尋找?guī)ь^大哥

○ 文／本刊記者 石杏茹

尋找?guī)ь^大哥

○ 文／本刊記者 石杏茹

從芳烴混合物中區(qū)別分離出對(duì)二甲苯，是“高效環(huán)保芳烴成套技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”技術(shù)解決的最大難題。

性別、身高、長相一模一樣的四胞胎，怎么區(qū)分？不用驗(yàn)DNA，這個(gè)難題其實(shí)很好解決。深圳有位四胞胎男孩，父母按長幼順序給他們分別在頭上剃出阿拉伯?dāng)?shù)字“1、2、3、4”。如果是女孩不能剃頭怎么辦？也好辦，四胞胎女孩可以通過分別扎“1、2、3、4”個(gè)小辮來分辨。

外觀與性狀完全相同的類四胞胎對(duì)二甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、乙苯，怎么區(qū)分？

驗(yàn)DNA也不行。同為芳烴混合組分，這“四胞胎”同為碳八芳烴，分子式完全相同，最小的沸點(diǎn)差僅約1℃。區(qū)別只在化學(xué)意義上的排列結(jié)構(gòu)不同、作用不一。對(duì)人類最有用的是其中的對(duì)二甲苯。人們無法人為地把它們標(biāo)注上“1、2、3、4”，所以很難把對(duì)人類最有用的對(duì)二甲苯區(qū)分出來。

獲得2015年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)的中石化“高效環(huán)保芳烴成套技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”技術(shù)解決了這個(gè)難題。中石化工程建設(shè)公司總經(jīng)理孫麗麗說：“把最有用的帶頭大哥對(duì)二甲苯找到，把鄰二甲苯、間二甲苯整整容變成對(duì)二甲苯，并最終分離出來是技術(shù)要解決的最大問題。”

最值錢的帶頭大哥

芳烴之所以成為我們追求的芳烴，最大原因是混合物中含有的對(duì)二甲苯。對(duì)二甲苯之所以成為芳烴混合物中的帶頭大哥，是因?yàn)樗闹匾浴?/p>

大多數(shù)人不知道，我們生活中約有65%的紡織原料、80%的飲料包裝瓶來源于對(duì)二甲苯。全球年消費(fèi)對(duì)二甲苯約5000萬噸（化工用途的芳烴總量約1.2億噸）。原油中天然的對(duì)二甲苯僅占約千分之一，對(duì)二甲苯工廠的原料主要來源于上游的煉油或化工裝置，通過一系列的復(fù)雜加工過程實(shí)現(xiàn)對(duì)二甲苯的轉(zhuǎn)化與分離，生產(chǎn)出高純度的對(duì)二甲苯產(chǎn)品。

近年來，中石化科技創(chuàng)新成果頻出。

攝影/胡慶明

目前，全世界對(duì)二甲苯的年總產(chǎn)能為3900萬噸～4000萬噸（全球約5000萬噸），亞洲在2800萬～3000萬噸。

為什么四分之三的對(duì)二甲苯產(chǎn)能集中在亞洲地區(qū)？

因?yàn)樗鼈兇蠖嗍菄@中國需求而建。近15年，我國對(duì)二甲苯年均需求增長率高達(dá)20%，2014年消費(fèi)量約2000萬噸，對(duì)外依存度超過50%，花費(fèi)近百億美元外匯。

日本是最早有對(duì)二甲苯項(xiàng)目的國家之一，大約有80%出口，其中60%出口到中國。新加坡把對(duì)二甲苯作為本國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，不斷加大發(fā)展力度。新建的對(duì)二甲苯工廠產(chǎn)品全部出口中國。韓國是新興的對(duì)二甲苯生產(chǎn)、出口大國，2012年就成為世界對(duì)二甲苯產(chǎn)量排名第三的國家，年產(chǎn)能為584萬噸左右。目前產(chǎn)能已近千萬噸，預(yù)計(jì)出口量由現(xiàn)在的40%上升到50%以上。

