雙氧水制環(huán)氧丙烷“出龍”記

李永華

耗時15年，僅固定設(shè)備投資就達12.8億元，中國石化雙氧水制環(huán)氧丙烷項目歷經(jīng)的艱難過程可視為我國基礎(chǔ)性、原始性自主創(chuàng)新的一個縮影。

雙氧水制環(huán)氧丙烷是什么？

15年前，中國石化邁開了雙氧水制環(huán)氧丙烷的第一步，此后將這一項目列入中國石化科技攻關(guān)“十條龍”計劃，成為中國石化的頂級科研項目。中國石油化工集團公司董事長、黨組書記戴厚良多次參加項目評議會，督促項目進展，重要性可見一斑。

雙氧水制環(huán)氧丙烷技術(shù)到底牛在哪里？要搞清這件事，先要了解一下環(huán)氧丙烷。這是一個非專業(yè)人士一看就懵的專業(yè)名詞，作為一種基礎(chǔ)性石化原料，在石化業(yè)內(nèi)大名鼎鼎，是位居聚丙烯和丙烯腈之后，排名第三的丙烯類衍生物。

中國石化長嶺煉化（下稱“長嶺煉化”）副總經(jīng)理陳斌介紹，環(huán)氧丙烷用途廣泛，主要用于生產(chǎn)聚醚多元醇、丙二醇和各類非離子表面活性劑，比如聚醚多元醇，就是“做聚氨酯泡沫、保溫材料、涂料等這些材料的主要原料之一，冰箱、空調(diào)、汽車?yán)锒家茫I(yè)生產(chǎn)和日常生活中都很常見”。

這還僅是環(huán)氧丙烷諸多用途的一小部分。在化工、紡織、日化、農(nóng)藥等多個產(chǎn)業(yè)中，常常能看到環(huán)氧丙烷的身影，幾乎貫穿于人們的衣食住行等方方面面。作用如此之大且不可或缺，環(huán)氧丙烷多年來一直供不應(yīng)求，但環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)制造一直存在著高污染、高危險等問題。

湖南長嶺石化科技開發(fā)有限公司第二研發(fā)部主任何馳劍介紹，環(huán)氧丙烷本身就是易燃易爆化學(xué)品，采用氯醇法生產(chǎn)環(huán)氧丙烷需要用到的氯氣是一種劇毒氣體，生產(chǎn)過程對環(huán)境尤其是對水的污染嚴(yán)重?！吧a(chǎn)一噸環(huán)氧丙烷，要用40噸水以上，耗水量極大，同時產(chǎn)生40噸以上的含氯廢水，極難處理，環(huán)保風(fēng)險高”。

外資巨頭走在前列，買技術(shù)不行嗎？

當(dāng)前，國內(nèi)占比超過80%的環(huán)氧丙烷都是采用氯醇法。為此，國家2011年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整目錄明確限制發(fā)展氯醇法，從2015年開始禁止新建氯醇法裝置。世界上其他國家也紛紛強制淘汰氯醇法環(huán)氧丙烷生產(chǎn)線。

國內(nèi)外都在探索環(huán)保安全的新方法，國際化工巨頭巴斯夫和德國贏創(chuàng)走在了前面，先后掌握了雙氧水制環(huán)氧丙烷技術(shù)。陳斌說，“業(yè)內(nèi)把這種技術(shù)叫作HPPO，副產(chǎn)物極少，污染少，投資也少，優(yōu)勢非常明顯?！?/p>

既然有了這么好的技術(shù)，買過來不就行了嗎？的確，身為我國石化業(yè)龍頭的中國石化就動過這個心思，更別說其他石化企業(yè)。

但國際巨頭憑借壟斷優(yōu)勢，技術(shù)轉(zhuǎn)讓要價極高。據(jù)中國石化內(nèi)部人士透露，中國石化曾討論購買HPPO，一談判，對方僅環(huán)氧丙烷制備部分的技術(shù)轉(zhuǎn)讓費就要價上千萬歐元。

不止于此，雙氧水制造技術(shù)還要捆綁銷售、單獨計價。何馳劍介紹，東北一家企業(yè)上馬雙氧水制環(huán)氧丙烷新產(chǎn)線時，外資合作方轉(zhuǎn)讓條件之一就是捆綁銷售其高濃度雙氧水，“雙氧水賣得很貴，外資巨頭賺得盆滿缽滿。”

