石化技術(shù)自主創(chuàng)新之路的探尋

1、石化技術(shù)自主創(chuàng)新之路的探尋*閔恩澤(中國石油化工科學(xué)研究所,北京 100083)文章編號：10056629(2009)01000106 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B我們要建設(shè)創(chuàng)新型國家，今天我過來就是和大家一起來交流、探尋這條道路。做任何一件事情要有正確的思想方法和工作方法，我很欣賞英國哲學(xué)家培根說過的一句話：跛足而不迷路，勝過健步如飛而誤入歧途的人。如果你思想方法和工作方法不對，即使發(fā)展很快，還是會誤入歧途的。因此，首先要有正確的思想方法和工作方法去自主創(chuàng)新。那么，怎樣找到正確的思想和工作方法呢？要溫故而知新：回顧國內(nèi)外石化技術(shù)發(fā)明的歷史；總結(jié)規(guī)律，指導(dǎo)未來。我這次報告的內(nèi)容包括

2、四個方面：(1)自主創(chuàng)新的三條體會;(2)原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新的二個案例;(3)引進裝置消化、吸收、再創(chuàng)新的二個案例;(4)自主創(chuàng)新的精神支柱。1 自主創(chuàng)新的三條體會我跟大家講一下自主創(chuàng)新的三條體會：技術(shù)進步S型曲線的啟示，使我認識到原始創(chuàng)新必須有轉(zhuǎn)移技術(shù)的科學(xué)知識基礎(chǔ)；與畫家一席談之后，給我的啟示是創(chuàng)新來自聯(lián)想，聯(lián)想源于博學(xué)廣識和集體智慧；西游記主題歌，給我的啟示主要是各盡所能的團隊精神；不斷戰(zhàn)勝困難堅持到底的精神。1.1 技術(shù)進步S型曲線的啟示1991年J.F.Roth在催化科學(xué)與技術(shù)上發(fā)表了一篇文章工業(yè)催化：尋求新一代的重大發(fā)明，文中介紹了Richard Foster 在“Innovati

3、on: the Attacker's Advantage（創(chuàng)新：進攻者的優(yōu)勢）”一書中提出的“S-型曲線的技術(shù)進步規(guī)律”：1.1.1 技術(shù)進步S型曲線（連續(xù)式）1.1.2 技術(shù)進步S型曲線（非連續(xù)式）轉(zhuǎn)移技術(shù)的科學(xué)知識基礎(chǔ)所以，如果你要獲得大量的原始創(chuàng)新，你必須有轉(zhuǎn)移技術(shù)的科學(xué)知識基礎(chǔ)。這里有一本書是2007年5月哈佛管理導(dǎo)師選書創(chuàng)新系列第三代研發(fā)，當時我看了這本書很詫異，它也引用Richard Foster的S-型曲線規(guī)律：我為什么要做重點介紹？就是想告訴大家S型曲線是一個規(guī)律，我們要利用S型曲線規(guī)律來創(chuàng)新。下面我給大家舉一些例子，這些例子在日常生活中都能見到過，不過當時大家沒從S型

4、曲線這個觀點來看待這些問題： 本文根據(jù)2007年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎獲得者閔恩澤院士在華東師范大學(xué)清松化學(xué)學(xué)術(shù)系列講座上的報告整理，未經(jīng)本人審查所以大家要知道：知識的基礎(chǔ)變了，這樣才能帶來重大的發(fā)明。下面是石油化工原始創(chuàng)新的一些案例：這里大家要記住一點，你如果要有原始創(chuàng)新，你必須有轉(zhuǎn)移技術(shù)的科學(xué)知識基礎(chǔ)。1.2 與畫家一席談的啟示我認識一個畫家古月，問他畫畫怎么創(chuàng)新的？他就跟我說創(chuàng)新來自聯(lián)想。大家都知道畫家要進行寫生，他在寫生過程中對于某一局部是非常欣賞的，比如峨眉山險峻的奇峰、青城山青翠的樹林、三峽奔騰的江流、都江堰的古老工程，他對這些進行聯(lián)想，把那些他欣賞的畫聯(lián)系起來，形成新的畫，這就成就

