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    舒興田:為了催化劑技術和物耗達到國際領先水平

    來源: | 日期:2023-7-14 10:33:15 | 訪問:次 | 字號:

    記者:舒院士,您長期從事分子篩煉油催化劑的開發和工業應用研究。請先為我們讀者科普下什么是分子篩催化劑?相較于其他催化劑,它的特點有哪些?在煉化領域有哪些重要應用?

    舒興田:分子篩是由無機硅鋁等組成的一種多孔材料,具有吸附、催化,以及離子交換三大功能,廣泛用于石化、環保,以及煤化工領域。

    我國分子篩行業起步較晚。上世紀50、60年代,國內開始研究分子篩,合成了A型、X型、Y型等分子篩,并進行工業生產;隨后陸續在上海、大連、河南等地建廠,主要用于生產分子篩吸附劑和脫水脫氧用分子篩;上世紀80年代,開始研發并工業化生產分子篩催化劑。

    分子篩催化劑易于回收處理,且無毒無味、無腐蝕性,是環境友好型的新型催化材料。與金屬氧化物催化劑、金屬催化劑等相比,分子篩催化劑具有更高的性能與成本優勢,在應用中可以提高所需產品的產率和選擇性。

    在石化領域,分子篩被用來作為催化劑材料,可以助力石油生產出各種產品,如乙烯、丙烯、液化氣、汽油和柴油等。目前,分子篩催化劑在國內煉油催化材料中的占比接近80%。數據顯示,我國煉油催化材料的產量每年大約26萬噸,其中分子篩材料的產量超過20萬噸?梢哉f,分子篩催化劑是支撐我國煉油和化工行業發展的重要催化材料。2022年,我國原油加工量達到6.8億噸。其中2.5億噸的原油需要通過分子篩進行催化。

    近年來,分子篩催化領域比較重要的進展是國內雙氧水制環氧丙烷技術得到了比較迅速的發展。作為一種基礎性石化原料,雙氧水環氧丙烷位居聚丙烯和丙烯腈之后,是排名第三的丙烯類衍生物。環氧丙烷用途廣泛,是聚氨酯泡沫、保溫材料、涂料等材料的主要原料之一,在冰箱、空調、汽車等行業很常見。

    目前世界上環氧丙烷的生產方法主要有氯醇法、乙苯共氧化法及雙氧水直接氧化法。氯醇法和乙苯共氧化法工藝污染較大、工業水處理成本較高,已被國家發改委列入禁止新建項目使用技術。雙氧水直接氧化法是以鈦硅分子篩為催化劑,以甲醇為溶劑,在適當的反應條件下,丙烯和雙氧水在液相體系中進入催化劑床層發生氧化反應,生產環氧丙烷和水。該工藝流程相對簡單,無副產品生成,減少了產品后續處理設備和設施,整個生產過程基本沒有污染,是未來環氧丙烷產品的新型主流生產路線。和國外相比,我國雙氧水制環氧丙烷的研究比較晚。國外于2008年在該領域實現了產業化,我國從2014年才開始生產,晚了6年時間。目前,中國石化自主研發的雙氧水制環氧丙烷成套技術已獲得授權發明專利17項,其中國外專利12項,總體技術達到國際先進水平,其中催化劑技術和物耗達到了國際領先水平。

    記者:目前您在科研領域的關注點有哪些?關注的原因是什么?

