推動(dòng)石油化工綠色可持續(xù)發(fā)展
——記石科院石油化工催化材料與反應(yīng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

□ 彭欣欣 杜詩(shī)畫

科研人員利用掃描電鏡進(jìn)行催化劑表征。胡慶明 攝

隨著環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，實(shí)現(xiàn)石油資源最大化合理利用對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。2007年7月9日，國(guó)家科技部正式批準(zhǔn)，依托中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院建設(shè)石油化工催化材料與反應(yīng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。經(jīng)過4年努力，2012年3月29日通過科技部驗(yàn)收。

作為首批建設(shè)的36家企業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，該實(shí)驗(yàn)室面向能源環(huán)境綠色可持續(xù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型需求，圍繞石油高效轉(zhuǎn)化、清潔燃料生產(chǎn)、生物質(zhì)高效利用和綠色化工等技術(shù)，針對(duì)催化材料、催化反應(yīng)過程和工程等共性關(guān)鍵技術(shù)問題開展基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)性、變革性技術(shù)創(chuàng)新，解決制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題。自建成以來，實(shí)驗(yàn)室先后承擔(dān)國(guó)家重大科技項(xiàng)目23項(xiàng)，獲得國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)5項(xiàng)、省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)25項(xiàng)，出版專著6部，為我國(guó)油品質(zhì)量升級(jí)、關(guān)鍵化學(xué)品清潔高效生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支撐。

瞄準(zhǔn)關(guān)鍵領(lǐng)域，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白

催化技術(shù)是現(xiàn)代煉油和石油化工行業(yè)最重要的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)，60%以上的新產(chǎn)品和90%以上的新工藝都是基于催化作用。而其中，新催化材料和新反應(yīng)工程是催化技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。

“新催化材料是創(chuàng)造發(fā)明新催化劑的源泉，新反應(yīng)工程是開辟新反應(yīng)技術(shù)的重要途徑。從催化科技自身發(fā)展的歷史規(guī)律看，只有在這兩方面進(jìn)行創(chuàng)新，才有可能取得跨越式技術(shù)進(jìn)步?！眹?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、中國(guó)石化首席專家宗保寧介紹。

過氧化氫俗稱雙氧水，是國(guó)際公認(rèn)的綠色環(huán)保產(chǎn)品。我國(guó)是雙氧水生產(chǎn)和使用第一大國(guó)，消費(fèi)量占全球一半以上，但生產(chǎn)技術(shù)落后于國(guó)外。自2012年起，實(shí)驗(yàn)室便開展相關(guān)催化劑、工藝及關(guān)鍵設(shè)備等創(chuàng)新開發(fā)，先后承擔(dān)兩項(xiàng)首批國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，歷時(shí)8年成功開發(fā)出漿態(tài)床蒽醌法制雙氧水成套技術(shù)，較傳統(tǒng)工藝提高了產(chǎn)能、降低了能耗物耗且對(duì)環(huán)境友好，并建成國(guó)內(nèi)首套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的漿態(tài)床蒽醌法制雙氧水生產(chǎn)裝置，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，打破國(guó)外技術(shù)壟斷，為中國(guó)石化己內(nèi)酰胺和環(huán)氧丙烷等下游綠色化工和環(huán)保行業(yè)大規(guī)模發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

