制药工业所用的冻干技术的现状及发展趋势

第一篇：制药工业所用的冻干技术的现状及发展趋势

制药工业所用的冻干技术的现状及发展趋势

目 录

摘 要..............................................................................................................................1 1国内冻干设备的现状及发展可能性.........................................................................2 1.1国产冻干机的现状及所存在的问题.....................................................................2 1.1.1搁板温度不均匀问题.........................................................................................2 1.1.2水汽凝结器内冷凝管组件设计结构的问题.....................................................3 1.1.3冷凝器的除霜方式.............................................................................................4 1.1.4冻干系统真空控制技术理念.............................................................................4 1.1.5制冷系统中制冷压缩机.....................................................................................5 1.1.6真空泵选择.........................................................................................................6 1.1.7其它问题.............................................................................................................6 1.2制药工业所用冻干机设备的发展可能性.............................................................6 1.2.1提高冻干设备的安全性、可靠性、适用性和经济性的综合能力.................6 1.2.2设备所控制的工艺参数.....................................................................................7 1.2.3小瓶自动输出输入装置.....................................................................................7 1.2.4开发全自动无人操作、免维修型冻干机.........................................................7 1.2.5大型原料药用冻干机的开发.............................................................................7 2.冻干工艺的现状及发展趋势....................................................................................8 2.1冻干工艺的现状.....................................................................................................8 2.1.1医药方面：.........................................................................................................8 2.1.2医疗卫生方面.....................................................................................................8 2.1.3生物制品方面.....................................................................................................8 2.1.4食品工业.............................................................................................................8 2.2冻干工艺的发展方向.............................................................................................9 3冻干基础理论的研究现状及发展趋势.....................................................................9 4结论...........................................................................................................................10 致 谢 信......................................................................................错误！未定义书签。参考文献......................................................................................................................11

摘 要

近几年来，真空冷冻干燥(简称冻干)技术的发展非常迅速，国内尤为突出。回溯到15年前，国内制药用冻干机主要以上海医分、上海鸿宝医械、浙江真空等厂家为主。经过近10年的市场竞争和优化组合已形成近12家制造商，如北京天利、北京中天速原、上海东富龙、上海华东泰事达、北京航天620所、上海浦东冻干、上海远东、上海医分、上海玉成、中牧南京药机和江阴冻干等厂家。冻干产品由最初的血制品、疫苗、生物制品到化学药品，再发展到中草药、保键品及纳米金属粉末的制备、文物保存等方面的应用。而生产冻干制品的厂家由初期卫生部直属6大生物制品研究所、省市级或一些地区性生物制药厂和兽药用生物制品厂，发展到现在的近百家与冻干相关的生产企业，甚至目前还在不断地重组和发展。此外，冻干基础理论研究也从80年初兴旺起来，中国制冷学会的第6专业委员会每4年举办一次全国性的冷冻干燥学术交流会；国际干燥学会，每两年召开一次学术交流会；中国真空、中国干燥、食品、医药生物等方面的有关会议，都有冻干方面的文章发表。还有多所高等院校和科研所（如上海理工、上海交大、华中科技、华南理工、东大、上海水产、合肥工大、青岛海洋、川大等）在研究冻干过程的传热传质和制品冻干工艺，出版了5本专著，许多硕士和博士研究生，撰写了不少有关冻干方面的论文。可以肯定的说，冻干设备、工艺和理论研究已经取得了可喜的成果，但也存在着不足之处。本文试通过分析制药工业所用真空冷冻干燥设备、工艺和理论研究的现状，找出其存在的问题，预测今后的发展趋势。

关键词：制药

冻干

现状

发展

1国内冻干设备的现状及发展可能性

医药用冻干机其技术性能已经基本成熟，国内也制定了JB20032－2004行业标准，不过该标准制定内容与目前冻干机的技术水平相比差距太大，而且技术含量太低，其标准不能代表当今中国药用冻干机的先进水平。北京天利、北京中天速原、上海东富龙、上海远东、上海玉成干燥、中牧南京药机等厂家生产的医药用冻干机，在国内应用已能替代进口的同类产品，其自动冻干过程、自动压塞、自动在位清洗和消毒灭菌等功能齐全，同时制造质量、自动化程度等方面较好，上述公司均通过ISO9001国际质量体系认证，其中北京天利已获得欧洲产品CE认证。国内冻干机在制造上，只是残余水分在线测量系统和个别电器元件、制冷压缩机与配件、真空泵、压力真空阀门等等尚需进口，这不是冷冻干燥行业自己所能解决的问题[1]。

国内医药用冻干机还存在着许多不足，个别厂家仍然处于仅仅仿制如英国BOC EDWARDS和美国STERAS Finn-Aqua等公司的结构，有的根本没有吃透国外同行设计与制造的原理、精华。除此之外，国产冻干机由于生产厂家不同，综合技术素质不同、设计结构和制造工艺也不同，没有统一标准。1.1国产冻干机的现状及所存在的问题 1.1.1搁板温度不均匀问题

部分厂家产品的搁板温度不均匀，造成冻干产品含水率不均匀，产品残余含水量的合格率受影响。造成温度不均匀的原因可能：

1.1.1.1搁板温度的测定与控制以热媒体进（出）口处为主参数，而且实际搁板表面温度均匀性、搁板与搁板之间的温度差是否真正达到标准要求仍是一个需探讨的课题？温度的均匀性需要进行满足相应工艺要求的验证。所以，经常有一些用户反映的冻干小瓶内残余含水量不一致，有的相差很大，没有达到产品设计残余含水量标准，这里当然还有其它方面因素。

1.1.1.2搁板结构设计是否符合热传导特性？在制造上，搁板表面的平整度如从整体平板表面上进行直尺测量似乎在设计要求内，实际上在局部部位会存在着不理想之处，如搁板表面塞焊点位置打磨后有“凹痕”和另一面内部折流条间断焊所产生的热胀冷缩后外平面形成“凹痕”，这种加工工艺直接影响搁板至制品/托盘的热传导性能。现在国内有些厂家的搁板结构设计表面无塞焊点、且由新工

[2] 2

艺处理，表面经特殊工艺处理后非常平整，无需进行机械切削所带来的热应力所致变形，这是值得国内一些厂家借助与启发[3]。

1.1.1.3加热（冷）媒体传热特性、或者流程设计有些欠缺，热媒体总管至每块搁板的流量均匀性是否基本一致也是一门值得研究的课题。热媒总管分配设计可以参照板式热交换器流量分配方式，或把多根软管较集中在一起。

1.1.1.4受干燥箱体壁面温度或托盘壁面温度的辐射热和传导热影响，导致搁板上温度场成上凹抛物线，即搁板周边制品升华速率约是中间部分的2倍左右，这是国内冻干机制造商所存在的缺陷。国外一家日本公司采用“壁面温度控制技术”基本上解决这一问题，这一技术就是箱体与搁板组件之间加一可进行制冷或加热的换热管，其温度变化跟踪于搁板温度即两者温度保持一致，使制品冻干质量再现性（即重复性）一致，避免箱体壁面温度对搁板温度辐射热的影响，但设备成本大大增加[4]。

