催化劑催的革命—訪揚子石化研究院李傳峰博士

○ 文/本刊特約記者 蔣連家

新型非茂金屬催化劑將使聚烯烴實現(xiàn)由仿制到創(chuàng)造的跨越，對解決塑料產(chǎn)能過剩具有重大意義。

有這樣一種塑料纖維，用手扯不斷，能制成高韌性警用手套、高強度降落傘、超級抗磨損塑料管道。這種神奇的材料是用一種新的催化劑開發(fā)和生產(chǎn)的。它就是非茂金屬催化劑，我國自主研發(fā)的第一種新型催化劑。

上世紀90年代中期，因為受制于西方催化劑核心技術(shù)制約，中國科學院5名院士聯(lián)名上書，倡議中國與國外同步開發(fā)新型非茂金屬催化劑，引起了業(yè)界共鳴。在這樣的背景下，揚子石化在李傳峰博士主持下開始研究和開發(fā)非茂金屬催化劑。這被列為“十五”、“十一五”、“十二五”國家科技支撐計劃。日前，記者就這一催化劑的開發(fā)采訪了李傳峰博士。

石化發(fā)展需核心技術(shù)

本刊特約記者：李博士您好！目前非茂金屬催化劑開發(fā)進展如何？

李傳峰：中國石油化工的快速發(fā)展起步于引進技術(shù)，包括催化劑。這些催化劑包含著高額專利費，使我們的產(chǎn)品成本居高不下。我國的煉化企業(yè)從建成投產(chǎn)相當一段時間都靠進口催化劑生產(chǎn)，深切感受到核心技術(shù)對石化企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)的制約。

在得到國際上開始開發(fā)非茂金屬催化劑的信息后，因為院士呼吁，我們開始與國外同步介入這一課題研究。該課題被列為國家“863”計劃和十五”、“十一五”、“十二五”國家科技支撐計劃。十余年后，我們自主設計和建成了國內(nèi)首套2噸/年負載型非茂金屬催化劑制備中試裝置，并成功制備和生產(chǎn)出滿足指標要求的百公斤級催化劑樣品。同時，參與建成300L乙烯淤漿聚合模試裝置和15kg/h連續(xù)法乙烯氣相聚合中試裝置。應用中試裝置批量制備的催化劑在淤漿聚合工業(yè)裝置上進行了應用試驗，成功地開發(fā)出交聯(lián)聚乙烯專用料（PEX）和超高分子量聚乙烯專用料（UHMWPE）。PEX及其過氧化交聯(lián)后管材性能優(yōu)良，經(jīng)多個廠家多次應用試驗表明，PEX基本性能與進口料相當，耐環(huán)境應力開裂性能更為優(yōu)良。

●新型催化劑的成功研發(fā),承載著科研人員的心血與汗水。 供圖/揚子石化宣傳部

本刊特約記者：與國外同行相比，我國的非茂金屬催化劑研發(fā)處于什么水平？

李傳峰：十年磨一劍。這一課題我們與國外同時起步，也一直跟蹤國際同行的研究進展，大家都在探索中前進。目前，我們這一科研項目與國際最新技術(shù)相比處于同步水平，在國內(nèi)領先。截至目前，科研團隊已經(jīng)申請國家發(fā)明專利105項、涉外專利9項，已授權(quán)國內(nèi)發(fā)明專利43項、國外專利12項。

助力新品開發(fā)

本刊特約記者：目前我國塑料市場產(chǎn)能過剩嚴重，但每年還要大量進口高端塑料。研發(fā)非茂金屬催化劑對解決這種困局有什么意義？

李傳峰：產(chǎn)能爆發(fā)式增長使國內(nèi)聚烯烴產(chǎn)品市場漸顯飽和之態(tài)，并在西方國家經(jīng)濟衰退、出口增速回落之后迅速顯現(xiàn)。聚烯烴這種從前的效益支柱，2012年開始全行業(yè)虧損。國內(nèi)聚烯烴市場出現(xiàn)了通用產(chǎn)品過剩、高性能產(chǎn)品短缺的新常態(tài)。美國頁巖氣、中東石油伴生氣、國內(nèi)煤制乙烯等低成本資源形成產(chǎn)能，將使目前以石油為原料的聚烯烴產(chǎn)品生存更加艱難。

國內(nèi)塑料市場結(jié)構(gòu)比較復雜，一方面通用塑料嚴重過剩，另一方面高端產(chǎn)品依賴進口。過剩最主要原因是同質(zhì)化，也就是同類產(chǎn)品國內(nèi)有多個廠家生產(chǎn)。比如管材料國內(nèi)很多廠家在生產(chǎn)，已經(jīng)能滿足需要，但產(chǎn)品質(zhì)量認證不如國外大公司規(guī)范，消費者還是更容易接受進口產(chǎn)品。