己內(nèi)酰胺是尼龍-6纖維和工程塑料的單體，是重要的基本有機(jī)化學(xué)品，但生產(chǎn)工藝極為復(fù)雜。宗保寧告訴記者，20世紀(jì)80年代，我國(guó)花費(fèi)百億元引進(jìn)國(guó)外生產(chǎn)技術(shù)，但國(guó)外轉(zhuǎn)讓的技術(shù)瀕臨淘汰，導(dǎo)致企業(yè)每年虧損超過20億元。為扭轉(zhuǎn)我國(guó)己內(nèi)酰胺行業(yè)被動(dòng)局面，20世紀(jì)90年代初，石科院開始進(jìn)行己內(nèi)酰胺綠色生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)。在此基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)尋求突破，將鈦硅分子篩與漿態(tài)床集成用于生產(chǎn)環(huán)己酮肟，將純硅分子篩與移動(dòng)床集成用于環(huán)己酮肟重排，將非晶態(tài)鎳催化劑與磁穩(wěn)定床集成用于己內(nèi)酰胺精制。同時(shí)，從原子經(jīng)濟(jì)角度引入氮原子，簡(jiǎn)化工藝流程，成本大幅下降，解決了影響裝置“長(zhǎng)、穩(wěn)、安、滿、優(yōu)”的生產(chǎn)技術(shù)難題。2020年，己內(nèi)酰胺綠色生產(chǎn)成套技術(shù)獲得被譽(yù)為中國(guó)工業(yè)奧斯卡獎(jiǎng)的“中國(guó)工業(yè)大獎(jiǎng)”。

環(huán)氧丙烷是產(chǎn)量?jī)H次于聚丙烯的第二大丙烯衍生物，主要用于樹脂、表面活性劑和聚氨酯領(lǐng)域。雙氧水法制環(huán)氧丙烷（HPPO）反應(yīng)條件溫和、工藝流程簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保，然而國(guó)外公司對(duì)該技術(shù)進(jìn)行封鎖，不轉(zhuǎn)讓中國(guó)。實(shí)驗(yàn)室與4家單位聯(lián)合開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的HPPO成套技術(shù)，并于2014年建成國(guó)內(nèi)首套10萬噸/年HPPO工業(yè)示范裝置，使中國(guó)成為全球第三個(gè)掌握該技術(shù)的國(guó)家。

基于雙氧水法烴氧化及烴氮化制備己內(nèi)酰胺和環(huán)氧丙烷綠色新工藝，實(shí)驗(yàn)室為巴陵石化和南京化學(xué)工業(yè)公司化工生產(chǎn)基地提供全流程生產(chǎn)技術(shù)，被國(guó)家生態(tài)環(huán)境部和工信部樹為沿江化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)異地還建的標(biāo)桿。

雙氧水、己內(nèi)酰胺、環(huán)氧丙烷等化工產(chǎn)品清潔高效生產(chǎn)技術(shù)的成功研發(fā)，只是實(shí)驗(yàn)室多年來堅(jiān)持自主創(chuàng)新的縮影。實(shí)驗(yàn)室始終緊密圍繞石油化工領(lǐng)域涉及國(guó)計(jì)民生的熱點(diǎn)問題開展研究：研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型硫酸法烷基化技術(shù)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，推動(dòng)清潔汽油質(zhì)量升級(jí)；開展增產(chǎn)低碳烯烴和芳烴關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，支撐企業(yè)由燃料型向煉化一體化轉(zhuǎn)型發(fā)展；鎖定微藻用于減排氮氧化物和二氧化碳的科學(xué)問題，開發(fā)微藻高值化利用成套技術(shù)，將煉廠排放的煙氣廢水變廢為寶。

構(gòu)建高端平臺(tái)，助力人才成長(zhǎng)

科研人員在開展碳基納米材料研究。趙洪鋒 供圖

經(jīng)過十多年發(fā)展，圍繞石油化工領(lǐng)域的關(guān)鍵問題，實(shí)驗(yàn)室逐步建成分子篩高通量合成平臺(tái)、貴金屬高效利用技術(shù)平臺(tái)、雙氧水烴氮化和烴氧化技術(shù)平臺(tái)、催化材料分析表征平臺(tái)等。在新能源領(lǐng)域，按世界一流標(biāo)準(zhǔn)搭建了制氫儲(chǔ)氫技術(shù)平臺(tái)、燃料電池關(guān)鍵材料和關(guān)鍵部件技術(shù)平臺(tái)、生物質(zhì)能源技術(shù)平臺(tái)、碳與儲(chǔ)能材料技術(shù)平臺(tái)等。實(shí)驗(yàn)室與多家煉化企業(yè)開展良好合作，搭建起從研發(fā)到應(yīng)用的橋梁，為技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新奠定了扎實(shí)的平臺(tái)基礎(chǔ)。

