在有机化工体系中的应用集中在百公斤-百吨/年规模；2、发明基于MFS技术的反应-反应耦联技术和MFS单元与传统化工单元耦联技术，强化产品质量稳定性和过程精确控制，构建国内唯一稳定生产质量达到国际标准的柠檬酸酯技术，产品占国内高端市场95%以上，迫使美国Vertellus、德国JBL等公司退出中国市场；获得国际上首款全替代生物基聚氨酯硬

6、泡多元醇，在性能和成本方面全面超越石化产品，而BASF、Dupont、Dow等企业的同类产品替代率不足50%；3、针对微流场工程装备缺失，发明工艺研发与设备研制相协同的装备开发模式，在国际上率先开发系列高匹配、大通量、低成本微流场工程装备，大幅提升装备与工艺匹配性，通量是Corning、IMM、VapourTec等国外设备的10倍以上，设备成本不足其5%，填补我国微流场工程装备领域空白。通过上述发明，实现环氧脂肪酸甲酯、生物基聚氨酯多元醇、乙酰柠檬酸三丁酯总计11万吨/年的绿色生产，为我国无毒增塑剂产业及其下游衍生应用行业的发展提供技术支持和物质基础。项目申请发明专利33项，获授权发明专利23

7、项，发表高水平论文11篇；近三年新增销售16.3亿元，新增利润2.6亿元，产品在多家国内外企业获得应用；曾获中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖和科技进步一等奖。客观评价：（1）科技成果鉴定项目工作关于环氧植物油脂增塑剂产品的工作于2016年4月通过了中国石油和化学工业联合会的科技成果鉴定，以陈洪渊院士为组长的鉴定委员会一致认为项目工作“在单通道微流场反应器的装备技术及工程应用方面达到国际领先水平”。项目工作关于柠檬酸酯类增塑剂产品的工作于2012年5月通过了中国石油和化学工业联合会的科技成果鉴定，以谭天伟院士为组长的鉴定委员会一致认为：“生产工艺节能减排效果突出，产品质量达到国际先进水平”

8、。（2）国际同行评价项目采用微流场反应技术及其装备，实现了系列生物基无毒增塑剂及其衍生物生物基聚氨酯硬泡多元醇的高效、安全、绿色制造，实现了过程安全性强化、产品质量提升和节能减排。相关工作先后发表在ACS Sustainable Chem Eng，Ind Eng Chem Res，Polym Chem等著名期刊，被Chem Soc Rev, Angew Chem Int Edit, J Am Chem Soc, Green Chem等高水平评论和报道，获得国际有机化学门户网站Organic Chemistry Portal报道，受到国际学术界和产业界的广泛关注。学术界评价：微流场反应技术研究领

9、域的权威专家NMMU Institute for Chemical Technology首席科学家Paul Watts教授认为项目工作“对在全球范围内推动微流场技术在化工领域的应用起到重要作用（inspires industry in the fields of organic chemistry and chemical engineering around the world to adopt continous manufacturing）”；微流场反应技术领域专家荷兰特温特大学Willem Verboom教授评价项目关于微流场反应技术的工程化工作“不但重要，而且具有独创性（not on

10、ly very important, but also unique）”；荷兰爱因霍芬理工大学Timothy教授认为项目“采用微流场反应技术强化了环氧化反应的过程安全性和提升了反应效率，为环氧化等强放热反应的过程强化提供借鉴”；生物基材料专家加拿大多伦多大学Suresh Narine教授认为项目工作“生物基聚氨酯硬泡多元醇的开发开辟了植物油的下游产业链”。产业界评价：全球首家微流场装备制造企业英国VapourTec公司创始人Dr. Duncan Gutherie评价项目工作“实现了国际上最大规模的微流场反应过程，对推动微流场技术从学术到产业的转化具有重要意义（Guos work plays a

11、 significant role in transferring microflow technique from academia to industry）”，该公司投入设备、资金与项目团队联合共建微流场装备研究实验室；荷兰BuChem公司CEO Nico Alemans评价项“微流场工作对精细化工产业发展具有重要推动作用（Guos work inspires industry in the fields of organic chemistry and chemical engineering in China and also Europe）”；微流场装备制造企业Chemtrix公司C