1.1.1.5有的用户冻干小瓶没有用可抽屉式托盘框、或散装溶液时托盘。这种托盘是由不锈钢材料制作的，在冻干时长时间地受热胀冷缩而发生热变形。现在国外已开始应用无菌薄膜成形的托盘例子。1.1.2水汽凝结器内冷凝管组件设计结构的问题

一些厂家水汽凝结器内冷凝管组件设计结构（无论是立式多组同心盘管、还是卧式水平蛇管布置）均迟后于国际上一些公司的水平。主要体现在：在盘管表面冰霜不均匀、冷凝面积没有100%利用，导致干燥箱内真空度比冷凝管冰霜均匀性较好时差。这种冷凝器结构对于水分含量较少的小瓶冻干影响不大[5]，对含水量较多的托盘散装溶液冻干时由于冷凝器冰霜不均匀（即入口处明显大于出口处的冰霜厚度），致使升华过程时间延长[6]。国内有几家公司仿美国STERAS Finn-Aqua公司（前德国LEYBOLD冻干部）的内置隔离阀（也称蘑菇阀/推进阀）冷凝器结构，这种结构从外形看确实是对一些用户具有很大的吸引力，由于没有吃透国外公司设计的内涵，导致冷凝器结构中看不中用，其原因：

（1）水蒸汽运行时隔离阀具有阻挡作用，部分水蒸汽再次返弹至干燥箱内；

（2）靠近隔离阀背面冰霜少（几乎没有），冷凝面积利用率大大降低，不如多增加一些冷凝面积来得可靠；

（3）这种结构导致真空泵的抽气口位置很难达到比较的合理性；

（4）内置隔离阀阀座焊接没有进行加工和热处理，设备新的时候真空密闭性可以，设备运行一段时间后焊接热应力的释放和系统材料承受热胀冷缩因素导致密封性能越来越差[7]。

外置隔离阀（一般用蝶阀）有2种结构设计为冻干机厂家推荐：（1）卧式冷凝器内部有多组水平蛇形管结构，氟利昂工质由分液器均匀分配和上进上出方式，蝶阀入口位置设置在卧式筒体中下部，抽气口位于筒体最后适当部位，使其符合水蒸汽运行特点、且阻力为最小；（2）立式冷凝器内部为多组同心盘管，同样氟利昂工质也是由分液器均匀分配和上进下出方式，蝶阀入口位置设置在立式筒体中侧部，抽气口位于筒体底部，除霜水容易排尽[8]。1.1.3冷凝器的除霜方式

目前大多数厂家采用50℃～60℃注射用水或纯水进行热水喷淋+淹没，这种方法对于小型3m2以下冻干机问题并不突出。但对于工业型冻干机每批冻干后进行热水除霜其注射用水或纯水耗量是非常大的，如对一台5m2冻干机一年耗去WFI或PW约170t（300天计）[9]。

如果设备本身是压力容器的话，那么采用100℃～105℃纯蒸汽除霜是一个非常理想的办法，对一台5m2冻干机来说，其耗蒸汽量约30kg/h。如果设备不具备压力容器资格，那么采用真空除霜方法也是一个不错的除霜方法，同样对于一台5m2冻干机利用PW或WFI约15kg/B。1.1.4冻干系统真空控制技术理念

国内大多数冻干机厂家采用80年代初国外同行提出的通过有限空气的泄漏来改善冻干系统冻结制品对流换热所获得的热量，称为有限空气/N2泄漏法或称校正漏孔法。这种方法在90年代初遭到欧美等国FDA的责疑，基于从无菌性、安全性角度出发是不恰当的。这种方法不能用于一次干燥期间，只能用于二次干燥中后期。其原因：

1.1.4.1现在冻干机的真空测量系统多以皮啦尼规（或称电阻真空规）为测量手段。这种真空规是一种相对真空计，出厂时校正以空气为标定，而实际上冻干机测量在前半小时内以空气为主，而在以后大多数时间内测量的以饱和水蒸汽压为主和极少量的空气分压的全压过程。如果通过有限空气的泄漏，虽然冻干系统冻结制品容易获得热量，但使真空计的测量带来30-50%的误差，所以不能确保同 4

样产品批与批间的真空测量的再现性一致[10]。

1.1.4.2如果在二次干燥期间为了使冻结制品具有比较稳定的升华速率，可以说是一种非常好的调节真空度的方法，但是不能应用于一次干燥阶段。由于空气比重较水蒸汽大，空气在真空中运行速度明显滞后于水蒸汽在真空中运行速度，使得水蒸汽运行过程中受到空气阻碍，水汽凝结器入口处冰霜厚度明显大于出口即形成倒锥形态，反而使系统真空变差，制品升华速率降下来，冻干时间延长。严重的话使水汽凝结器入口处冷凝管发生冰堵，导致冻干过程中断和制品报废，这种冰堵现象在散装溶液冻干中是非常明显的。

1.1.4.3无菌工作区域虽是100级，但它是相对无菌级别。无菌区域仍有可能低于0.2μ颗粒、灰尘等由有限泄漏阀进入冻干系统内，药品被污染可能性仍存在。1.1.4.4空气（或氮气）导入时，发生了突发停电事故，立即造成真空恶化。1.1.5制冷系统中制冷压缩机

制冷系统中制冷压缩机是冻干机的心脏部件，由于种种因素导致压缩机故障率仍然相当多，其原因：

1.1.5.1多数公司采用以R22为制冷剂的一次节流中间不完全冷却方式的制冷系统，R22热力特性不如R502或R404A/R507（R502不符合《蒙特利尔议定书》规定的环保要求，已被陶汰）。而压缩机供应商样本资料中均标注蒸发温度-50℃作为R22双级压缩机安全应用范围，但从目前的绝大多数冻干品冻结点或共晶点均为－30℃左右来讲，使用R22双级压缩机已足够。当二次干燥过程中，冷凝器有一个轻负荷至零负荷的过程，冷凝器温度继续下降至-65℃以下，当压缩机长时间处于低于-65℃以下时（有的公司样本标注-80℃），会引起下列现象：（1）系统制冷机排温高、油润滑条件恶劣，甚至使润滑油碳化引发压缩机故障；（2）压缩机制冷效率大幅度下降，功耗大大增加，容易使电机发热，导致烧损；（3）系统蒸发器冷冻油粘度增加，且回汽量也大大减少，使回油发生困难。1.1.5.2制冷系统清洁度、干燥度、真空度不符合制冷标准规定的工艺要求。1.1.5.3有的厂家水汽凝结器内部冷凝管组件结构设计不合理，如管路太长、压损增加、回油困难等。

