图为在山西天脊集团的超重力选择性脱硫设备，比美国同类技术选择性高28.5%。
今年以来，我国发生大范围持续雾霾天气。11月1日，中国气象局举行新闻发布会宣布：2013年我国平均雾霾天数52年来最多。
12月2日，中国华北至江淮一带空气质量较差，达到重度污染至严重污染级别，中央气象台继续发布霾黄色预警和大雾黄色预警。不过随着冷空气的侵入，大风劲吹，雾霾也会“遁形而逃”，蓝天白云的好天气将回归。
难道除了靠风驱散雾霾，我们就对这一无形杀手无能为力了吗？作为一项化工技术的重大发明——超重力，在山西这个煤炭化工大省雾霾源头治理领域正在逐渐发挥重要作用。
最近一个月间，一则超重力可以助力大气PM2.5源头治理的消息不胫而走。这与10月30日中北大学校长刘有智教授因其主持的超重力化工科学与技术研究成果突出获得2013年度何梁何利基金科学与技术创新奖密切相关。这在节能减排呼声高涨的当下，获此殊荣后，刘有智和他致力研究的超重力技术立刻引起了业界的极大关注。那么，超重力能有效治理雾霾吗？
“超重力工业废气净化技术可对各种工业固体废弃颗粒和粉尘形成极强的捕获能力，成为源头消除雾霾的‘利器’，获得多个国家科技进步奖项，多项工业化应用填补了世界空白。”刘有智说。他长期从事超重力化工科学与技术研究，建立完善了气—液分离与反应成套技术。他告诉记者：“采用超重力技术源头治霾真的行！”
化学工业的“晶体管”
“超重力技术作为新型过程强化技术，与传统化工技术相比，具有传递效率高、设备体积小、占地少、气相压小、液体利用率高、能耗低等优势，是节能减排降耗及资源有效利用的一流技术，是大型化工装置小型化、微型化的核心技术，可用于一些传统技术不能胜任的场合。因此，它被喻为‘化学工业的晶体管’，是跨世纪的新技术 。”山西省超重力化工工程技术研究中心常务副主任祁贵生表示，这种技术在雾霾的防治上正逢其时。
国外从20世纪80年代初开始了超重力的相关研究工作，侧重于超重力分离技术的应用开发，重点研究项目包括超重力精馏分离、超重力吸收分离、超重力解吸分离等技术，并在化工、能源领域实现了工业化应用。我国开始这项前沿技术的研究是在上世纪90年代初，目前在世界超重力技术的研究和应用开发领域占有重要地位，在超重力反应工程等方面具有国际领先水平。
北京化工大学教育部超重力工程研究中心的油田注水脱氧，是超重力技术在国内的第一个工业化应用实例；浙江工业大学开发出的一种动、静折流圈镶嵌的旋转床设备，主要应用于化学工业中的精馏、吸收、解吸、除尘以及气液、液液化学反应等化工单元操作；华南理工大学在逆流型超重力旋转填料床基础上，自主开发了错流型多级雾化超重力旋转床；中北大学超重力中心开发的超重力除尘技术已成功应用于煤化工生产过程中的燃煤锅炉除尘、富铵钙粉尘回收等领域，从研究开发到工业应用领域已取得了可喜的成果。
“什么是超重力化工技术呢？我们通俗地说，就是靠旋转填料床的高速旋转，把气体和液体、液体和液体两相流体，放在一种模拟的超重力环境下来完成混合、反应、分离。我们靠一个旋转填料床模拟了上百或上千倍重力加速度的超重力场，通过大量的实验研究，体积传质系数提高了1～3个数量级，意味着效果可以增加上千倍。”山西省超重力化工工程技术研究中心副主任焦纬洲介绍说。
他举例说，40米高的塔用超重力装置代替之后，只需要3.5米的高度，设备体积缩小至1/70，节能降耗是非常明显的，大大节省设备原材料、催化剂，这已经得到了很多工程的实践证明。
“如今，雾霾天气已成了人们心头之患，而产生雾霾的一个重要根源，就是各种工业固体废弃颗粒和粉末。有没有这样一种机器和技术，能将它们吸收、消除呢？我们说，有！”记者在参观山西省超重力化工工程技术研究中心时，该中心副主任焦纬洲说，“中国的超重力技术是全世界领先的，这是不容质疑的。我们将超重力技术应用到化工过程中，在助力节能减排方面已经取得显著的经济和社会效益。面对雾霾这个‘难啃的骨头’，超重力技术应该发挥其应有的作用。”