約有一半的對(duì)二甲苯要從國外高價(jià)購買已經(jīng)是石化產(chǎn)業(yè)之痛,另外一半在我國生產(chǎn)的對(duì)二甲苯產(chǎn)品也要使用國外技術(shù),向外國廠商支付高額費(fèi)用，更是石化產(chǎn)業(yè)之殤。

“開展芳烴成套技術(shù)攻關(guān)刻不容緩?！痹陧?xiàng)目第一完成人戴厚良看來，這樣一項(xiàng)石化核心技術(shù)決不能受制于人，“如此重要的基礎(chǔ)原料，自己不做，就不掌握話語權(quán)?！?/p>

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中國石化高效環(huán)保芳烴成套技術(shù)累計(jì)獲得40余項(xiàng)國內(nèi)外專利授權(quán)，形成了完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，出版專著1部，獲中國發(fā)明專利金獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲省部級(jí)科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)1項(xiàng)、一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。

最難啃的骨頭

一套技術(shù)居然成為縈繞在幾代石化人心中的夢(mèng)想，需要經(jīng)歷前后四十余年的攻堅(jiān)克難、集幾代人之功才能完成。自主掌握芳烴成套技術(shù)，為產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供基礎(chǔ)，有多復(fù)雜、有多難？

其實(shí)，20世紀(jì)80年代起，中國石化人已經(jīng)先后研發(fā)出芳烴抽提、二甲苯異構(gòu)化等單元技術(shù)。遺憾的是，芳烴成套技術(shù)的核心—對(duì)二甲苯吸附分離技術(shù)一直未能掌握。

技術(shù)難題所指之處，就是科研力量集中之所。

1999年，石科院四室課題組長、項(xiàng)目第三完成人王輝國碩士畢業(yè)后就投入到對(duì)二甲苯吸附分離技術(shù)的研究之中。10多年的科研之路走下來,他成為這一領(lǐng)域的骨干和中堅(jiān)?！拔覀円蛛x的對(duì)象,相當(dāng)于是長相和秉性都非常相像的一個(gè)四胞胎兄弟組成的混合物。要精確、快速、高效地分離出其中應(yīng)用價(jià)值最高的對(duì)二甲苯,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的最大化,在技術(shù)層面是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)?！?/p>

有件事，王輝國記憶深刻。

2003年,對(duì)二甲苯高效分離吸附劑從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向工業(yè)生產(chǎn),但投料十幾次都失敗了,合成不出實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果。為了查找原因,王輝國和課題組同事連續(xù)幾天吃住在工廠里,把一批物料投到容器里后,每隔兩小時(shí)采樣分析分子篩晶化的狀態(tài),困了累了就躺在辦公室地板上休息一下。就這樣，他們連軸轉(zhuǎn)堅(jiān)持一個(gè)星期后,終于找出了影響產(chǎn)品質(zhì)量的原因,成功實(shí)現(xiàn)了中石化研發(fā)的RAX-2000A國產(chǎn)吸附劑從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)應(yīng)用的重要轉(zhuǎn)型。

RAX-2000A國產(chǎn)吸附劑各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過進(jìn)口劑的水平，價(jià)格比當(dāng)時(shí)進(jìn)口劑低三分之一。

這三分之一可非同小可。對(duì)中國這么大的市場來說，自然是有人歡喜有人愁。

最不怕威脅的石化人

就在石化人歡欣鼓舞，就在中石化想要在國外引進(jìn)的芳烴裝置上陸續(xù)運(yùn)行和推廣國產(chǎn)吸附劑的時(shí)候，不甘心丟掉中國市場的國外公司拿出了撒手锏—如果中國人要用自己的吸附劑，那他們就不再提供芳烴配套的技術(shù)服務(wù)和其他關(guān)鍵產(chǎn)品。有人對(duì)此做了這樣的比喻：“我們只想吃一顆桃子，國外的供應(yīng)商卻想讓我們把整個(gè)果園都買下來?！?/p>