1.1.5.4有的制冷系统为避免二次干燥期间长期零负荷运行所引起的故障，加装 5

了多重保护措施，除了压缩机本身安全保护外如增加了压缩机电机发热保护、热气旁通等，这些均以牺牲压缩机功耗为代价，并不是较好的方法。

1.1.5.5有的产品在工厂进行无负荷试运行未达到150h磨合期（包括磨合期后的冷冻油及时更换）或负荷试验未进行仔细调整，产品就仓促出厂，到了用户地使用时故障率不断。1.1.6真空泵选择

1.1.6.1选择双级旋片真空泵作为系统空气排除方式，虽然可以达到冻干系统的真空度要求，但二次干燥期间，系统真空度已处于13～1Pa范围，此范围气体属粘滞流和分子流过渡状态，真空泵内油蒸汽处于无规则运动状态，会发生油蒸汽的返流现象。如果选择单一的旋片真空泵，并在泵口处安装油蒸汽收集装置也不能完全解决的。目前已有更好的方法如用螺杆式无油真空泵来替代，但必须与罗茨泵组合才能达到系统的真空度要求。

1.1.6.2选择单级（或双级真空泵）+罗茨泵组合是一个非常恰当办法，既可以大大减少低压强下油蒸汽返流的现象，又可以使低压强下气体运行具有直线性，有利于冷凝器冰霜均匀，冷凝面积充分利用。

1.1.6.3目前还未见到备份的真空泵+罗茨泵组合，只有2台真空泵+1台罗茨泵组合，如果罗茨泵出现故障则系统真空度难以保证。1.1.7其它问题

1.1.7.1冻结制品最佳冻结晶体结构是药物活性品质的保证，多数设备制造厂家只表示可以达到冻结温度，没有可控的适合不同制品的冻结速度。

1.1.7.2多数厂家所标注的搁板最低温度是多台压缩机同时运行所达到的最低温度，但如其中出现1台压缩机故障的话，依靠其余压缩机将搁板达到设计规定的最低温度可能性很小，这个值得厂家研究与思考。1.2制药工业所用冻干机设备的发展可能性

1.2.1提高冻干设备的安全性、可靠性、适用性和经济性的综合能力

安全性是指设备在运行过程中不会直接或间接造成药品的污染和对人体的伤害；适用性是指能满足绝大多数药剂生产厂家对冻干的不同要求；可靠性是指冻干设备运行的故障应减少到最低程度，或在规定使用周期内无故障现象；经济性是指从设备运行开始到设备停止运行所耗能是最低的或者运行总费用是最少 6 的

1.2.2设备所控制的工艺参数

适合制品的理化特性、细菌活性的冻结速率和升温速率的控制，一次干燥期间基本恒定的升华速率（即具有一定精度范围的真空度）和针对已干燥制品的残余含水量的二次干燥期间的冷凝器温度控制，及利用湿度传感器测定内部的水汽分压（或者叫露点温度）来直接确定干燥结束点[11]。1.2.3小瓶自动输出输入装置

1.2.3.1自动批量输出入装置：该装置由灌装流水线上装入与搁板数相同的小瓶框架，装置由轨道运载到已全开箱门处，并与搁板对接上，再由皮带传动一次性置于搁板上。冻干完后，由装置一次性拉出箱外的已与搁板对接上的自动批量输出装置。

1.2.3.2定高输出入装置（自动小车）：该装置是一层一层地装料，即小车在灌装线上装满一层搁板上小瓶托架，然后小车由轨道自动到达对应的冻干箱（已打开）的小门前，对接上所需装截的搁板，并一次性输入一块搁板上，冻干完后同样一层一层地自动出料。这是目前国际上较流行的方法。

1.2.3.3与灌装线联合输入至冻干箱门口处对应位置，计数小瓶数(与搁板等宽)，然后由推入装置，再一排一排地推入搁板上，冻干完后由箱内拉出装置，一层一层地往外输出至联动线。

1.2.4开发全自动无人操作、免维修型冻干机

1.2.4.1冻干机上每一个执行件或动力件均可实现在线监控、记录、显示及报警，从装料开始、冻干、出料到CIP/SIP等工序均可通过设定时序与冻干工艺曲线，实现全自动无人操作型冻干设备，以满足GMP对设备的过程管理要求。1.2.4.2冻干设备中的心脏部件目前多用活塞型制冷压缩机，由于低温型螺杆压缩机所特有的优良性能，如可靠性、低能耗、无级能量调节功能，将成为未来冻干机心脏部件的替代[12]。

1.2.5大型原料药用冻干机的开发

为提高大型原料药用冻干机（30-40m2以上）的效率，开发TWIN冷凝器、不停机交互除霜和螺杆压缩机能量调节系统等技术，以使冻结制品升华速率始终保持最大恒定值，缩短冻干时间，大大降低能耗。

2.冻干工艺的现状及发展趋势 2.1冻干工艺的现状

目前，研究冻干工艺的人员比研究冻干设备的人员要多，研究冻干工艺的品种也越来越多，如下有： 2.1.1医药方面：

（1）西药生产，培养剂、荷尔素、维生素、抗菌素等；（2）中草药生产，人参、鹿茸、灵芝、冬虫夏草、山药、枸杞、蜂王浆等。2.1.2医疗卫生方面

血浆、动脉、皮肤、角膜、器官组织等。

2.1.3生物制品方面

活菌菌苗、活毒疫苗、其它生物制品如人白细胞干扰素、尿激素等。2.1.4食品工业

（1）水果类，桃、梨、苹果、香蕉、草莓；（2）蔬菜类，葱、菠菜、洋葱、胡萝卜；（3）肉类，牛肉、牛肝、鸡肝；（4）水产类，虾、海带、海参、扇贝；（5）其它类，蜂蜜、幼竹鲜汁、紫草红色素、鲜花等。

一些大学的低温与生物研究所所开发的冻干工艺都没有从理论上进行优化对比处理，不能算是最佳工艺，从实验室到生产车间生产还应该进一步优化，使其适合于产业化、快速、节能的要求。

西药、血液制品和生物制品的冻干工艺比较难，工艺成熟与否关系重大，产品质量直接关系到人的生命。西药冻干的问题是染菌，一但染菌就会造成重大事故。生物制品则要更加严格，除初染菌外，还要防止菌种变异，保持活菌活毒的活性。在冻干过程中要加入添加剂和保护剂，这是技术水平很高的工作，国内外有不同的冻干保护剂，我国6大生物制品研究所之间也各有妙方。

生物体的冻干工艺研究已经提到了日程上来，美国夏威夷大学把冷冻干燥过的老鼠精子放在密封的玻璃瓶里，在室温保存三个月后恢复水分，用这些精子使老鼠卵子受精，结果培育出了新一代幼鼠。东北大学博士研究生将灰鼠皮肤去毛冻干后，在沈阳药科大学作药理实验证明了与新鲜皮肤的药理作用相同，复水后在生物显微镜下作组织观察，与鲜皮细胞组织基本相同。现正在国家自然科学基金的资助下，与中国医科大学合作开展家兔角膜的冻干实验研究。