图为应用于山西北方兴安化学工业有限公司的硝烟治理工程超重力装置。
中北大学超重力中心开发的超重力除尘技术已成功应用于山西天脊煤化工集团复肥装置，除尘效率达到了99%以上。
雾霾治理新“利器”
实验室里，超重力技术可以实现上千倍的传质效果，在工业化的应用怎么样呢？记者对采用该成果的山西部分化工企业专程进行了采访。
记者首先来到了能够展示采用超重力成果的山西天脊煤化工集团。据了解，该集团由“六五”期间成套引进8个国家11项专利技术形成合成氨生产能力，因缺乏高浓度CO2中脱除H2S的高选择性技术，自1987年投产以来，大型合成氨生产过程中排放的含H2S和CO2的废气始终未能得到治理。企业也做过一些尝试，但实际运行结果大都达不到工艺指标要求，新型脱硫(除尘)技术及设备的研究与开发成为当时迫切需要加强的环保科研课题之一。
“这个技术的研发与工业化应用，大家应该是不谋而合的。”天脊集团合成氨厂回收车间主任王晓波指着正在运行的4台超重力机说。
据他介绍，该脱硫工程先期采用两个超重力机，直径1.4米、高3.5米，代替了脱硫塔，采用首创的大通量、低气阻错流超重力高选择性脱硫技术，处理量21000立方米/时，废气中CO2浓度99%，H2S浓度10600毫克/立方米。工程实施后，脱硫率大于90%，CO2脱除率为0.3%～0.5%，与美国Glitsch and Fluor公司天然气选择性脱硫技术中CO2脱除率0.7%相比，选择性提高28.5%，年减排H2S近700吨，回收硫黄600多吨，吨硫碱耗仅0.5吨。这解决了多年来困扰该企业的难题，弥补了大型合成氨装置成套引进国外技术的不足。
“设计院曾对这个系统做了一个比对，比如是空气或者是含硫化氢的体系来对比，3.5米直径、40米高度的塔，用3米的超重机就能完成。原来塔设备要进1200立方米的液体，从地面打到40米高度，超重机仅用300立方米的液体，体积是原来的1/4，高度是原来的1/10，做功能耗是原来的1/40，所以节能是非常可观的。这个完成后，CO2吸收率在5％。以内，所以真正做到了简单条件下的超重力选择性脱硫。在天脊集团的选择性脱硫设备比美国同类技术选择性高28.5%，价格低50%以上，实现了低成本、高选择性脱硫的重大突破。”山西省超重力化工工程技术研究中心副主任袁志国说。
在天脊集团采用超重力装置的不止一处，记者看到，中北大学超重力中心开发的超重力除尘技术已成功应用于煤化工生产过程中的燃煤锅炉除尘、富铵钙粉尘回收。
“在生产过程中采用转鼓流化床造粒工艺，排出尾气中含有3000毫克/立方米的硝酸铵钙产品，气量为43000毫克/立方米，尾气的直接排放造成了部分产品的流失，同时也污染环境，急需治理。但由于该尾气气量大，粉尘颗粒细小，常规方法除尘效果很差，除尘设备极易堵塞，不能长期正常运行；同时，厂房内高度仅有5米，富铵钙生产装置在22米高的平台上，空间位置十分有限，传统除尘设备因除尘效率与空间布置问题而不可行。”天脊集团复肥厂一车间主任郭卫东说。
“后来我们采用了中北大学超重力除尘技术及其设备净化富铵钙尾气，超重力除尘装置直径1.6米、高3.5米，安装在了生产现场的室内，满足了厂房内布置的需要。长期运行结果表明超重力除尘装置除尘效果良好，出口气体中含尘量仅为5毫克/立方米，除尘效率达到了99%以上，满足了环保要求。循环水量仅为12吨/时，吸尘后的液体可进入生产工序，回收了产品。”郭卫东告诉记者。
谈到超重力技术，另一个成功案例是应用于山西北方兴安化学工业有限公司的超重力法净化硝烟技术。据企业车间李主任介绍，德国的公司都是8千克、6千克尾气加压的，因为现在我们国家有几家企业还是在常压应用硝酸，包括火炸药生产、催化剂生产，常压排放的硝烟浓度很大。常压下怎么脱？能不能把氮氧化物处理掉？超重力技术在其中发挥了作用。