5、了他的山水畫的創(chuàng)新。所以他就對我講：創(chuàng)新來自聯(lián)想。后來他送給我一本畫集，我看了之后得到了一些啟示：“藝術(shù)的力量源于傳情的深度”；山水畫必須給人以美；要大量臨摹古代、近代和現(xiàn)代畫壇大家的作品，從中汲取精華，游歷名山大川，師法自然，將獨特感受融入到作品之中。下面介紹他畫的一幅畫：來自遠方的道路，這幅畫中有四川古老的鐵索橋，這當然是四川的風景了，畫中道路上最有意思的是行駛著現(xiàn)代的交通工具三輪汽車，表現(xiàn)了現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展，還很有意思的是路旁還有一群羊，我看了之后，覺得他每畫一個景都有自己的想法，這幅畫反映的是我們國家的時代變革。創(chuàng)新來自聯(lián)想，我就開始去想，我們科學(xué)研究要聯(lián)想什么？我的感悟是：畫家臨摹古今

6、中外的名畫，我們就要博覽古今中外的論文、專利、著作；汲取精華；醒悟自己科研的起點是“詳人之不詳，補人之所缺，還要自主開拓創(chuàng)新”；我們不是去“游歷名山大川，師法自然”，而是到國家政府部門、技術(shù)市場、企業(yè)工廠、產(chǎn)品用戶中去了解國家和市場需求；設(shè)想開展什么研究課題：當前生產(chǎn)、銷售以及規(guī)劃、決策服務(wù)需要；為開發(fā)下一代新產(chǎn)品和新工藝需要；開發(fā)新興技術(shù)，形成新興產(chǎn)業(yè)需要。 安排好近、中、遠的研究課題。開展科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)，創(chuàng)新來自聯(lián)想，聯(lián)想什么？我歸納了如下： 市場需要：近期；下一代技術(shù)；長遠性、戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性。 創(chuàng)新構(gòu)思的形成：科研開發(fā)中的經(jīng)驗；文獻的啟示；試驗中的意外發(fā)現(xiàn)異丁烷/丁烯烷基化、低壓聚乙

7、烯工藝；移植其他學(xué)科的知識鉑重整催化劑，從分析方法中Pt/活性炭的催化劑啟示；已有知識的新應(yīng)用RHSS 利用已有知識，加氫脫硫反應(yīng)，到脫硫醇最易脫除；不同專業(yè)、學(xué)科的交叉；集體討論；會議啟發(fā)南昌地質(zhì)會議，廣西中越邊界發(fā)現(xiàn)累托石。創(chuàng)新構(gòu)思形成后開展的科學(xué)實驗：科研中的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明；攻克的技術(shù)難關(guān)。1.3 西游記主題歌的啟示西游記主題歌的啟示是各顯所能、組成團隊、歷經(jīng)艱險、 終攀高峰。歌詞如下：你挑著擔，我牽著馬，迎來日出送走晚霞。踏平坎坷成大道，斗罷艱險又出發(fā)，又出發(fā)，一番番春秋冬夏，一場場酸甜苦辣。敢問路在何方，路在腳下。科學(xué)研究是一個艱難的過程，要經(jīng)歷很多失敗，所以要有西游記主題歌的精神。2

8、原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新的二個案例案例1：分子篩催化裂化催化劑現(xiàn)在我們講分子篩催化裂化的樣例： 過去石油催化裂化都是在催化劑表面進行，后來發(fā)明分子篩達到晶內(nèi)催化，它是轉(zhuǎn)移了技術(shù)的科學(xué)知識，這種變化的意義是非常大的，C5+汽油的催化裂化性能提高了9.4，不需要的干氣減少了1.8，所以發(fā)明結(jié)晶分子篩，轉(zhuǎn)移了裂化催化劑的科學(xué)知識基礎(chǔ)，就帶來了跨越式技術(shù)進步，被譽為“60年代煉油工業(yè)的技術(shù)革命”。下面就給大家講講它是怎么想出來的？發(fā)明這項成果的C.P.Plank當時在美孚研究和發(fā)展公司工作，當時公司給他一個任務(wù)，要求改進硅鋁裂化催化劑，來降低催化裂化氣體和焦炭產(chǎn)率， 如果把汽油增加1%，每年美孚石油公司年增

9、加利潤100萬美元。那么他就開始聯(lián)想了，他的一些聯(lián)想都是從一些文獻上受到啟發(fā)的，最大的啟發(fā)是：1953年H.Blanding 發(fā)表的一篇論文：要改進催化裂化催化劑，要從減少積碳入手，剛反應(yīng)0.01秒時，裂化活性為20分時的750倍，說明活性下降是由催化劑積炭造成的，所以減少積炭即可提高活性。受到文獻的啟發(fā)，C.P.Plank與E.J.Ronsinski認為：理想的催化劑應(yīng)是一種活性中心可以控制的、孔徑要比裂化分子稍大的中孔催化劑。他又看了F.H.Dickey和L.Pauling的論文中提出分子模板概念用于制備吸附劑，受到啟發(fā)C.P.Plank利用分子模板制備新催化材料：分子篩、鋁凝膠。在試驗中