2.2冻干工艺的发展方向

从上述的冻干工艺现状分析不难看出，今后冻干工艺的发展方向应该是：

（一）应用先进的低温生物显微镜、扫描电镜等仪器，着重研究冰晶体的尺寸来优化工艺系数，制定出最佳冻干工艺曲线，完善冻干产品质量检查的标准，降低冻干产品的价格。

（二）西药和生物制品的冻干工艺应该走向标准化，以提高冻干产品质量为重点，使冻干过程中所有的保护剂或添加剂更简单、更规范。加强经验交流，走共同进步之路。

（三）开展生物冻干工艺的研究，争取快出成果，用于提高人类的健康水平。3冻干基础理论的研究现状及发展趋势

真空冷冻干燥技术的理论研究可概括为低压空间、低温传热传质的理论研究和热物性参数与其测量方法研究三大部分。其中低压低温传热传质理论研究进行得比较早，成果比较明显，目前公认的冻干模型可归纳成3种：（1）1967年Sanda11等提出的冰界面均匀后移的稳态模型（URIF）；（2）1968年Dryer等提出的准稳态模型；（3）1979年Litchield 等提出的吸附－升华模型。这几种模型都可以描述冻干过程，但又都存在着不足，描述传热过程比较准确，描述传质过程误差较大。主要问题在于传质过程中要发生固－汽相的相变，水蒸气在多孔的通道中传递，通道长度要随时间变化，是非稳态过程。多孔通道的结构尺寸还与预冻速度、被冻干制品的物质结构等有关。从近几年的研究报导中还没见到有新的突破。

冻干过程传热传质的理论重点是研究发生在被冻干物料内部的过程。非稳态流场的理论研究重点是研究物料之外，冻干机之内的低压低温空间环境，描述该空间环境的参数有温度、压力、湿度等参数，这些非稳态流场的模拟方法至今还是个难题。冻干机冷凝器中的非稳态流场中又增加了一个汽－固相变的问题，使研究更加复杂化。因此，近几年虽然有人研究，并发表了论文，但都没有形成有效的理论，仍然是值得深入研究的课题之一[13]。冻干理论的研究人员主要集中在大专院校和科研院所，近几年国外比较有名气的研究人员应该算是在IDS＇98会议上，因冷冻干燥的基础研究而获杰出冷冻干燥奖的美国秘苏里一罗拉大学A.Liapis教授。国内华中科技、上海理工、东南大学和东北大学等十几所学校 9

都有博士研究生和硕士研究生正在作冻干方面的理论研究，从不同角度取得了一些研究成果，但是研究条件的限制，还没有突破性的轰动全球的贡献。4结论

从上述分析可见，药用冻干技术确实发展很快，存在的问题也不少（特别是软件研究远远迟后于硬件）。迈向21世纪冻干技术，应该注意以下几方面的工作：（1）加强产、学、研工作。与大学或研究所、药厂联合组成冻干基础理论、冻干工艺及最前沿的冻干技术研究，作为企业赖以生存发展的后盾力量。开发新一代的可在线监控、节能型、高稳定性、高可靠性及无人操作型的全自动真空冷冻干燥机，以符合现行GMP标准要求。

（2）随着WTO开放，国外冻干机制造商利用其特有历史和专长进入中国市场，使中国冻干机制造商面临困境。中国冻干机制造商只有自身不断技术改进，提高公司人员和管理素质，产品应取得ISO9001国际质量体系认证和产品安全性CE认证，并利用其性价比与国外冻干机厂家竞争，同时开拓东南亚等市场。（3）进一步加强最新技术信息渠道，不断地与国外同行进行冻干技术交流来提高自身的技术水平，积极寻找国外著名冻干机厂商与其合作共同开发。

参考文献

[1] 朱宏吉，张明贤编.制药设备与工程设计，北京：化工工业出版社，2004.[2] 张绪峤主编.药物制剂设备与车间工艺设计.北京：中国医药科技出版社，2000.[3] 张珩，杨艺虹主编.绿色制药技术，北京：化学工业出版社，2006.[4] 左识之主编.精细化工反应器及车间工艺设计，上海：华东理工大学出版社，1996.[5] 张洪斌主编.药物制剂工程技术与设备，北京：化学工业出版社，2003.[6] 徐匡时主编, 药厂反应设备及车间工艺设计，北京：化学工业出版社,1981.[7] 张洋主编.高聚物合成工艺设计基础，北京：化学工业出版社，1981.[8] 计志忠，郭丰文等编.化学制药工艺学，北京：中国医药科技出版社，1998.[9] 王志祥主编.制药工程学，北京：化学工业出版社，2002.[10] 化学工程手册编辑委员会编.化学工程手册(一卷)，北京：化学工业出版社，1989.[11] 中国石化集团上海工程有限公司编.化工工艺设计手册(第三版)，北京：化学工业出版社，2003.[12] 上海医药设计院编.化工工艺设计手册，北京：化学工业出版社，1996.[13] 娄爱娟，吴志泉编.化工设计，上海：华东理工大学出版社，2002.

第二篇：浅析涂料工业现状及发展趋势

涂料工业现状及发展趋势

赵晨 学号：1201220301

摘要:随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，涂料的应用范围不断扩大。涂料的消费水平已经成为一个国家经济发展水平的重要标志之

一。向集团化、规模化、专业化方向发展，发展绿色涂料已经成为十分紧迫的任务。

关键词：涂料现状趋势

随着涂料产品品种越来越多，应用范围不断扩大，涂料工业已成为化学工业中一个重要的独立工业生产部门。我国目前涂料产量约为200万吨以上，其中工业涂料占60%，近年来需求量以3.4%的平均速度增长。

20世纪90年代，世界发达国家进行了“绿色革命”，促使涂料工业的发展向“绿色”涂料方向大步迈进。以工业涂料为例，在北美，1992年常规溶剂型涂料占49%，到2002年降为26%；水性涂料、高固体份涂料、光固化涂料和粉末涂料由1992年的51%增加至2002年的74%。在欧洲，常规溶剂型涂料由1992年的49%将降到2002年27%；而水性涂料、高固体涂料光固化涂料和粉末涂料将由1992年的51%增加至2002年的73%。今后10年，水性涂料将是成熟的技术，而60%以下固体含量的溶剂型涂料则处于衰退中。

目前，涂料研究的方向一是涂料应用的自动化，所提供的产品施工简便和安全，特别是产品涂装的自动化；二是向环保型涂料方向发展；三是增加新的组成成分，使涂料在涂后发生新的化学变化而构成涂膜，以及将由一次施工只能得到薄涂层转变为得到厚涂层，涂膜层数也将由繁琐的的多道配套简化为简单施工，涂膜的干燥过程也将利用各种物理、化学反应而大大缩短。

水性涂料的发展

随着各国对挥发性有机物及有毒物质的限制越来越严格，以及树脂、配方的优化和适用助剂的开发，预计水性涂料在金属防锈涂料、装饰涂料、建筑涂料等方面应用替代溶剂型涂料将取得突破性进展。