12、EO Charlotte Wiles博士认为项目微流场工作“具有成为复杂有机化工反应革命性新技术的潜力（to reveal the technologies potential for revolutionising the way complex sythetic transformations）”。（3）国际质量认证SGS质量认证：项目产品环氧脂肪酸甲酯和乙酰柠檬酸三丁酯作为出口产品，通过SGS认证。其中，项目开发的乙酰柠檬酸三丁酯为国内该产品唯一通过SGS认证的产品。SGS是Societe Generale de Surveillance S.A.的简称，创建于1878年，是世界上最大、

13、资格最老的第三方产品质量控制和鉴定的跨国公司，按照美国、欧盟等国际检测标准提供全面测试，并出具具有广泛认可的权威检测报告。REACH认证：项目产品乙酰柠檬酸三丁酯作为出口欧盟产品，通过了欧盟的REACH认证，为国内唯一通过REACH认证的乙酰柠檬酸三丁酯产品。REACH是Registation, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals的简称，是欧盟与2007年6月起实施的化学品监管制度，旨在保护人类健康和环境安全，保持和提高欧盟化学工业的竞争力，以及研发无毒无害化学品的创新能力。其他国际认证：项目产品环氧脂肪酸甲酯和乙酰柠檬

14、酸三丁酯均通过了ISO9001质量管理体系认证、ISO14001环境管理体系认证等一系列国际认证，符合国际标准生产规定。其中乙酰柠檬酸三丁酯作为食品包装及烟草添加剂等领域的应用产品，通过了国际标准ISO22000食品安全管理认证。（4）国内权威部门认证与检测项目开发的环氧脂肪酸甲酯、植物油聚氨酯多元醇及乙酰柠檬酸三丁酯产品质量均经过国家权威部分检测，检测结果如下：环氧脂肪酸甲酯：经化学工业助剂质量监督检验中心检测，环氧值4.4%，酸值0.5mgKOH/g，碘值2.4%，色度80号及其它指标均优于行业标准。生物基聚氨酯硬泡多元醇及发泡产品：生物基聚氨酯硬泡多元醇经浙江中科院应用技术研究院分析测试

15、中心检测检测，羟值410mgKOH/g，粘度3000cp；其发泡材料经中国聚氨酯工业协会聚氨酯泡沫分析测试中心检测，发泡产品压缩强度200kPa，导热系数22.0mW/mK，尺寸稳定性低温（-30）小于0.1%，高温（70）0-0.4%等，均优于同类产品。乙酰柠檬酸三丁酯：经浙江中科院应用技术研究院分析测试中心检测，纯度达99.5%，色泽10号，酸值0.043（mgKOH/g），水分0.068%等，各项指标优于国际同类产品及国际标准）。推广应用情况1推广应用情况1.1 项目技术的应用情况本项目针对我国无毒增塑剂产业及其衍生物生物基聚氨酯硬泡多元醇产品面临的核心技术问题，通过微流场反应技术及过程

16、装备等系统创新，先后在：1）江苏向阳科技有限公司（原江阴市向阳科技有限公司）实现环氧脂肪酸甲酯30000吨/年的连续化绿色生产，大幅提升过程安全性，节约双氧水用量26%，优于德国Galata、日本Adeka Argus等公司； 2）张家港市飞航科技有限公司实现生物基聚氨酯硬泡多元醇产能30000吨/年连续化生产，获得全球唯一能够实现对石化基聚醚多元醇全替代的生物基聚氨酯硬泡多元醇产品，而BASF、Dupont、Dow等企业的同类产品的替代率不足50%。扩建80000吨/年生产线，预计2017年完成试车；3）江苏雷蒙化工科技有限公司实现乙酰柠檬酸三丁酯50000吨/年转化，构建亚洲最大规模柠檬酸

17、酯生产线，是唯一质量达到国际标准的国内企业，占国内高端柠檬酸酯产品市场份额95%以上，使美国Vertellus、德国JBL等公司退出中国市场，并形成出口；扩建50000吨/年生产线，于2016年10月完成试车；4）项目产品近三年新增销售额16.28亿元，新增利润2.58亿（表3）。1.2 项目产品的推广应用1）项目生产的高品质环氧脂肪酸甲酯、乙酰柠檬酸三丁酯作为生物基增塑剂，在食品包装、医疗器械、儿童玩具、PVC板材、环保材料等行业获得诸多应用，下游用户包括智利Sunchemical S.A.、新加坡P.T. Musin Mas Group、荷兰Patech Fine Chemical、广州鼎

