近日，天津市科学技术奖揭晓
天津大学化工学院三项项目获一等奖
2025年度天津市科学技术奖发布，天津大学化工学院三项重要科研成果上榜！
其中黄国强教授团队牵头完成的
“催化反应精馏关键共性技术开发
及大规模工业化应用”项目
荣获天津市科技进步奖一等奖
“催化反应精馏”——这是一项听起来颇为“硬核”的技术，但它和每个人的生活息息相关，我们日常使用的手机、电脑所用的芯片，汽车油箱里的汽油，乃至建筑用的密封胶，其生产过程都可能受益于这项技术。
“简单说，我们做的就是把化工生产中的‘两步并作一步走’，让反应和分离在一个塔里同时完成。”黄国强教授这样概括他们的工作。
正是这个看似简单的思路，成功打破了国外长期的技术垄断，开发出具有完全自主知识产权的高性能催化反应精馏关键技术及装备，让中国成为全球催化反应精馏技术的重要引领者。
化工行业的“减肥”革命
化工分离过程有多耗能？一组数据令人触目惊心：在典型的石化化工生产流程中，分离环节的能耗占总能耗的40%到70%。传统工艺下，物料先在反应器里完成化学反应，再进入精馏塔进行分离提纯，流程长、能耗高、投资大。这不仅是经济账，更是一笔沉重的“碳负担”。
多晶硅生产工艺示意图（来源：网络）
催化反应精馏技术，正是针对这一痛点的一剂“猛药”。它将催化反应和精馏分离耦合在一个塔设备中完成，反应产物一边生成一边被分离出去，既提高了转化率，又省去了单独的分离流程。与国外传统技术相比，综合能耗显著降低，部分工艺降幅超过50%。
然而，催化反应精馏是化工、材料等领域的关键核心技术，长期被国外巨头垄断。核心设备怎么设计？高效催化剂怎么制备？工艺流程怎么优化？这些难题买不来、讨不来。
天津大学化工学院联合多家企业，历经多年协同攻关，在核心设备、关键材料和创新工艺上取得系统性突破，从基础理论到工业应用，逐一攻克了催化反应精馏的全链条技术难题。
在塔内“绣花”：从理论突破到核心装备
核心技术的第一道关卡，是塔内的“填料”。催化精馏塔需要在装填催化剂的同时，保证气液两相充分接触、高效传质。这相当于在同一个拥挤的空间里，既要当“反应器”，又要当“精馏塔”，还不能互相干扰。如何在毫米级的空间内实现精准调控，成为关键。
为此，团队提出了催化反应精馏过程的计算传质学方法，通过多尺度模型揭示塔内的流动与传递规律，进而开发了系列化催化规整填料技术。“有了计算传质学方法，我们就能在计算机里模拟塔内的每一寸空间发生了什么，不再需要一遍遍试错。”团队成员介绍，这一理论突破为后续工艺开发奠定了坚实基础。
第二道关卡，是催化剂的国产化。催化精馏需要大孔树脂催化剂，它既要催化活性好，又要强度高、寿命长，对制备技术要求极高。
团队协同合作单位开发了骨架结构与孔道结构协同调控的悬浮聚合技术、基于复合模板剂的双元制孔技术，制备出的系列化大孔树脂催化剂产品交换容量可达5.4mmol/g。“以前买国外的催化剂，价格昂贵、供货周期长，现在用我们自己的，性能更好、成本更低。”一位合作企业的技术人员说。
从理论模型到核心装备，从催化剂到成套工艺，一个完整的自主技术体系逐步成形。项目成果整体技术经张锁江院士为专家组评价，达到国际领先水平。
从“跟跑”到“领跑”：硅烷制备工艺站上全球之巅
如果说前两项成果解决了“能用”的问题，那么高纯硅烷歧化反应精馏一体化技术的发明，则让中国技术实现了历史性跨越。
高纯硅烷是制造多晶硅的关键原料，而多晶硅又是光伏电池和半导体芯片的基础材料。过去，这一领域长期被国外工艺主导，我国在高纯硅材料制造上受制于人。
天津大学团队另辟蹊径，联合协鑫集团在国际上首创了硅烷歧化反应精馏一体化技术，将反应与分离深度融合。
↑歧化反应精馏一体化技术替代传统反应加分离路线
这项突破彻底改变了行业格局：与国外传统工艺相比，能耗降低了70%以上。目前，基于该技术建成的硅烷生产线年产能达60万吨，占全球总产能的90%以上，推动我国在高纯硅材料制造领域实现了从“跟跑”到“领跑”的历史性跨越。这一成果有力支撑了我国光伏和半导体产业的发展。
与此同时，团队发明的氯硅烷反歧化反应精馏技术，将单程转化率从70%一举提升至99%以上，实现了二氯硅烷副产物几乎完全转化。
项目成果评价会上，以张锁江院士为组长的专家组给出了权威结论：“项目成果打破了国外催化精馏技术垄断，促进了光伏产业和石化化工行业的技术升级和进步，整体技术达到国际领先水平。”
130套装置背后的“中国方案”
一项技术好不好，市场最有发言权。该项目成果不仅局限于硅材料领域，还在清洁油品生产、资源高效利用等多个国家重要产业方向实现成功应用。
在汽油品质升级领域，团队开发的轻汽油醚化首套国产化技术，已应用于25套工业装置，国内市场占有率超过65%；在提升燃油辛烷值领域，开发的MTBE新技术应用于48套装置；在精细化工领域，叔丁醇脱水、烯烃叠合等多项新工艺相继建成国内首套装置，均较传统工艺能耗降低50%以上。
截至目前，项目技术已推广至国内外130套工业装置，近三年新增已统计销售额约192亿元。更令人关注的是，项目成果“有力推动了颗粒硅技术在多晶硅行业应用的重大突破，使其碳当量下降了70%以上”。
数字的背后，是一条条拔地而起的生产线，是一批批走出国门的“中国制造”装备。天津大学团队用几十年如一日的坚守，实现了从受制于人到自主可控、再到全球引领的跨越。
↑改良西门子法制备多晶硅的精馏、反歧化反应精馏装置
在天津南港工业区，一位从事新能源材料生产的企业负责人告诉记者：“有了国产催化精馏技术，我们的生产成本大幅下降，产品质量更加稳定。最重要的是，碳足迹明显减少了——这在出口时越来越重要。” 催化反应精馏听起来冷冰冰，但它所承载的温度却很真实。
从保障国家能源安全到服务“双碳”战略，从支撑光伏产业崛起到助力芯片材料自主可控，催化反应精馏这项“硬核”技术正在多个战场发挥作用。更难能可贵的是，项目构建了完整的“产学研用”协同创新体系，培养了一批高水平科研与工程技术人才，为我国化工行业的绿色低碳转型和高质量发展提供了坚实的技术与人才支撑。
天津大学化工学院团队实验室里走出的中国方案，证明了一个朴素的道理：关键技术等不来、买不来、讨不来，唯有牢牢掌握在自己手中，才能真正守护好国家产业链的安全与韧性。