乳胶涂料在水性涂料中占绝对优势，如美国的乳胶涂料占建筑涂料的90%。乳胶涂料的研究成果约占全部涂料研究成果的20%，研究较多的方向有以下几个方面：成膜机理的研究，这方面的研究主要是改善涂膜的性能；施工应用的研究，美国、日本、德国等国家已生产出金属防锈底、面漆，在市场上颇受欢迎。

热塑性乳胶基料常用丙烯酸聚合物、丙烯酸共聚物或聚氨酯分散体，通过大分子量的颗粒聚结而固化成膜。乳胶颗粒的聚结性关系到乳胶成膜的性能。近几年来，着重于强附着性基料和快干基料的研制，以及混合乳胶的开发。一般水性乳胶聚合物对疏水性底材，附着性差，为提高乳胶附着力，必须注意乳胶聚合物和配方的设计，使其尽量与底材的表面接近，并精心选择合适的聚结剂，降低水的表面张力，以适应底材。新开发的聚合物乳胶容易聚结，聚结剂用量少也能很好的成膜，现已在家具、机器等塑料制品上广泛应用。

新研制的乳胶混合物弥补了水稀释醇酸刚性热塑性乳胶各自的不足，通过配方设计，已解决了混溶性和稳定性差的问题。水性聚氨酯涂料是近年来迅速发展的一类水性涂料，除具有一般聚氨酯涂料的高强度、耐磨等优异性能外，并且对环境无污染，中毒和着火的危险性小。由于水性聚氨酯树脂分子内存在氨酯键，所以水性聚氨酯涂料的柔韧性、机械强度、耐磨性、耐化学药品及耐久性等都十分优异，欧、美、日均视其为高性能现代涂料品种而大力研发。

粉末涂料发展迅速

在涂料工业中，粉末涂料属于发展最快的一类。

由于世界上出现了严重的大气污染，环保法规对污染控制日益严格，要求开发无公害、省资源的涂料品种。因此，无溶剂、具有保护和装饰综合性能的粉末涂料，便因其具有独有的经济效益和社会效益而获得飞速发展。

粉末涂料的主要品种有环氧树脂、聚酯、丙烯酸和聚氨酯粉末涂料。近年来，聚氨酯粉末以其优异的性能令人注目。

高固体份涂料发展动向

在环境保护措施日益强化的情况下，高固体份涂料有了迅速发展。其中以氨基、丙烯酸和氨基丙烯酸涂料的应用较为普遍。近年来，美国Mobay公司开发了一种新型汽车流水线用面漆。这种固体份高、单组份聚氨酯改性聚合物体系，可用于刚性和柔性底材上，并且有优异的耐酸性、硬度以及颜料的捏合性。

光固化涂料的进展

光固化涂料也是一种不用溶剂，节省能源的涂料，主要用于木器家具等。在欧洲和发达国家的木器家具用漆的品种中，光固化型市场潜力大，很受大企业青睐。主要是木器家具流水作业的需要，美国现约有700多条大型光固化涂装线，德国、日本等大约有40%的高级家具采用光固化涂料。

几种特殊涂料的应用

1.防污涂料

近年来，荷兰Sigma公司研制成功一种新型不含锡防污涂料。它的自抛光性与现有含锡防污涂料相同。最近，日本的关西涂料公司新开发的一种对水中生物无毒性的不含有机锡和氧化亚铜的名为CaptainCrystal的船用防污涂料。作为改善地球环境的这种涂料，能有效防止生物附着在船底上，持续时间可达5年。

2.防腐涂料

国外十分重视长效防腐涂料的发展，主要品种有无机富锌漆、环氧沥青、乙烯基树脂、厚浆型氯化橡胶、无溶剂环氧聚酰胺和无溶剂环氧砂浆涂料等。用20%～30%的片状玻璃粉填入双酚A型环氧树脂、间苯二甲酸不饱和聚酯、环氧丙烯酸树脂等基料中组成的长效防腐涂料，用于海洋设施的涂装，其防腐寿命超过10年。

3.阴极电泳涂料

这类涂料在国外发展很快，并取得了许多新的成就。其中最有代表的是开发了厚膜型阴极电泳涂料、低温固化型和彩色阴极电泳涂料。厚膜阴极电泳涂料是美国PPG公司研制成功电泳涂料，一次成膜比较厚，外观平整，各项性能均优良；低温固化型阴离子电泳涂料是20世纪80年代末，日本神东涂料公司和日本油脂公司共同开发的新品种。该涂料的标准固化条件为：130/20分钟或160/5分钟；彩色阴极电泳涂料是日本关西涂料公司开发的，以环氧树脂为基础，采用特殊异氰酸酯交联，并配以第三成份丙烯酸树脂，可在电泳中均一沉积形成复合层涂膜。这种技术可使环氧树脂系阴极电泳涂料彩色化，也提高了涂层的耐候性。边棱防锈型阴极电泳涂料，要求减少涂膜溶融时的流动性，提高涂膜的边棱覆盖率，以改善阴极电泳涂料边棱的防腐蚀性。我国应重点开发膜厚30～40微米，耐盐雾1000小时的厚膜型阴极电泳漆和耐盐雾720小时以上的普通型阴极电泳漆。

其他有关方面的发展态势

为了适应涂料产品性能提高和品种增加的需要，要不断提高所需颜料的性能，更广泛地利用有机颜料，如偶氮系、酞菁系和具有优良耐晒、耐溶剂性能的蒽醌系颜料。

在涂料中扩大使用辅助材料对涂料的发展也越来越显重要。如紫外线吸收剂应用于涂料中，能提高耐光性；抗氧化剂能提高耐老化性；随着水性涂料的发展，湿润剂的品种将不断扩大；在利用紫外线干燥的涂料中，需要利用光固化剂。这些辅助材料在今后将被更广泛地利用。

计算机在涂料工业中的应用可使涂料配方改进、大工业生产、生产设施的设计最佳化，且能迅速解决涂料的研究、生产、应用和销售等方面所出现的技术和管理问题。

随着涂料需求量和产品品种的增加，涂料生产工艺也需不断改进。改进的总趋势是进一步简化工艺过程，提高生产率。实现连续化、自动化。今后射流技术、可控硅技术、纳米技术等将在涂料工业中广泛应用，从而使生产的自动化程度达到新的水平。

参考文献

【1】 洪啸吟.涂料的发展方向.2010

【2】 涂料民族品牌应对“十二五”契机助推中国变涂料强国．中国涂料资讯,2010

【3】 中国化工网.2010.2.14

【4】 刘群．民族品牌涂料为亚运盛妆添彩．中国化工报，2010.11.15

【5】 付大海.舰船涂料的发展趋势［J］.防腐蚀，2004（11）：49-53.