中國石化雙氧水制環(huán)氧丙烷裝置全景

更重要的是，陳斌介紹，“現(xiàn)在國內(nèi)規(guī)劃的環(huán)氧丙烷新產(chǎn)線基本以HPPO技術(shù)為主?！边@意味著，如果依賴進口技術(shù)，我國就可能在這一基礎(chǔ)石化領(lǐng)域失去話語權(quán)。

經(jīng)過15年攻關(guān)，2018年12月，中國石化“10萬噸/年雙氧水法制環(huán)氧丙烷成套技術(shù)開發(fā)”的項目飛越關(guān)山，技術(shù)鑒定結(jié)論認(rèn)為，中國石化“總體技術(shù)達到國際先進水平，其中催化劑技術(shù)和物耗達到國際領(lǐng)先水平”，中國石化成為全球第三家掌握HPPO的公司。

從原始創(chuàng)新到商業(yè)運營，自主創(chuàng)新為何難？

2004年，中國工程院院士舒興田希望在國內(nèi)找一個實驗室，探索雙氧水制環(huán)氧丙烷技術(shù)。

2019年，該項目有望正式投入商業(yè)運營，中國石化內(nèi)部稱之為“出龍”。

據(jù)了解，早在1991年，當(dāng)時的石化總公司就提出把科研、設(shè)計、生產(chǎn)、設(shè)備制造、施工組織起來進行科技創(chuàng)新，叫作“一條龍”聯(lián)合攻關(guān)。當(dāng)時選擇了10個聯(lián)合攻關(guān)項目，被稱為“十條龍”。此后，“十條龍”成為中國石化重點項目攻關(guān)的代名詞。

研發(fā)環(huán)氧丙烷新型制備方法，中國石化選擇了偏居一隅的長嶺煉化作為牽頭單位。陳斌回憶，長嶺煉化接下雙氧水制環(huán)氧丙烷這副重?fù)?dān)，首先是因為在中國石化內(nèi)部，長嶺煉化素有重視研發(fā)的名聲，先后有6項技術(shù)在長嶺煉化實現(xiàn)國內(nèi)首次工業(yè)應(yīng)用，5項技術(shù)填補國內(nèi)空白。此外，雙氧水制環(huán)氧丙烷與長嶺煉化已有的己內(nèi)酰胺相關(guān)技術(shù)一脈相承，長嶺煉化就主動去中國石化總部爭取項目。

不承想，這一干就是漫長的15年，從實驗室到小試、中試，再到向工業(yè)轉(zhuǎn)化階段的 10萬噸項目裝置，哪怕是10萬噸項目裝置運行后，還要經(jīng)歷長達4年，才能最終達到穩(wěn)定運營的狀態(tài)，也才能宣布該項目正式“出龍”，對外推廣。

“每一步都很難?！眳⑴c該項目的民營企業(yè)——湖南長嶺石化科技開發(fā)有限公司黨委書記王偉回憶，“項目剛開始，在國際上查不到什么資料，就像是在一間黑屋子里，沒有燈，不知道往哪里走。”

第一道難關(guān)是尋找合適的催化劑，差不多花了一年時間。王偉說，丙烯是制造環(huán)氧丙烷的原料，可以與很多的催化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成環(huán)氧丙烷，反應(yīng)會有無數(shù)種形式，要選擇，要控制，很麻煩?！鞍退狗蛟?0多年找催化劑。就算找對了催化劑，雙氧水與丙烯反應(yīng)，生產(chǎn)出來的可能只有一丁點環(huán)氧丙烷，大部分是副產(chǎn)品，要在沙子里挑芝麻，這種事情在石化行業(yè)很多。”

試驗是第一步;第二步是“小試”，也就是根據(jù)實驗室效果進行放大;第三步是根據(jù)小試結(jié)果繼續(xù)放大，即“中試”。

真正的挑戰(zhàn)是2012年中試以后。陳斌說，2012年4月6日，中國石油化工集團公司董事長、黨組書記戴厚良批示，項目要抓緊時間推進，形成可商業(yè)化、可復(fù)制的成套HPPO技術(shù)。

長嶺煉化決定上馬10萬噸HPPO 項目裝置，投資額超過12億元。此時，中國石化的研發(fā)模式就顯現(xiàn)出強大的優(yōu)勢。

2018年，國家提出要推進產(chǎn)學(xué)研用一體化，支持龍頭企業(yè)整合科研院所、高等院校力量，建立創(chuàng)新聯(lián)合體?！拔覀冏允贾两K就是靠這樣的創(chuàng)新聯(lián)合體才做成了自己的HPPO技術(shù)?！遍L嶺煉化董事長、黨委書記、總經(jīng)理王妙云說。