    舒興田:在雙碳目標和能源轉型的背景下,我主要關注三個方面的問題:一是常規油品的效能提升,二是石油向特殊油品轉型,三是石油作為化工材料的最大化應用。

    近年來,我國新能源汽車發展快速,已經連續多年穩居新能源汽車第一大國。根據中國汽車工業協會統計,2022年國內新能源汽車產銷分別完成705.8萬輛和688.7萬輛,同比分別增長96.9%和93.4%。這給作為交通燃料的石油等傳統能源帶來了很大挑戰。2022年,全國成品油消費量為3.45億噸,同比僅增長了0.9%,其中汽油同比下降4.6%,航空煤油同比下降32.4%,只有柴油同比增長了11.8%。與此同時,我國煉油產能卻嚴重過剩。2022年我國煉油能力達到9.2億噸,超過美國成為第一大煉油國;同期,石油消費量超7億噸,過剩煉油能力超過2億噸。我國石油消費達峰的日期越來越近。中國石油發布的《世界與中國能源展望》預計,我國石油消費將在2030年達峰,消費總量7.8億。今年3月,中國石油發布的《國內外油氣行業發展報告》顯示,2022年中國的石油表觀消費量為7.19億噸,同比下降0.6%,是近30年以來的首次負增長。預計,2023年國內石油消費量7.56億噸,同比增長5.1%?梢哉f,留給我們石油行業的時間已經不多了?吹教魬鸬耐瑫r,我們也不要太悲觀,雖然石油消費的增速放緩了,但在較長一段時間仍會是重要的交通燃料,仍然會占有較大比例。針對這部分石油產品,我們要用更綠色、更高效的技術提升其功能效率。

    其次,石油要向特種油品和化工材料轉型。特種油品是指具有特殊用途或用于專門設備的石油產品,因其質量高、生產量和使用量較少,不便于普遍經營,因此將它們從一般石油產品中分離出來,并命名為特種油品。按照用途進行劃分,特種油品主要包括特種真空油脂,特種潤滑油脂,防銹油脂和其他石油產品添加劑。它們通常應用在礦物潤滑油無法適應的特殊場合,包括原子能、宇航、電子等新興領域。

    實際上,石油作為化工原料的增長空間還很大,2022年在汽油和航空煤油消費下降的同時,國內化工用油實現了6.4%的增長;ぴ先绾芜M一步加工成化學品,也是我們關注的問題?傊,無論是提高石油產品能效,還是轉型做化工材料和特種油品,都需要催化材料做支撐。催化材料的使用可以幫助我國實現石油和化工產業綠色轉型。

    2022年,石油化工科學研究院、青島石化和催化劑公司等共同承擔的“多產丙烯和低硫燃料油組分的催化裂化與加氫脫硫技術開發與工業應用”(簡稱MFP技術),被專家組一致認定技術創新性強,屬國際首創。該技術可以廣泛應用于低成本新建或改造現有催化裂化裝置,實現靈活調整低碳烯烴、汽油和低硫船用燃料油等不同目標產品的生產方案,有效拓寬目前煉廠燃料油調和配方的選擇范圍,為進一步降低汽柴油產率、實現“油轉化”“油轉特”探索出了一條新路。

    習近平總書記曾要求,國內經濟要實現高質量發展。高質量發展的內涵之一就是實現低碳發展、綠色發展。這就要求我們石化行業提升傳統油品質量、向高端產品延伸,其間分子篩催化劑的作用不可小覷。所以,我認為煉油工業是傳統產業,但不是夕陽產業,還有好多事情可以做。

    記者:從大學畢業至今,您一直在石油化工科學研究院工作,是什么支撐著您能夠安于長期坐冷板凳?

    舒興田:如你所說,我在這個研究院已經工作快60年了。1964年,我從華東化工學院畢業后就進入石油化工科學研究院(下稱石科院)第二研究室工作;1970年至1983年在石科院第十四研究室工作;1984年至1999年在石科院第二十二研究室工作,先后擔任題目組長、主任工程師、室主任、高級工程師等;2000年開始擔任石科院辦公室學術委員會副主任等。在這個大院心無旁騖地工作一輩子,首先與我的人生觀、價值觀有很大關系。我所接受的教育是:活著最大的價值就是要為國家繁榮富強貢獻自己的一份力量。對我來說,這是最有意義的事情。