18、天玩具、上海麒麟塑料等国内外多家企业；2）项目工作将环氧脂肪酸甲酯、乙酰柠檬酸三丁酯进一步拓展至卫生用品、无毒油墨等领域，在世界五百强前十的法国Total公司子公司Bostik、韩国IL Shin Wells、及我国最大的油墨制造企业洋紫荆油墨有限公司等国内外企业获得应用；3）项目对环氧植物油脂衍生制备的生物基聚氨酯硬泡多元醇，在国内最大的聚氨酯硬泡硅油生产企业南京美思德新材料有限公司等多家企业获得应用；4）整体而言，项目产品在国内外三十余家企业获得应用（，据不完全统计，项目产品下游应用产生的经济效益超过百亿元/年。主要知识产权目录1.代表性学术论文1) Wei He, Zheng Fang,

19、 Qitao Tian, Dong Ji, Kai Zhang, Kai Guo*; Two-stage continuous flow synthesis of epoxidized fatty acid methyl esters in a micro-flow system; Chemical Engineering and Processing; 96; 39-43; 2015.2) Wei He, Zheng Fang, Dong Ji, Kai Zhang, Kai Guo*; Optimization of biodiesel production by continuous m

20、icroflow system with online separation; Monatshefte fur Chemie; 145(1); 223-227; 20143) Wei He, Zheng Fang, Dong Ji, Ketao Chen, Zhidong Wan, Xin Li, Haifeng Gan, Shigui Tang, Kai Zhang, Kai Guo*; Epoxidation of Soybean Oil by Continuous Micro-Flow System with Continuous Separation; Organic Process

21、Research & Development; 17(9); 1137-1141; 2013.4) Dong Ji, Zheng Fang, Wei He, Kai Zhang, Zhenyang Luo, Tingwei Wang, Kai Guo*; Synthesis of soy-polyols using a continuous micro-flow system and preparation of soy-based polyurethane rigid foams; ACS Sustainable Chemistry & Engineering; 3(6); 1197-120

22、4; 2015.5) Wei He, Zheng Fang, Qitao Tian, Weidong Shen, Kai Guo*; Tandem, Effective Continuous Flow Process for the Epoxidation of Cyclohexene; Industrial & Engineering Chemistry Research; 55(5); 1371-1379; 2016.6) Xin Li , Anbang Chen , Yangzhi Zhou , Lingling Huang , Zheng Fang , Haifeng Gan , Ka

23、i Guo*; Two-Stage Flow Synthesis of Coumarin via O-Acetylation of Salicylaldehyde; Journal of Flow Chemistry; 5(2); 82-86; 2015.7) Chenjie Zhu, Chenglun Tang, Zhi Cao, Wei He, Yong Chen, Xiaochun Chen, Kai Guo, Kai，Hanjie Ying*; Fully Automated Continuous Meso-flow Synthesis of 5 -Nucleotides and De

24、oxynucleotides; Organic Process Research & Development; 18(11); 1575-1581; 2014.8) Dong Ji, Zheng Fang, Wei He, Zhenyang Luo, Xiubo Jiang, Tingwei Wang, Kai Guo*; Polyurethan foams formed from different soy-based polyols by the ring opening of epoxidised soybean oil with methanol, phenol, and cycloh

25、exanol; Industrial Crops and Products; 74; 76-82; 2015.9) Wei He, Zheng Fang, Kai Zhang, Xin Li, Dong Ji, Xiubo Jiang, Chuanhong Qiu and Kai Guo*; Continuous synthesis of a co-doped TiO2 photocatalyst and its enhanced visible light catalytic activity using a photocatalysis microreactor; RSC Advances

26、; 5; 54853-54860; 2015.1). Jiajia Gu, Zheng Fang, Chengkou Liu, Zhao Yang, Xin Li, Ping Wei, Kai Guo*; A two-step continuous flow synthesis of amides from alcohol using a metal-free catalyst; RSC Adv; 5; 5901459019; 2015.11) Chengkou Liu, Zheng Fang, Zhao Yang, Qingwen Li, Shiyu Guo, Kai Zhang, Ping

27、kai Ouyang, Kai Guo*; Highly practical oxidation of benzylic alcohol in continuous-flow system with metal-free catalyst; Tetrahedron Letters; 56; 59735976; 2015.2.授权发明专利1 郭凯，方正，何伟，欧阳平凯. 用微反应器一步法制备环氧脂肪酸甲酯的方法. ZL201310006280.22 郭凯, 方正, 季栋, 欧阳平凯. 一种采用连续法制备植物油多元醇的方法. ZL201310247746.8 3 郭凯，张锴，方正，涂善东，巩建鸣，

