我國(guó)精細(xì)化工發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵控制技術(shù)分析

武立濤(遼寧省石油化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司)

一、我國(guó)精細(xì)化工發(fā)展現(xiàn)狀

201 3年中國(guó)國(guó)際精細(xì)化工及定制化學(xué)品展覽會(huì)（Spechem China 2013）于2013年11月18日至20日在上海光大會(huì)展中心成功舉辦。此展會(huì)是全球精細(xì)化工行業(yè)三大會(huì)展之一，也是在中國(guó)舉辦的唯一國(guó)際性精細(xì)化工展會(huì)。可以說(shuō)，精細(xì)化工已經(jīng)成為全球各國(guó)的戰(zhàn)略性發(fā)展行業(yè)。

1.存在問(wèn)題

技術(shù)研發(fā)后勁不足，生產(chǎn)技術(shù)水平不高。當(dāng)前，我國(guó)精細(xì)化工行業(yè)設(shè)備落后，技術(shù)研發(fā)周期太長(zhǎng)，研發(fā)力度不夠，資金投入不足，尚未形成完善的創(chuàng)新體系，真正具有實(shí)用性的精細(xì)化學(xué)品非常少，創(chuàng)新性不高，完全沒(méi)有形成核心競(jìng)爭(zhēng)力。

集中化程度不高，信息化水平太低。我國(guó)精細(xì)化工集中化程度非常低，大部分企業(yè)分散發(fā)展，難以產(chǎn)出高水平的精細(xì)化學(xué)品。精細(xì)化工行業(yè)本應(yīng)該與信息技術(shù)發(fā)展高度融合，但目前國(guó)內(nèi)精細(xì)化工尚處于力保生存的尷尬境地，根本無(wú)暇考慮信息化，這就嚴(yán)重制約了精細(xì)化工行業(yè)的良性發(fā)展。

2.制約因素

我國(guó)精細(xì)化工發(fā)展的核心制約因素是環(huán)境污染。大部分企業(yè)都“唯利是圖”，根本不考慮環(huán)境污染問(wèn)題，造成了大量資源浪費(fèi)，處理“三廢”的巨大成本已經(jīng)成為精細(xì)化工行業(yè)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)?？梢哉f(shuō)，環(huán)境污染不僅成為了人類可持續(xù)發(fā)展所面臨的巨大挑戰(zhàn)，而且也是制約精心化工發(fā)展的最大障礙。

二、精細(xì)化工過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)

統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）又稱統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制（SQC），是一種使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控工具，它對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，根據(jù)反饋信息及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常因素出現(xiàn)的征兆，并采取措施消除其影響，使過(guò)程維持在受控狀態(tài)。為對(duì)精細(xì)化工生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施SPC，需解決以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：

1.多種分布、多尺度SPC方法開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

PCA和PLS都是假設(shè)變量服從獨(dú)立同分布的高斯分布，但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的觀測(cè)數(shù)據(jù)服從何種分布事先并不知道，觀測(cè)數(shù)據(jù)是否服從假定的高斯分布需要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。事實(shí)上，采用基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法可從大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)中挖掘出數(shù)據(jù)的分布信息，而且事先不必做任何假設(shè)。目前已有一些方法可從數(shù)據(jù)中估計(jì)出概率密度函數(shù)，主要包括Histogram直方圖、核函數(shù)估計(jì)法、小波密度估計(jì)等。

2.非線性、動(dòng)態(tài)、多向PCA和PLS方法開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

間歇生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控比連續(xù)過(guò)程復(fù)雜，其測(cè)量數(shù)據(jù)是三維的（批次×變量×?xí)r間），而不像連續(xù)過(guò)程是兩維的。采用多向PCA和多向PLS可將三維矩陣通過(guò)切片展開(kāi)成二維矩陣，從而使利用PCA和PLS對(duì)間歇過(guò)程實(shí)施SPC監(jiān)控成為可能。但因間歇生產(chǎn)過(guò)程同時(shí)又是非線性、動(dòng)態(tài)非平穩(wěn)過(guò)程，因此采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等非線性模型，并通過(guò)計(jì)算各變量的自相關(guān)系數(shù)和確定各變量的時(shí)滯常數(shù)解決數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)性問(wèn)題，進(jìn)行非線性、動(dòng)態(tài)、多向PCA和PLS方法的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究。