    其二,高度熱愛自己的工作。雖然我今年已經80多歲了,但是每天早上6點就來辦公室上班了,一天工作8、9個小時,甚至10個小時。上班的第一件事情,就是先把世界范圍內最重要的、跟我專業有關的報刊雜志瀏覽一遍,對于新觀點、新進展等內容保存下來,然后在合適的時間進行深度閱讀,為自己的研究做資料儲備。此外,每天要和學生們進行交流,對他們的工作進行一些指導。對我而言,工作是享受,不是負擔。每當自己的想法在企業中得到實施,以及對國家發展做出貢獻的時候,我就會感受到由衷的幸福。

    其三,要有正確的名利觀。坦率講,在我畢業后的17年時間內,工資一直沒有上調過。當然作為上世紀60年代工作的人,當時的工資基本都是一個水平線,我也從來不向組織要求過提高待遇。我相信只要認真工作,組織一定會給每個人公平的回報。這算是我的名利觀吧。此外,要學會拒絕誘惑,F在媒體和娛樂業很發達,在豐富年輕人生活的同時,也很容易讓他們迷失自己。對于致力于做研究的年輕人而言,這很不利。做學問需要沉下心來,廣學博記,并鉆研大量文獻資料、需要苦思冥想、創新思路,這樣才可能融會貫通,做出成績。我真心希望現在的年輕人能把更多的時間和精力用在工作上,而不是用在手機、社交媒體等領域,真正能夠為國家富強做出貢獻。這樣的話,不僅是組織,社會大眾也會給我們一份公平的回報。

    記者:工作這么多年來,有哪些讓您念念不忘的片段,或者人和事?

    舒興田:工作以后,最難忘的就是我帶領團隊研制出ZRP、SRNY等多種分子篩,在催化裂化、加氫、乙苯合成等反應中得到廣泛應用,帶來了一定的社會效益和經濟效益。當時國內外用作催化材料的常規ZSM-5分子篩,都由同晶導向合成,而ZRP分子篩是釆用異晶導向、水熱固態離子交換等新方法制備,不僅含磷和稀土,并且兼有二次孔的五元環結構。ZRP分子篩獨特的制造方法帶來了優異的酸穩定性,保證了催化劑再生、反應的需要。自1993年起,該種分子篩已經陸續在長嶺和周村兩個催化劑廠的生產中應用,并逐漸發展為ZRP-1、ZRP3以及ZRP-5等多個品種,年產量達1000噸以上,每年有數百噸出口。

    ZRP分子篩的投產帶來了良好的經濟效益和社會效益,不僅被國家科委評為1995年十大科技成就之一,還獲得了中國石化1997年發明獎一等獎。這讓我很高興。

    SRNY是沉積硅和稀土氧化物與Y型分子篩水熱反應后,通過獨特的改性方法研制成的超穩Y分子篩。該分子篩自1988年在長嶺催化劑廠正式投產以來,已生產近萬噸,配制成約2萬噸的重油裂化催化劑。由于SRNY分子篩催化劑的催化性能與國外同類超穩劑水平相當,不僅使煉化廠獲取了巨大經濟效益,也為國家減少了同類催化劑的進口,節約了大量的外匯支出。SRNY裂化催化劑項目不僅獲得了1995年國家發明獎二等獎,也獲得了1993年中國專利優秀獎和中國石化發明獎一等獎。

    1999年,我被評為了中國工程院院士,這是我職業生涯中很重要的一件事情。當時我深感自己和老一輩院士差距很大,不愿意去報名評選,是時任石科院院長李大東一再勸說,我才決定參選。當選院士后,我當然很高興,可也明白這并不代表我的科研水平業隨之提升了,只能說我在某個領域內曾做過一些事情。此外,這也讓我更加深刻感受到,只要熱愛工作、認真工作,就一定會有回報。

    記者:在與科學對話的過程中,您最大的收獲是什么?

    舒興田:收獲很簡單,但是對我而言很珍貴。在深入科研的過程中,每當有了新的研究發現,就會讓我很興奮、很愉悅。這是一種精神上的滿足與享受。此外,做科研不僅能養家糊口,更可以支撐國家發展,這會讓我產生極大的價值感。(記者:唐大麟)

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