28、欧阳平凯，陈嘉南. 一种连续亚微反应装置. ZL201410025192.14 郭凯,方正,季栋,欧阳平凯. 一种利用连续法制备植物油多元醇的方法. ZL201310229216.0 5 郭凯，袁爱邦，李昕，欧阳平凯，唐拾贵. 一种利用微通道反应器生产柠檬酸酯的方法. ZL201310436689.86 郭凯，方正，何伟，欧阳平凯. 一种制备高品质环氧大豆油的方法. ZL201210388840.07 郭凯，李昕，何伟，方正，欧阳平凯. 一种制备高品质环氧大豆油的方法. ZL201410532796.58 郭凯，周扬志，何伟，佘鹏伟. 一种合成乙酰柠檬酸酯的工艺. 201110248129.0

29、9 郭凯，张锴，涂善东，巩建鸣，欧阳平凯. 一种微芯片连接装置. ZL201310561247.6 10 郭凯，张锴，涂善东，欧阳平凯. 微型油水分离装置. ZL201310563198.X 11 郭凯，何伟，方正，欧阳平凯. 一种采用微反应器制备高品质环氧植物油的方法. ZL201410441289.012 李祥庆. 一种复合环氧增塑剂的制备方法 ZL201010236386.613 李祥庆. 一种无毒环保型环氧增塑剂的制备方法 ZL201010235389.X14 李祥庆. 利用废弃油脂生产环氧增塑剂的方法. ZL200710022603.115 郭凯, 方正, 李小林, 欧阳平凯. 一类

30、碱性氨基酸或酯的多元醇及其制备与应用. ZL201210410379.416 郭凯, 方正, 李小林, 欧阳平凯. 生物基吗啉酮多元醇及其制备方法与应用. ZL201310004748.417 郭凯, 李昕，袁爱邦，欧阳平凯，唐拾贵. 一种酸性聚合树脂类有序介孔材料及其制备方法与应用. ZL201310227730.018 郭凯，周扬志，佘鹏伟，何伟，李小林. 一种合成长链酰化柠檬酸酯的工艺. ZL201110350388.419 郭凯，何伟，周扬志，佘鹏伟. 一水合硫酸氢钠催化合成乙酰柠檬酸三丁酯一体化工艺. ZL201110191981.920 郭凯，周扬志，何伟，佘鹏伟. 活性炭固载硫酸

31、催化剂合成乙酰柠檬酸三丁酯一体化工艺. ZL201110191984.221 周永芳，曹立军，陈平，吴小良. 一种乙酰柠檬酸酯的提纯方法. ZL200610161532.922 周永芳，陈平，王志刚，曹立军. 一种柠檬酸酯的中和水洗连续化装置. ZL201210104744.923 郭凯，张锴，李振江，涂善东，巩建鸣，欧阳平凯. 一种碳纤维微芯片反应器. ZL201310514522.9主要完成人情况1.郭凯，排名1，副院长，省杰青，优青；工作单位：南京工业大学，完成单位：南京工业大学，是该项目主要负责人，提出总体技术思路对发明点1、2、3均有重要贡献。2.方正，排名2，副教授，工作单位：南京

32、工业大学，完成单位：南京工业大学。主持对发明点点1和2有贡献。3.李昕，排名3，工作单位：南京工业大学，完成单位：南京工业大学。对发明点2和3有贡献。4.周永芳，排名4，工作单位：江苏雷蒙化工科技有限公司，完成单位：江苏雷蒙化工科技有限公司。对发明点2有贡献。5.李祥庆，排名5，工作单位：江苏向阳科技有限公司，完成单位：江苏向阳科技有限公司。对发明点1和2有贡献。6.陈可泉，排名6，工作单位：南京工业大学，完成单位：南京工业大学。对发明点1和2有贡献。主要完成单位及贡献1.南京工业大学主持承担了国家 973 计划课题、校企合作项目等，参编国家与地方规范，对4个发明点均有贡献。2.江苏雷蒙化工科技有限公司对发明点2有贡献。3.江苏向阳科技有限公司对发明点2有贡献。4.张家港市飞航科技有限公司对发明点1有贡献。完成人合作关系说明南京工业大学子2009年以来一直与江阴市向阳科技有限公司（现已更名为江苏向阳科技有限公司）、江苏雷蒙化工