中國人從來不怕威脅，也從未在別人的淫威虎逼下妥協(xié)過。石化科研人更有一種不可摧毀的精神。

為了進(jìn)一步擺脫國外對(duì)對(duì)二甲苯吸附分離工藝技術(shù)的壟斷，2009年，對(duì)二甲苯吸附分離技術(shù)進(jìn)入中國石化“十條龍”攻關(guān)項(xiàng)目。從那時(shí)起，中國石化總部共召開10多次“芳烴成套技術(shù)開發(fā)攻關(guān)例會(huì)”，調(diào)集中國石化系統(tǒng)內(nèi)的一切優(yōu)勢(shì)資源，依托具有國內(nèi)一流科技開發(fā)實(shí)力的石油化工科學(xué)研究院和具有一流工程設(shè)計(jì)能力的設(shè)計(jì)單位，聯(lián)合上海石油化工研究院、催化劑公司，以及揚(yáng)子石化、海南煉化等生產(chǎn)企業(yè)，聯(lián)手發(fā)起對(duì)芳烴成套技術(shù)的最后堡壘——吸附分離技術(shù)的攻關(guān)，要不惜一切代價(jià)啃下這塊“硬骨頭”。

中石化芳烴成套技術(shù)在海南煉化60萬噸/年的聯(lián)合芳烴裝置上完美集成。

攝影/張見明

這塊骨頭硬在哪兒？

“對(duì)二甲苯分離技術(shù)采用模擬移動(dòng)床吸附分離工藝。該工藝集吸附劑、專用設(shè)備、工藝及專用控制系統(tǒng)于一體，開發(fā)技術(shù)難度極大?！笔圃焊笨偣ぁ㈨?xiàng)目完成單位代表吳巍如是說，“此外，對(duì)二甲苯產(chǎn)品純度要求高，但工業(yè)裝置各物料和產(chǎn)品的進(jìn)出是在閥門周期切換控制下交替流經(jīng)同一管線。這會(huì)造成管線內(nèi)不同物料殘留——哪怕是微量殘留未消除，都會(huì)影響產(chǎn)品的純度和收率?！?/p>

數(shù)不清經(jīng)歷了多少次失敗。王輝國說：“每一項(xiàng)技術(shù)工作的進(jìn)步都是一點(diǎn)一滴的,失敗遠(yuǎn)比成功的次數(shù)多得多,常常會(huì)覺得很難,但遇到難題總會(huì)想辦法把它解決掉?！?/p>

時(shí)間在推移，巨大的難題一點(diǎn)一滴得到分解。最終，我國自主芳烴吸附分離技術(shù)從無到有，然后實(shí)現(xiàn)了超越。吳巍說：“以吸附劑材料來說，率先攻克了高結(jié)晶度亞微米分子篩合成并首創(chuàng)吸附劑二次晶化技術(shù)，使吸附分離效率提高10%?！?/p>

除吸附劑外，上海院副總工、項(xiàng)目完成單位代表孔德金介紹，科研人員在研發(fā)過程中首創(chuàng)兩相共生分子篩并開發(fā)了新型歧化與烷基轉(zhuǎn)移催化劑、創(chuàng)新開發(fā)了新型分子篩異構(gòu)化催化劑，使得重芳烴轉(zhuǎn)化能力提高70%~80%，資源利用率提高5%。

最完美的集成

一服中藥如果要想達(dá)到治病救人的效果，需要挑選多種草藥按照不同劑量完美融合在一起，然后找到合適的爐灶，施以適宜的火候，經(jīng)過特定的時(shí)間熬制而成。這當(dāng)中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出了差錯(cuò)，都可能影響療效。

中國石化總經(jīng)理、高效環(huán)保芳烴成套技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用項(xiàng)目第一完成人戴厚良說：“‘高效環(huán)保芳烴成套技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用’技術(shù)也是如此。這套技術(shù)包括原料精制與精餾、芳烴異構(gòu)與轉(zhuǎn)化、吸附分離等工藝及工程技術(shù)，涉及技術(shù)開發(fā)、工程設(shè)計(jì)、裝備制造、建設(shè)施工多個(gè)環(huán)節(jié)。系統(tǒng)集成度高，開發(fā)難度巨大?！?/p>

