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雙氧水制環氧丙烷“出龍”記

耗時15年,僅固定設備投資就達12.8億元,中國石化雙氧水制環氧丙烷項目歷經的艱難過程可視為我國基礎性、原始性自主創新的一個縮影。

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《中國經濟周刊》 記者 李永華 | 湖南岳陽報道

責編:陳棟棟

(本文刊發于《中國經濟周刊》2019年第6期)

耗時15年,僅固定設備投資就達12.8億元,中國石化雙氧水制環氧丙烷項目歷經的艱難過程可視為我國基礎性、原始性自主創新的一個縮影。

雙氧水制環氧丙烷是什么?

15年前,中國石化邁開了雙氧水制環氧丙烷的第一步,此后將這一項目列入中國石化科技攻關“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。

雙氧水制環氧丙烷技術到底牛在哪里?要搞清這件事,先要了解一下環氧丙烷。這是一個非專業人士一看就懵的專業名詞,作為一種基礎性石化原料,在石化業內大名鼎鼎,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”)副總經理陳斌介紹,環氧丙烷用途廣泛,主要用于生產聚醚多元醇、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、汽車里都要用,工業生產和日常生活中都很常見”。

這還僅是環氧丙烷諸多用途的一小部分。在化工、紡織、日化、農藥等多個產業中,常常能看到環氧丙烷的身影,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,環氧丙烷多年來一直供不應求,但環氧丙烷的生產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有限公司第二研發部主任何馳劍介紹,環氧丙烷本身就是易燃易爆化學品,采用氯醇法生產環氧丙烷需要用到的氯氣是一種劇毒氣體,生產過程對環境尤其是對水的污染嚴重。“生產一噸環氧丙烷,要用40噸水以上,耗水量極大,同時產生40噸以上的含氯廢水,極難處理,環保風險高”。

外資巨頭走在前列,買技術不行嗎?

當前,國內占比超過80%的環氧丙烷都是采用氯醇法。為此,國家2011年產業結構調整目錄明確限制發展氯醇法,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氧丙烷生產線。

國內外都在探索環保安全的新方法,國際化工巨頭巴斯夫和德國贏創走在了前面,先后掌握了雙氧水制環氧丙烷技術。陳斌說,“業內把這種技術叫作HPPO,副產物極少,污染少,投資也少,優勢非常明顯。”

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

但國際巨頭憑借壟斷優勢,技術轉讓要價極高。據中國石化內部人士透露,中國石化曾討論購買HPPO,一談判,對方僅環氧丙烷制備部分的技術轉讓費就要價上千萬歐元。

不止于此,雙氧水制造技術還要捆綁銷售、單獨計價。何馳劍介紹,東北一家企業上馬雙氧水制環氧丙烷新產線時,外資合作方轉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。”

更重要的是,陳斌介紹,“現在國內規劃的環氧丙烷新產線基本以HPPO技術為主。”這意味著,如果依賴進口技術,我國就可能在這一基礎石化領域失去話語權。

經過15年攻關,2018年12月,中國石化“10萬噸/年雙氧水法制環氧丙烷成套技術開發”的項目飛越關山,技術鑒定結論認為,中國石化“總體技術達到國際先進水平,其中催化劑技術和物耗達到國際領先水平”,中國石化成為全球第三家掌握HPPO的公司。

從原始創新到商業運營,自主創新為何難?

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

2019年,該項目有望正式投入商業運營,中國石化內部稱之為“出龍”。

據了解,早在1991年,當時的石化總公司就提出把科研、設計、生產、設備制造、施工組織起來進行科技創新,叫作“一條龍”聯合攻關。當時選擇了10個聯合攻關項目,被稱為“十條龍”。此后,“十條龍”成為中國石化重點項目攻關的代名詞。