可以說，開發(fā)塑料新功能，生產(chǎn)高附加值高精尖產(chǎn)品，是克服虧損局面的最佳選擇。

本刊特約記者：據(jù)我所知，生產(chǎn)高端塑料的關(guān)鍵是催化劑。

李傳峰：對，開發(fā)塑料新產(chǎn)品的關(guān)鍵是催化劑。目前國內(nèi)使用的絕大部分高端催化劑已經(jīng)被國外公司專利全部覆蓋，生產(chǎn)高端產(chǎn)品的催化劑制備技術(shù)被視作核心技術(shù)從不輕易向外轉(zhuǎn)讓。這成為進口高端塑料壟斷國內(nèi)市場的根本原因。這也是我們同國外同步開發(fā)新型非茂金屬催化劑的原因。

本刊特約記者：新型催化劑對國內(nèi)聚烯烴產(chǎn)業(yè)會有什么影響？

李傳峰：我們對新型催化劑技術(shù)抱有很高期望，非茂金屬催化劑研究成果已顯示出多種應用潛力。如以非茂金屬催化劑技術(shù)做平臺，可有效改善國內(nèi)聚烯烴產(chǎn)業(yè)中低端化和同質(zhì)化格局，形成包括催化劑、聚合工藝及高性能聚烯烴樹脂產(chǎn)品開發(fā)在內(nèi)的一系列非茂金屬聚烯烴催化劑技術(shù)，提高我國聚烯烴品種檔次，改善國內(nèi)聚烯烴產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使之向多樣化、系列化、專用化、高性能化的方向發(fā)展。新的催化劑體系將使我國聚烯烴產(chǎn)品實現(xiàn)由仿制產(chǎn)品到創(chuàng)造產(chǎn)品的跨越。這一創(chuàng)新形成了國內(nèi)聚烯烴產(chǎn)品由仿造到創(chuàng)造新時代的潛力。

本刊特約記者：新型催化劑是否形成了實用能力？

李傳峰：我們應用非茂金屬催化劑已經(jīng)有多個產(chǎn)品形成了工業(yè)生產(chǎn)。其中，超高分子量聚乙烯新產(chǎn)品成功開發(fā)顯示了這一技術(shù)平臺的活力，是這一新型催化劑的頭胎子。

超高分子量聚乙烯是一種線型結(jié)構(gòu)的熱塑性工程塑料，具有韌性、高耐磨性、抗應力開裂性、耐沖擊性等優(yōu)異綜合性能，應用于抗沖、減振、防彈、抗疲勞、耐磨、減磨、減阻、防黏等場合。我國是世界上第四個掌握超高分子量纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)的國家。這種纖維在防彈、吸能、高強力繩纜、安保紡織品、工程加固、信息、新能源、醫(yī)療、體育休閑等領域得到廣泛應用。據(jù)統(tǒng)計，目前全球生產(chǎn)超高分子量聚乙烯的廠家約20家，總產(chǎn)能約22萬噸/年。國內(nèi)生產(chǎn)能力已位于世界第三位，但仍有3萬噸的需求需通過進口來滿足。

政府在推動

本刊特約記者：新型聚烯烴材料前景怎么樣？

李傳峰：國家對新型材料一直采取政策鼓勵。這方面在民用建筑推行塑料管是一個成功的例證。10年前，建設部一個民用建筑淘汰鍍鋅管的法令，讓無規(guī)共聚聚丙烯（PPRPPB）迅速產(chǎn)業(yè)化，造就了今天數(shù)百萬噸管材料大市場。民用建筑、市政工程、輸氣、輸煤，都用上了多種形態(tài)、多種規(guī)格的塑料管材。

本刊特約記者：也就是說，非茂金屬催化劑延生產(chǎn)品受到國家鼓勵嗎？

李傳峰：是的。

2013年2月16日國家發(fā)改委公布的《國家發(fā)展改革委關(guān)于修改<產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導目錄（2011年本）>有關(guān)條款的決定》修正（第 21 號令），鼓勵新型塑料建材（高氣密性節(jié)能塑料窗、大口徑排水排污管道、抗沖擊改性聚氯乙烯管、地源熱泵系統(tǒng)用聚乙烯管、非開挖用塑料管材、復合塑料管材、塑料檢查井)；防滲土工膜；塑木復合材料和分子量≥200萬的超高分子量聚乙烯管材及板材生產(chǎn)。這道政府令為超高分子量聚乙烯開出了一張嶄新的市場通行證。

政府令明顯顯示，國家和行業(yè)支持的重點是具有技術(shù)優(yōu)勢、能夠影響到產(chǎn)業(yè)調(diào)整和升級的高技術(shù)產(chǎn)品。我們非茂金屬催化劑具有生產(chǎn)包括超高分子量聚乙烯等特異性聚烯烴產(chǎn)品的潛力，延生的高性能材料受到國家政策鼓勵，擁有技術(shù)優(yōu)勢的企業(yè)將擁有先機，首先形成批量能力，滿足市場需求，推動包括在紡織產(chǎn)業(yè)等升級技術(shù)改造，展現(xiàn)中國從塑料生產(chǎn)大國向強國轉(zhuǎn)型的光明前景。