3.自適應(yīng)、多變量SPC方法開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

理想狀態(tài)下，一個(gè)過(guò)程的運(yùn)行的均值和協(xié)方差都處于穩(wěn)定態(tài)勢(shì)，但實(shí)際上，兩者在過(guò)程運(yùn)行時(shí)也會(huì)發(fā)生漂移，而之所以會(huì)如此，主要是由于設(shè)備老化或原材料變化所導(dǎo)致的。相比于過(guò)程故障，這些問(wèn)題是緩慢發(fā)生的，雖然不會(huì)引發(fā)較大問(wèn)題，但隨著時(shí)間推移會(huì)導(dǎo)致誤診斷。為此，需要對(duì)過(guò)程均值和協(xié)方差加以及時(shí)調(diào)整，一般采取遞歸方法，將新的策略數(shù)據(jù)納入待處理數(shù)據(jù)矩陣之中，同加權(quán)移動(dòng)法實(shí)現(xiàn)主元分析，并采用移動(dòng)時(shí)間窗口的方法去適應(yīng)兩大參數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)、多變量SPC方法的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

三、精細(xì)化工發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

1.技術(shù)創(chuàng)新

近年來(lái)，各種新興技術(shù)被廣泛應(yīng)用于化工企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，比如反向工程、成分分析以及未知物剖析等技術(shù)，都有效推動(dòng)了化工企業(yè)的良性發(fā)展，為化工企業(yè)提供了全面的技術(shù)支持，為我國(guó)精細(xì)化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了有力的技術(shù)條件。技術(shù)的創(chuàng)新衍生了一個(gè)新興行業(yè)，即化工服務(wù)行業(yè)。近兩年以來(lái)，隨著分析技術(shù)的不斷發(fā)展和深化，許多新興技術(shù)的名詞并不具有真實(shí)意義，而新興的分析方法通常通過(guò)微觀譜圖對(duì)未知成分加以分析和判定，而以此方法命名的“微譜分析”開(kāi)始發(fā)展成為一個(gè)行業(yè)。整體來(lái)講，微譜分析屬于新興的分析技術(shù)，屬于一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新成果，對(duì)我國(guó)精細(xì)化工發(fā)展有著非常重要的作用?；仡櫸覈?guó)化工行業(yè)的發(fā)展歷程，可以看到，大部分化工企業(yè)都以生產(chǎn)為主，技術(shù)研發(fā)力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，同西方化工企業(yè)之間的實(shí)力差距非常懸殊。而微譜分析技術(shù)能夠用來(lái)學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，并在吸收的基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新，這無(wú)疑將有利于打破西方國(guó)家的技術(shù)壟斷局面，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)精細(xì)化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2.綠色高新精細(xì)化工

精細(xì)化工在節(jié)能環(huán)保方面將發(fā)揮重要作用，節(jié)能化發(fā)展已經(jīng)成為重要的趨勢(shì)，精細(xì)化工將成為綠色高新精細(xì)化工。簡(jiǎn)單來(lái)講，就是要實(shí)現(xiàn)精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)綠色化，在為相關(guān)行業(yè)提供服務(wù)基礎(chǔ)上爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)相關(guān)行業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的綠色化，也就是要模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的功能，構(gòu)建綠色循環(huán)的化工生態(tài)鏈，以無(wú)污染、資源再利用以及分離講解等方式實(shí)現(xiàn)精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)的生態(tài)化、綠色化和安全化。目前，化學(xué)工業(yè)是一大能耗產(chǎn)業(yè)，全國(guó)能耗的10%都要“歸功”于=化學(xué)工業(yè)，所以充分發(fā)揮精細(xì)化工的優(yōu)勢(shì)為相關(guān)行業(yè)綠色化發(fā)展創(chuàng)造良好條件，將是未來(lái)精細(xì)化工發(fā)展的重點(diǎn)方向。

[1]智春生：《精細(xì)化工的發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)》[J]科技與企業(yè)，2013(16).

[2]申桂英：《從“十二五”規(guī)劃看中國(guó)精細(xì)化工行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)》[J]精細(xì)與專用化學(xué)品，2013(02).