研發環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氧丙烷這副重擔,首先是因為在中國石化內部,長嶺煉化素有重視研發的名聲,先后有6項技術在長嶺煉化實現國內首次工業應用,5項技術填補國內空白。此外,雙氧水制環氧丙烷與長嶺煉化已有的己內酰胺相關技術一脈相承,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,再到向工業轉化階段的 10萬噸項目裝置,哪怕是10萬噸項目裝置運行后,還要經歷長達4年,才能最終達到穩定運營的狀態,也才能宣布該項目正式“出龍”,對外推廣。

p48-中國石化雙氧水制環氧丙烷裝置全景

中國石化雙氧水制環氧丙烷裝置全景

“每一步都很難。”參與該項目的民營企業——湖南長嶺石化科技開發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,丙烯是制造環氧丙烷的原料,可以與很多的催化劑發生化學反應后生成環氧丙烷,反應會有無數種形式,要選擇,要控制,很麻煩。“巴斯夫曾花了10多年找催化劑。就算找對了催化劑,雙氧水與丙烯反應,生產出來的可能只有一丁點環氧丙烷,大部分是副產品,要在沙子里挑芝麻,這種事情在石化行業很多。”

試驗是第一步;第二步是“小試”,也就是根據實驗室效果進行放大;第三步是根據小試結果繼續放大,即“中試”。

真正的挑戰是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,形成可商業化、可復制的成套HPPO技術。

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,中國石化的研發模式就顯現出強大的優勢。

2018年,國家提出要推進產學研用一體化,支持龍頭企業整合科研院所、高等院校力量,建立創新聯合體。“我們自始至終就是靠這樣的創新聯合體才做成了自己的HPPO技術。”長嶺煉化董事長、黨委書記、總經理王妙云說。

HPPO項目堪稱高危項目。雙氧水非常活躍,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。”何馳劍說,在國內,雙氧水生產企業沒有發生爆炸事故的是極少數。在項目中后期,長嶺煉化雙氧水制環氧丙烷項目也發生過安全事故。“當時對大家的打擊比較大,感覺壓力很大,但是,領導堅定支持,要繼續干下去。”

2014年12月6日,總投資12.8億元,具有自主知識產權的國內首套10萬噸/年HPPO裝置建成投產一次成功。2015年4月,長嶺煉化環氧丙烷項目配套裝置15萬噸/年雙氧水裝置建成投產。

2018年底,長嶺煉化環氧丙烷裝置完成大負荷運行標定試驗,環氧丙烷產品純度穩定在99.95%以上,產品質量達到國家優級品標準,該技術進入成熟可推廣的階段。

王妙云介紹,年產值已近500億元的長嶺煉化今后在化工方面,將以環氧丙烷、富含芳烴餾分利用為重點發展方向,擴大環氧丙烷裝置生產能力,延伸聚醚等特色化工下游產業,力爭在2025年左右基本完成產業結構調整和轉型升級。

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氧丙烷項目。陳斌說,“來學習、洽談的企業很多”。

數據顯示,2014—2018年我國環氧丙烷產能增長速度由高速轉為平緩,5年復合年均增長率5.2%,對環境不友好的傳統氯醇法工藝不允許再建,環氧丙烷依然處于供不應求的態勢。

專家點評

中國工程院院士汪燮卿:雙氧水制環氧丙烷成套技術將產生重要影響

目前,生產環氧丙烷的工業化方法有氯醇法、共氧化法和雙氧水直接氧化法。

氯醇法轉化率低,耗氯量大,設備腐蝕嚴重,污染嚴重,生產1噸環氧丙烷就副產2噸廢渣和40~80噸含氯廢水,國內環氧丙烷大多采用此法生產。由于環境污染嚴重,不再允許新建裝置,已有裝置也面臨逐步淘汰的窘境,《國家產業結構調整指導目錄2011》中已將其列為限制類。共氧化法工藝復雜,流程長,對設備要求高,投資大,副產多,有污染,特別是受到聯產物市場的制約。

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

中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。該技術通過了中石化技術鑒定,具有顯著的創新性和自主知識產權,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。


 

2019年第6期《中國經濟周刊》封面

2019年第6期《中國經濟周刊》封面


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(網絡編輯:何穎曦)
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