第三篇：浅谈钻井技术现状及发展趋势

浅谈钻井技术现状及发展趋势

【摘要】随着油田的深入开发，钻井技术有了质的发展，钻井工艺技术研究、破岩机理研究、固控技术研究、钻井仪表技术研究、保护油气层钻井完井液技术研究以及三次采油钻井技术等都取得了科研成果，施工技术逐渐多样化，目前已在水平井、径向水平井、小井眼钻井、套管开窗侧钻井、欠平衡压力钻井等方面获得了突破。一些先进的钻井技术走出国门，走向世界，如：计算机控制下套管技术、套管试压技术、随钻测斜技术、密闭取心技术、固控装备、钻井仪表、钻井液监测技术、MTC固井技术及化学堵漏技术等，本文就国内钻井技术的现状及发展趋势进行分析。

【关键词】钻井技术；发展趋势；油田开发

引言

通过钻井技术及管理人员的不懈努力，钻井硬件设施已经比较完善，很多钻井公司配备了先进的钻井工艺实验室、固控设备实验室、钻井仪表实验室、油田化学实验室、高分子材料试验车间、全尺寸科学实验井等，这些硬件设施满足了各种钻井工程技术开发与应用的需要。钻井技术也有了长足发展，具备了世界先进水平，钻井技术的进步为油田科技事业的发展做出了积极的贡献，并取得了良好的经济效益和社会效益，如TZC系列钻井参数仪作为技术产品曾多次参与国内重点探井及涉外钻井工程技术服务，并受到外方的认可。多年来，由于不断进行技术攻关研究与新技术的推广应用，水平井钻井技术迅速提高。水平钻进技术是在定向井技术基础上发展起来的一项钻进新技术，其特点是能扩大油气层裸露面积、显著提高油气采收率及单井油气产量。对于薄油层高压低渗油藏以及井间剩余油等特殊油气藏，水平井技术更具有明显的优势。

1、钻井技术发展现状

从世界能源消耗趋势看，还是以油气为主，在未来能源消耗趋势中，天然气的消耗增加较快，但是在我国仍然以石油、煤炭作为主要能源。尽管如此，我国的油气缺口仍然很大，供需矛盾很突出，60%石油需要进口，从钻井的历史看，我国古代钻井创造了辉煌历史，近代钻井由领先沦为落后，现代钻井奋起直追，逐步缩小差距，21世纪钻井技术有希望第二次走向辉煌。随着钻进区域的不断扩大及钻井难度的不断增加，各种新的钻井技术不断出现，目前，水平井钻井技术逐渐成为提高油气勘探开发最有效的手段之一。各种先进的钻井技术在油田开发中显示出了其优越性，新技术、新工艺日益得到重视和推广应用。例如：旋转钻井技术，是目前世界上主要的钻井技术，旋转钻井方式有以下几种：转盘（或顶驱）驱动旋转钻井方式、井下动力与钻柱复合驱动旋转钻井方式（双驱）、井下动力钻具旋转钻井方式、特殊工艺旋转钻井方式：欠平衡钻井、套管钻井、连续管钻井、膨胀管钻井等、冲旋钻井方式（空气锤钻井等）。其中，冲击旋转钻井就是在普通旋转钻井钻头上部接一个冲击器。冲击器（有液动冲击器，气动锤等）是一种井底动力机械，依靠高压钻井流体，推动其活塞冲锤上下运动，撞击铁砧，并通过滑接套传递给钻头，钻头在冲击动载和静压回转的联合作用下破碎岩石。冲击力不同于静压力，它是一种加载速度极大的动载荷，作用时间极短，岩石中的接触应力瞬时可达最大值并引起应力集中，岩石不易产生塑性变形，表现为脆性增加，岩石易形成大体积破碎，提高钻井速度。从破岩机理来看，空气锤钻井主要依靠空气锤活塞对钻头的高频冲击作用破岩，而不需要采用大钻压迫使钻头吃入地层破岩。因此，钻井作业中，空气锤钻井技术是采用低转速（20～30rpm）、小钻压（5～10kN）及高频震击破岩方式的钻进技术，既能有效满足井斜控制要求，又能大幅度提高机械钻速，是一种比较理想的防斜打快钻井技术。

2、与钻井技术相关难题分析

（1）针对我国复杂深井和超深井钻井工程中面临的严重井斜和低效率等技术难题，应积极组织优势力量，从客观（地层各向异性）和主观（垂钻系统）两个方面进行技术攻关研究，以期尽快获得具有自主知识产权的先进控制工具、科学计算软件及智能钻井系统等。随着材料、信息、测量与控制等相关学科领域的发展，钻井与油气井工程技术不断朝着信息化、智能化及自动化的方向发展，如旋转导向钻井系统、智能完井等。应积极发展膨胀管技术，以便彻底革新井身结构，推动油气井工程的技术革命。这不仅能够大幅度提高石油工程效率和效益，而且能够为不断创造人类“入地、下海”的新纪录提供高技术支持。

（2）复杂结构井、深井超深井、高危气井及特殊工艺钻井等技术系列，在20世纪90年代已得到迅速发展与应用。进入21世纪后，这些技术系列仍是油气资源勘探与开发所需要的关键技术系列，并将得到进一步发展与提高。与国外先进水平相比，我国在这些技术方面整体上仍存在较大的差距。国外先进的自动垂钻系统，虽然可以在昂贵的复杂深井和超深井垂直钻井工程中发挥有效作用，但目前的技术水平仍在使用条件上具有一定的局限性，在实际工作中应注意对其进行科学评估与合理选用。

（3）钻井逐渐与录井、测井及地震等信息技术融为一体，以有效地解决钻井过程中的不确定性问题，从而可提高油气钻探与开发的效果和效益，如LWD和SWD等技术即为典型例证。

3、油气钻井技术发展趋势

油气井包括普通结构井和复杂结构井。复杂结构井包括多分支井、大位移井、水平井、复杂地条件下的深井超深井、高危气井、高温高压气井等。地下环境的复杂性及其不确定性（地应力、地层压力、各向异性、可钻性、理化特性、不稳定性等地层特性十分复杂和异常）给油气钻探造成极大困难：钻井事故多、速度慢、质量差、效益低（成本高），严重制约了油气勘探开发的步伐。目前，钻井复杂深井油气钻探难度很大，钻井技术正在根据实际需求，不断攻克难关，未来钻井技术的发展趋势：大位移井技术在我国逐步应用，采用大位移井技术已经开发了南海西江24-1油田和流花11-1油田；欠平衡钻井技术正在各大油田推广应用；国外已经成熟的CTD（连续管钻井）技术，我国也逐渐开始常识应用；膨胀管钻井技术和套管钻井技术也有了实质性发展；旋转导向钻井技术正在研制中；钻井向地球的更深处钻探、井身结构有重大革新、挑战大位移井延伸极限、钻井的信息化与智能化发展、井下测量与可视化计算。