如今各項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成功攻克，怎么集成成了最

芳烴技術(shù)，從引進(jìn)來到開始“走出去”，經(jīng)過了40多年的光陰。 攝影/董 波

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中國石化近年來科技創(chuàng)新成果豐碩，發(fā)明專利授權(quán)量全國企業(yè)排名第一

國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局近期發(fā)布了2015年我國專利申請(qǐng)、授權(quán)及國際專利申請(qǐng)（PCT）等數(shù)據(jù)。中國石化獲得授權(quán)量再創(chuàng)歷史新高，以2844件的中國發(fā)明專利授權(quán)量在企業(yè)排行榜中排名第一。此前的第十七屆中國專利獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)大會(huì)上，中國石化獲得中國專利金獎(jiǎng)1項(xiàng)、優(yōu)秀獎(jiǎng)8項(xiàng)。截至2015年，中國石化共獲專利金獎(jiǎng)18項(xiàng)、優(yōu)秀獎(jiǎng)68項(xiàng)。四年兩獲國家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。2013年，中國石化特大型超深高含硫氣田安全高效開發(fā)技術(shù)及工業(yè)化應(yīng)用榮獲國家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。該技術(shù)攻克四大世界級(jí)難題，形成五大創(chuàng)新，使我國成為世界上少數(shù)幾個(gè)掌握開發(fā)特大型超深高含硫氣田核心技術(shù)的國家。后的臨門一腳。王輝國說：“技術(shù)開發(fā)難，找到很好的業(yè)主去進(jìn)行成功的工業(yè)運(yùn)營也很難。如果業(yè)主開車水平很差，即使給他輛寶馬，也免不了出現(xiàn)交通事故。”

這時(shí)就顯出了中國石化的集團(tuán)優(yōu)勢(shì)。中石化不僅有自己的科技研發(fā)團(tuán)隊(duì)、自己的設(shè)計(jì)研究院、自己的工程建設(shè)力量，而且有眾多的煉化企業(yè)來實(shí)現(xiàn)最后的工業(yè)應(yīng)用。

2004年，在齊魯石化，中石化成功實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)的RAX-2000A國產(chǎn)吸附劑從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)應(yīng)用的重要轉(zhuǎn)型。

2011年，中石化在揚(yáng)子石化建成3萬噸/年的首套工業(yè)示范裝置。這標(biāo)志著中國石化成功攻克了自主芳烴生產(chǎn)技術(shù)的最后一座堡壘——吸附分離技術(shù)，掌握了芳烴生產(chǎn)成套技術(shù)。這套工業(yè)示范裝置采用最新研發(fā)的RAX—3000型國產(chǎn)吸附劑和工藝，驗(yàn)證了自主技術(shù)的可靠性，為工業(yè)應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

2013年12月27日，中石化在海南煉化建設(shè)了60萬噸/年芳聯(lián)合裝置，并一次開車成功，順利投產(chǎn)。

這是中國石化自主芳烴成套技術(shù)首次在大規(guī)模芳烴聯(lián)合裝置上應(yīng)用，標(biāo)志著中國石化完全掌握了大規(guī)模芳烴聯(lián)合裝置全流程生產(chǎn)技術(shù)，具備了芳烴聯(lián)合裝置工藝設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、吸附劑制造生產(chǎn)的能力，成為全球第三個(gè)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大芳烴生產(chǎn)技術(shù)專利商和工程承包商。蔡智說：“與國內(nèi)同類裝置相比，海南煉化這套對(duì)二甲苯裝置每生產(chǎn)1噸對(duì)二甲苯產(chǎn)品，能耗要低近百千克標(biāo)油。”

責(zé)任編輯：石杏茹

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