“在火炸药系统，我们以前叫黄烟，在大型炸药厂做了实验，2万多毫克/立方米用超重机能够使它百分之四十几的稀硝酸通过两级或者三级处理，使得氮氧化物达到欧洲的排放标准。我们因此独创了超重力常压净化高浓度NOx废气技术，实现了低成本、低投资，现在已经实现工程化应用。超重力净化硝烟技术成功应用后，净化后NOx浓度＜240毫克/立方米，低于国家标准（GB16297-1996）1400毫克/立方米的排放限值，综合技术经济指标优于国外加压净化技术，其中投资为加压吸收技术的1/4；运行费为加压技术的21％，年节省570万元。替代引进国外加压净化技术，获国家发明专利1项，还填补了这一领域的科技空白。就这样，昔日高耸烟囱上的‘黄龙’，由浓到淡永远地‘飞’走了。” 李主任告诉记者。
目前，中北大学构建的脱氨除湿错流超重力技术，成功开发磁力驱动超重力装置和亲水、亲油高表面润湿率填料，攻克了强腐蚀条件下的动密封和填料润湿性等工程化难题，建成国内外最大的错流超重力装置，生成硝铵溶液进入生产工艺系统回用，实现高效脱氨除湿，经济效益和环境效益显著，并成功应用于金正大等企业的脱氨工程。这些超重力相关成果在化肥、煤化工、军工等20多家企业得到广泛应用推广，减排大气污染物6.8万吨，回收产品创收1.82亿元，经济效益8.3亿元，提质、节能、降耗、减排效果显著，促进行业科技进步和技术跨越发展。
超重力除尘技术还推广应用于贵州、新疆、山西等地，取得显著的经济和环境效益。目前，有多家企业与中北大学超重力中心达成了超重力除尘合作意向，该项目的推广应用对我国的大气污染治理必将起到积极的推动作用。
专利保护成助推器
“对于治理环境污染，一方面要加强人们的环保意识，另一方面则需依靠专利技术及高科技力量解决污染源。”刘有智说。日渐重视超重力研究的国家和地区已从最早开始的英国迅速扩展至中国、美国、印度、澳大利亚等。美国、德国等发达国家已将这一技术列为21世纪化学工程优先发展的领域。
在国内，自1984年汪家鼎院士在第二届高校化学工程会议上作了关于超重力技术及其应用前景的报告后，北京化工大学、中北大学、华南理工大学、浙江工业大学等高校竞相对这方面进行了基础应用研究工作。许多应用技术达到了国际领先或先进水平。在国内包括超重力技术在内的化工过程强化目前已成为实现化工过程高效、安全、环境友好、密集生产，推动社会和经济可持续发展的新兴技术。
在超重力等自主技术的开发过程中，知识产权保护至关重要。近年来国家及地方出台的有关环境保护的相关法律、法规及政策中，知识产权成为其中的重要组成部分。从2012年10月国家发展和改革委员会、环境保护部、财政部联合发布我国首部《重点区域大气污染防治“十二五”规划》，到今年9月国务院发布《大气污染防治行动计划》，都提出要加大对自主知识产权的相关技术的研发，其中《重点区域大气污染防治“十二五”规划》提出了包括专利研发及技术改造经费在内的多项工程，“十二五”总投入约达3500亿元。
随着国家多项政策的出台和各地政府的政策引导，特别是在知识产权方面的支持，国内外科技工作者、企业和科研院所对超重力技术的广泛关注和认识程度的提高，超重力技术将不断扩展应用领域，可望在磺化、硝化、卤化等快速反应，液液接触与反应，节能降耗等领域产生深刻的影响，将不断向紧凑、高效、节能的方向发展，极大降低化工产品成本，为化工行业提效注入新动力。
“当然，加大防治雾霾技术的专利研发力度，需要国家政策给予大力支持，还需要地方政府和社会各方面的重视。我建议，在修改环境保护法、大气污染防治法，以及出台一些更具体的法规政策中，还要进一步强调自主知识产权的作用，引导产学研各方面加强技术创新，以知识产权打造绿色产业、生态产业，从源头上防治雾霾。”记者发现，在刘有智近期的一份超重力研究与发展报告里，他在这段话下面画上了红色的波浪线。
11月23日，山西太原市笼罩在雾霾中。