结束语

经过历代钻井人员的努力，国内各油田钻井队伍不断壮大，钻井装备水平逐渐提高，生产管理水平实现现代化，众多先进钻井技术已经达到世界先进水平。但是，随着油田开发的不断深入，油田开采难度逐渐加大，勘探开发有了更高的要求，这给钻井技术带来了新的挑战，钻井难度不断加大。相信在钻井人员在苦难面前一定能够正确面对，一定能够不断的进行技术创新和技术进步，一定能够不断解决世界性难题，为油田勘探开发打下良好的基础作用。

参考文献

[1]沈忠厚，黄洪春，高德利.世界钻井技术新进展及发展趋势分析[J].中国石油大学学报（自然科学版），2009年04期

[2]李东方.我国石油钻井技术现状及发展趋势初探[J].化工管理，2014年08期

第四篇：浅谈国内外模具工业的现状及发展趋势

浅谈国内外模具工业的现状及发展趋势

日前，工业和信息化部正式发布了《新材料产业“十二五”发展规划》。其中，涉及橡胶行业的有特种橡胶、有机硅材料、高性能氟材料、高性能纤维及复合材料等。

2012-2016年中国氯丁橡胶产业调研与投资潜力研究报告

重点产品包括丁基橡胶、溴化丁基橡胶、卤化丁基橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、溶聚丁苯橡胶、丙烯酸酯橡胶、氯化聚乙烯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、稀土异戊橡胶、稀土顺丁橡胶、异戊橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯热塑性弹性体、聚脲弹性体、苯乙烯类热塑性弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体、液体硅橡胶、空间级硅橡胶、氟橡胶、间位芳纶、对位芳纶、对位芳纶复合基材等。

您还可以到中国产业信息网（chyxx-com）上找，有相当权威的行业资讯和调研报告。希望可以帮到您。发展策略是自主研发和技术引进并举，走精细化、系列化路线，大力开发新产品、新牌号，改善产品质量，努力扩大规模，力争到2015年国内市场满足率超过70％。扩大丁基橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶及相关弹性体等生产规模，加快开发丙烯酸酯橡胶及弹性体、卤化丁基橡胶、氢化丁腈橡胶、耐寒氯丁橡胶和高端苯乙烯系弹性体、耐高低温硅橡胶、耐低温氟橡胶等品种，积极发展专用助剂，强化为汽车、高速铁路和高端装备制造配套的高性能密封、阻尼等专用材料开发。

第五篇：汽油发动机技术现状及发展趋势

汽油机控制技术发展现状及趋势分析

内燃机的发明，带动了汽车的发展，给世人在“行”上带来极大的便利，使得窨距离缩小，人们的工作速度得以提高。近年来随着电子技术的发展，又使汽车发动机如虎添翼，成为高新技术的集成。

一、世界汽油机技术发展现状

为了适应汽车对节油、环保、安全的需要，车用汽油机主要朝着更节油、更环保的方向发展，因此欧洲己执行欧Ⅳ标准。以下为国外在汽油机方面主要先进技术。

1．多气门技术：每缸3-5个气门（大多为4气门），可提高功率，改善燃烧质量，如捷达王5气门、丰田8A4气门等。

2．双顶置凸轮轴（D.HC）可提高转速、提升可靠性。

3．可变气门正时（VVT）：根据不同转速调节气门时，可节省燃油，改善排放，如本田VTEC、丰田VVT-i等。

4．汽油机增压：可提高升功率，在排量不变的情况下，可提高功率，如帕萨特1.8T轿车。

5．可变进气道长度（VIM）：在不同转速下使用不同进气道长度，保证在任何工况下都有较好的充气效率，如奥迪A6。

6．停缸技术：在输出功率减小时，使一部分气缸停止工作，可节省燃油，如通用开拓者EXT 2005款有8个气缸，需要时可使4个气缸一停止工作。

7．全铝发动机：使用铝缸体、缸盖、活塞等，可减小质量，节省燃油，如日本铃木1.3L、1.4L汽油机。

8．智能驱动气门（SVA）：取代传统凸轮轴，每一个气门挺杆上有一个独立的驱动器，可以减少20%油耗及污染物，如：法国法雷奥公司已设计出样机，2009年可大批量投产。9．可变压缩比汽油机：将传输功率与压缩比控制功能进行整合，压缩比可变。2005年法国MCE-5公司己开发出样机。

10．汽油机直喷（GDI）和稀薄燃烧技术：将高压汽油直接喷射到气缸内，周围为稀薄混合气，实现分层燃烧，可提高燃料经济性，节油约20%，如丰田皇．冠3.0L V6汽油机（国产皇冠无GDI技术）。

11．可控燃烧速率系统（CBR）：两个进气道，有一个是切向进气的，另一个是中性的。喷油器向两个进气道喷入等量的燃油。改变进气口封闭控制阀的位置，可调节气缸内空气涡流强度和混合气浓度，实现稀薄燃烧；

12．发动机控制用ECU已达32位，匹配参数超过6000个。

二、国内汽油机技术现状及发展水平

我国早期汽油机大多是引进和测绘仿制产品，如：一汽解放载货车用CA6102、BJ2020车用BN492Q、南汽轻型货车用6427等。之后随着中外合资企业的建立及技术引进，我国汽车行业已生产多种机型，例如：切诺基BJ498Q、BJ698Q（2.5L、4.0L）；桑塔纳AEE（1.8L）；帕萨特AWL（1.8L）；北京现代伊兰特B4GB（1.8L）；天津一汽夏利TJ376Q（LOL）；长安奥拓JL368Q（0.8L）；广州丰田凯美瑞（丰田2.4L）；广州本田雅阁（2.0L、2AL、3.0L）；广州本田飞度（1.3L、1.5L）；东风日产（1.6L、1.8L、2.0L）；一汽轿车引进技术生产的克莱斯勒CA488（2.2L）；沈阳航天三菱引进的三菱4G63、4664（2.0、2.4L）和4669系列汽油机；东安动力引进的三菱4G1（1.3L、1.6L），4G9（1.8L、2.0L）;东风悦达起亚千里马（1.6L）,以及国内沈阳新光、保定长城等企业生产的491Q（丰田4Y），吉利生产的JL376（LOL）、JL479（1.3、1.50、JL481（1.8L）汽油机等。

在技术应用方面，大多数引进机型和合资企业生产的机型都采用一些国外先进技术。1．天津丰田8A、5A,东风本田，北京现代，奇瑞SQR372（0.8L）、SQR481Q（1.6L），神龙公司爱丽舍（1.6L）等都使用多气门和DOHC技术。

2．东风本田发动机，天津丰田发动机有限公司生产的花冠、皇冠汽油机，东风日产，北京现代等生产的汽油机型都引进可变气门技术（VTEC、VVT-i、CVVT等）。特别是奇瑞公司，在AVL公司帮助下开发的自主品牌1.6LSQR481H和2.0L SQR484H汽油机使用了VVT可变气门技术，吉利也开发出了带可变技术的自主品牌汽油机。