HPPO項目堪稱高危項目。雙氧水非?；钴S，丙烯是易爆品，將兩個非常危險的東西放在一起，“如果過程不可控，極容易爆炸?！焙务Y劍說，在國內(nèi)，雙氧水生產(chǎn)企業(yè)沒有發(fā)生爆炸事故的是極少數(shù)。在項目中后期，長嶺煉化雙氧水制環(huán)氧丙烷項目也發(fā)生過安全事故?！爱?dāng)時對大家的打擊比較大，感覺壓力很大，但是，領(lǐng)導(dǎo)堅定支持，要繼續(xù)干下去?！?/p>

2014年12月6日，總投資12.8億元，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國內(nèi)首套10萬噸/年HPPO裝置建成投產(chǎn)一次成功。2015年4月，長嶺煉化環(huán)氧丙烷項目配套裝置15萬噸/年雙氧水裝置建成投產(chǎn)。

2018年底，長嶺煉化環(huán)氧丙烷裝置完成大負(fù)荷運行標(biāo)定試驗，環(huán)氧丙烷產(chǎn)品純度穩(wěn)定在99.95%以上，產(chǎn)品質(zhì)量達到國家優(yōu)級品標(biāo)準(zhǔn)，該技術(shù)進入成熟可推廣的階段。

王妙云介紹，年產(chǎn)值已近500億元的長嶺煉化今后在化工方面，將以環(huán)氧丙烷、富含芳烴餾分利用為重點發(fā)展方向，擴大環(huán)氧丙烷裝置生產(chǎn)能力，延伸聚醚等特色化工下游產(chǎn)業(yè)，力爭在2025年左右基本完成產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級。

此外，除了長嶺煉化本身，中國石化還計劃在福建投建20萬噸的雙氧水制環(huán)氧丙烷項目。陳斌說，“來學(xué)習(xí)、洽談的企業(yè)很多”。

數(shù)據(jù)顯示，2014—2018年我國環(huán)氧丙烷產(chǎn)能增長速度由高速轉(zhuǎn)為平緩，5年復(fù)合年均增長率5.2%，對環(huán)境不友好的傳統(tǒng)氯醇法工藝不允許再建，環(huán)氧丙烷依然處于供不應(yīng)求的態(tài)勢。

專家點評

中國工程院院士汪燮卿：雙氧水制環(huán)氧丙烷成套技術(shù)將產(chǎn)生重要影響

目前，生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的工業(yè)化方法有氯醇法、共氧化法和雙氧水直接氧化法。

氯醇法轉(zhuǎn)化率低，耗氯量大，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，污染嚴(yán)重，生產(chǎn)1噸環(huán)氧丙烷就副產(chǎn)2噸廢渣和40～80噸含氯廢水，國內(nèi)環(huán)氧丙烷大多采用此法生產(chǎn)。由于環(huán)境污染嚴(yán)重，不再允許新建裝置，已有裝置也面臨逐步淘汰的窘境，《國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄2011》中已將其列為限制類。共氧化法工藝復(fù)雜，流程長，對設(shè)備要求高，投資大，副產(chǎn)多，有污染，特別是受到聯(lián)產(chǎn)物市場的制約。

國內(nèi)外都投入大量的人力和物力進行無污染、低成本的環(huán)氧丙烷生產(chǎn)新方法研究。長嶺煉化、中石化石油化工科學(xué)研究院和湖南長嶺石化科技開發(fā)有限公司等歷時15年共同研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的雙氧水直接氧化法合成雙氧丙烷（HPPO）技術(shù)，打破了國際壟斷，填補了國內(nèi)空白。該工藝具有條件溫和、工藝流程簡單、產(chǎn)品選擇性好、原子利用率高、環(huán)境友好等特點。HPPO工藝是國際公認(rèn)的綠色環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)，將成為新建環(huán)氧丙烷項目采用的主要工藝，是環(huán)氧丙烷合成技術(shù)的發(fā)展趨勢。

中石化自主研發(fā)的雙氧水制環(huán)氧丙烷成套技術(shù)已獲得授權(quán)發(fā)明專利17項，其中國外專利12項。該技術(shù)通過了中石化技術(shù)鑒定，具有顯著的創(chuàng)新性和自主知識產(chǎn)權(quán)，總體技術(shù)達到國際先進水平，其中催化劑技術(shù)和物耗達到了國際領(lǐng)先水平。