長(zhǎng)期以來，實(shí)驗(yàn)室積極鼓勵(lì)青年科研人員參與和承擔(dān)重大項(xiàng)目，選派青年科研骨干赴國(guó)外一流大學(xué)進(jìn)修學(xué)習(xí)。夏長(zhǎng)久在實(shí)驗(yàn)室獲得博士學(xué)位后，進(jìn)入瑞典斯德哥爾摩大學(xué)材料與環(huán)境化學(xué)系從事博士后研究，回國(guó)后再次進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。參加工作后，夏長(zhǎng)久參與了HPPO成套技術(shù)開發(fā)，并在多個(gè)重大項(xiàng)目中經(jīng)受歷練、逐漸成長(zhǎng)。如今的他已成為分子篩合成與催化氧化課題組組長(zhǎng)，今年初，他被評(píng)選為中國(guó)石化2020年優(yōu)秀青年科技創(chuàng)新人才。實(shí)驗(yàn)室還高度重視人才隊(duì)伍建設(shè)，擁有兩名中國(guó)石化首席專家、兩個(gè)中國(guó)石化優(yōu)秀創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，40歲以下的科研人員占比近四成。

放寬視野，拓展高層次人才引進(jìn)渠道，推進(jìn)柔性引才。依托石科院的博士后流動(dòng)站和研究生培養(yǎng)體系，實(shí)驗(yàn)室每年都能吸引來自國(guó)內(nèi)外知名高校和科研院所的優(yōu)秀青年投入創(chuàng)新研發(fā)工作。2018年，一次性引進(jìn)4名博士后，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室在工程化方面的研究力量。

合作共贏發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合

實(shí)驗(yàn)室一直倡導(dǎo)開放合作的運(yùn)行管理理念，通過整合優(yōu)勢(shì)力量，促進(jìn)高效產(chǎn)出創(chuàng)新成果。以“激發(fā)活力、提升效率”為出發(fā)點(diǎn)，開展科研體制機(jī)制改革試點(diǎn)研究，從人才成長(zhǎng)通道、任職資格、科研產(chǎn)出、職級(jí)評(píng)定等多角度完善制度建設(shè)，營(yíng)造“環(huán)境寬松、交流充分、團(tuán)結(jié)協(xié)作、勇于創(chuàng)新”的學(xué)術(shù)氛圍。

實(shí)驗(yàn)室聘請(qǐng)15位來自國(guó)內(nèi)知名高校及科研院所的院士、教授組建學(xué)委會(huì)，為實(shí)驗(yàn)室科研規(guī)劃及長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展“把脈問診”。通過設(shè)置開放課題，向?qū)W界拋出實(shí)驗(yàn)室關(guān)注的前沿科技問題，每年吸引20余位學(xué)者參與課題競(jìng)爭(zhēng)申報(bào)，經(jīng)過學(xué)委會(huì)評(píng)審，促成合作研究。近年來，實(shí)驗(yàn)室深化與學(xué)界合作，通過交流互訪與國(guó)內(nèi)10余所高校及科研院所建立了長(zhǎng)期交流合作機(jī)制，共同承擔(dān)國(guó)家科研課題。

談到未來的發(fā)展，宗保寧表示，實(shí)驗(yàn)室仍將面向我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對(duì)能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求，針對(duì)能源化工領(lǐng)域的核心技術(shù)問題，加強(qiáng)創(chuàng)新研發(fā)。作為企業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，必當(dāng)踐行“國(guó)家隊(duì)”的使命和擔(dān)當(dāng)，發(fā)揮橋梁紐帶作用，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，為發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)提供科技基礎(chǔ)，支撐和引領(lǐng)石油化工行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，使實(shí)驗(yàn)室成為本領(lǐng)域原創(chuàng)性成果培育基地、人才培養(yǎng)基地和學(xué)術(shù)交流中心。