3．汽油机直喷（GDI）发动机国内尚未批量生产，但奇瑞公司在AVL公司帮助下开发的自主品牌2.0L SQR484J汽油机使用了GDI技术。

4．全铝发动机国内产品较多，如长安铃木雨燕1.3L汽油机、东风本田发动机的产品、上海大众POLO发动机等，奇瑞动力1.6L SQR481F（已投产）和SQR481 H及未投产的SQR484J、SQR681 V（2.4L）、SQR684V（3.0L）都是全铝发动机。

5．国内奇瑞公司已投产的自主品牌SQR481H（1.6L）具有CBR系统，奇瑞公司其他样机中不少机型也装有CBR系统。

6．国内引进的已投产机型中已有不少机型采用涡轮增压技术：如PASSAT 1.8T、宝来1.8T等；华晨金杯在德国FEV公司帮助下开发的1.8T汽油机，也是增压机型（配装中华轿车）。

7．停缸技术、智能气门、可变压缩比等技术尚未在国内生产的汽油机中采用。

8．发动机电喷管理系统（EMS）国内主要有联合电子有限公司、北京万源德尔福发动机管理系统公司，分别是中方与德国BOSCH公司和中方与美国德尔福公司的合资企业。同时，还有马瑞利、电装和摩托罗拉等企业生产。

9．汽油机电喷系统中传感器、电控喷油泵等国内己批量生产；汽油机排气系统中三效催化转化器及陶瓷芯等，国内己批量生产，如：大连华克吉来特、天津卡达克高新技术公司等生产三效催化转化器；在苏州的日本独资企业NGK（苏州）环保陶瓷有限公司生产国Ⅲ、国Ⅳ汽油机用三效催化转化器陶瓷芯等。

三、汽车产量持续增加引发系列问题

全球汽车总保有量将从目前的约8亿辆增加到2020年的12亿辆，21世纪中叶，将达38亿辆，其中，发展中国家汽车保有量将增长15倍以上。目前全球每年新生产的各种汽车约6400万辆，按平均每辆车年消耗10到15桶石油及石油制品计算，汽车的石油消耗量每年达85至127亿桶，约占世界石油产量的一半。石油资源的开采每年达几十亿吨，经过长期的现代化大规模开采，石油资源日渐枯竭，按科学家预测，地球上的石油资源如果按目前的开采水平，仅仅可以维持60到100年左右。2007年我国进口石油1.9亿吨，预计到2020年前后我国的石油进口量有可能超过日本，成为亚太地区第一大石油进口国。国务院发展研究中心预测，预计到2010年和2020年，我国汽车消耗石油为1.38亿吨和2.56亿吨，约占全国石油总消耗量的43%和67％。因此能源危机是我们必需面对的重要问题。

汽车拥有量的增长带来了许多问题，如健康威胁、环境污染、气候变化、能源短缺和交通拥挤等。目前空气污染在城区已经成为非常严重的问题，汽车的有害物排放对人类的生存环境形成了一种公害性的破坏，据资料显示，市区的大气污染物60%来自于汽车尾气。全球变暖、气候变化正在吸引人们更大的注意力，与之相对应的二氧化碳排放将成为汽车制造商要解决的主要问题。2010年左右，发展中国家能源的供需平衡问题将会导致世界石油价格的波动，在保证环保的同时，使用替代能源的汽车将成为汽车制造商开发的重点。2008年，欧盟要求轿车CO2排放达到140克/公里，对于汽油车，对应油耗将达到6升/100公里以下；2012年，CO2排放要求达到120克/公里。因此，降低油耗、降低排放将是汽车行业目前急需解决的问题。

四、汽油机技术的发展趋势

由于汽油机的燃油经济性比柴油机差，所以降低汽油机的能耗已经成为汽车界当前必须要解决的一个问题。具有理论空燃比的均质混合气的燃烧理论在火花点火发动机上被广泛使用，它的最大优点是可以实用三效催化器来降低CO、HC和NOx等废气的排放。不足之处是不能获得较高的燃油经济性，为了提高发动机的热效率和降低废气排放，燃烧技术在不断地发展。汽油机经历了由完全机械控制的化油器供油为主到采用电控喷射、缸内直喷、电辅助增压和电动气门、可变压缩比、停缸等技术的变化，汽油机发展的最终方案将采用综合汽油机和柴油机优点的燃烧控制技术。

目前最有代表性的三大汽油机技术是：

a.汽油直喷技术。开发车用具有汽油机优点同时具有柴油机部分负荷高燃油经济性优点的发动机是主要的研究目标。汽油缸内直喷是提高汽油机燃油经济性的重要手段，近些年来，以缸内直喷汽油机(Gasoliine Direct Injection, GDI)为代表的新型混合气形成模式的研究和应用，极大地提高了汽油机的燃油经济性。以日本为代表的非均质直喷技术面临燃烧稳定性和后处理等问题，同时以欧洲为代表的均质直喷技术正在兴起。

b.电动气门与无凸轮发动机。发动机可变气门正时技术(Variable Valve Timing, VVT)是针对在常规车用发动机中,因气门定时固定不变而导致发动机某些重要性能在整个运行范围内不能很好的满足需要而提出的。VVT技术在发动机运行工况范围内提供最佳的配气正时，较好地解决了高转速与低转速，大负荷与小负荷下动力性与经济性的矛盾，同时在一定程度在一定程度上改善了排放性能。随着环境保护和人类可持续发展的要求，低能耗和低污染已成为汽车发动机的发展目标。VVT技术由于自身的优点，日益受到人们重视，尤其是当今电子技术的飞速发展，促进了VVT技术从研究阶段向实用阶段发展。电动气门具有与电控喷射同等重要的意义，它将给发动机空气系统控制和循环过程管理带来一系列技术变革，如取消节气门、可变压缩比、部分停缸等。

c.燃烧方式的混合。传统的火花点火发动机的燃烧过程在火焰传播中，火焰前锋的温度比未燃混合气高很多。所以这种燃烧过程虽然混合气时均匀的，但是温度分布仍是不均匀，局部的高温会导致在火焰经过的区域形成NOx。柴油机的燃烧过程是扩散型的，燃烧过程中燃烧速率由混合速率决定，点火在许多点发生，这种类型的燃烧过程混合和燃烧都是不均匀的，NOx在燃烧较稀的高温区产生，固体微粒在燃料较浓的高温区产生。在均质充量压缩点燃(Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI)过程中，理论上是均匀的混合气和残余气体，在整个混合气体中由压缩点燃，燃烧是自发的、均匀的并且没有火焰传播，这样可以阻止NOx和微粒的形成。这种汽油机均质与柴油机压燃混合的燃烧方式，以燃料技术和控制技术为基础，综合汽油机和柴油机两种燃烧方式优点的均质压燃HCCI内燃机技术正在兴起。

汽车产量持续的发展面临着许多问题，降低燃油消耗量和二氧化碳排放将成为汽车制造商要解决的主要问题。随着汽油机电子控制系统性能的提高，相信在不久我们将使用上更节能、更高性能的汽车。