10、C.P.Plank發(fā)現(xiàn)：當時的催化劑活性評價方法CAT-A法不適用，必須首先開發(fā)一個能清楚區(qū)分不同裂化催化劑選擇性的方法；分子篩具有高活性和高選擇性；然后又有做了很多實驗，發(fā)現(xiàn)金屬離子、銨離子交換可以提高催化劑性能。此時他的原始創(chuàng)新的構(gòu)思在實驗室得到證實，于是他們就申請了專利，后來他將制成的分子篩加入無定型硅鋁，制成小球裂化催化劑，并在1962年移動床催化裂化裝置上試用成功；由于當時大量采用流化裝置，所以試制成功了微球分子篩裂化催化劑用于流化床催化裂化，由于該技術(shù)的采用，到1968年，美國石油煉制裝置節(jié)約投資3億美元，節(jié)省原油、多產(chǎn)汽油，每天增加100萬美元收益。這里還有集體的智慧，首先就是在

11、1956年下半年，E. J. Ronsinski參加了C. J. Plank研究小組的工作。他們經(jīng)常討論，互相啟發(fā)，一致認為：理想的催化劑應(yīng)是一種活性中心可以控制的、孔徑要比裂化分子稍大的中孔；P. B. Weisz和V. J. Frilette提出從無定形硅鋁的“表面催化”（Surface Catalysis）到分子篩的“晶內(nèi)催化”(Introcrystalline Catalysis)的概念 ?？偨Y(jié)以上分子篩催化裂化劑發(fā)明過程是由于：市場需求；受文獻啟發(fā)；科研中有原始創(chuàng)新；原始創(chuàng)新推向工業(yè)化；集體智慧。所以說：創(chuàng)新來自聯(lián)想，聯(lián)想源于博學(xué)廣識和集體智慧。 案例2：“非晶態(tài)合金催化劑和磁穩(wěn)定床

12、反應(yīng)工藝的創(chuàng)新與集成”發(fā)明案例這是我們自己的技術(shù)，它獲2005年國家技術(shù)發(fā)明一等獎，研發(fā)時間：1984-2005，歷時20年。下面具體介紹一下這個技術(shù)的發(fā)明是如何源于聯(lián)想的？1980年，Mobil Princeton Central Research Lab.的主任P.B. Weisz來華訪問，提出要開展新催化材料研究，新催化材料是制造發(fā)明新催化劑和新工藝的源泉。他跟我講要研究新催化材料，什么是新催化材料，就相當于布料與時裝的關(guān)系，好的布料要與好的時裝相匹配，好的新催化材料就相當于好的催化劑。1984年，石科院成立基礎(chǔ)研究室，當時非晶態(tài)合金作為新催化材料的一個領(lǐng)域已開展研究，非晶態(tài)合金作為磁性

13、材料在電子等其他工業(yè)中已廣泛應(yīng)用，而在石油催化中應(yīng)用只有一篇文章報道，它就是急冷法研制鐵系非晶態(tài)合金在費托合成中活性（TOF）高。于是我們決定去選擇一類新催化材料。受1976年美國組織科學(xué)院“固定無機物的催化化學(xué)”主題討論會討論的影響，我們認為應(yīng)該分析催化材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點和對化學(xué)反應(yīng)可能帶來的影響：催化材料物質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，允許材料元素、組成變化的范圍要求，應(yīng)考慮催化材料的耐熱、耐水蒸氣、抗氧化性能，還涉及催化反應(yīng)中的應(yīng)用范圍。當時選擇非晶態(tài)合金符合新催化材料領(lǐng)域的要求，主要原因是： 非晶態(tài)合金表面缺欠多形成的催化活性中心數(shù)目多；表面原子配位不飽和催化活性高；所有金屬和非金屬均可形成非晶

14、態(tài)合金，組成變化范圍大，尋找新催化劑的范圍廣，成功機會多。我們開始做了如下工作：先介紹非晶態(tài)多孔骨架鎳合金中的集成創(chuàng)新：Raney Ni是應(yīng)用最廣泛的加氫催化劑。1925年，美國科學(xué)家Murray Raney發(fā)明雷尼鎳催化劑，它是一種晶態(tài)、多孔、骨架鎳，廣泛用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、化纖、基本有機原料等行業(yè)的有機合成加氫反應(yīng)中。后來，非晶態(tài)鎳催化劑在工業(yè)生產(chǎn)得到廣泛應(yīng)用，如己內(nèi)酰胺精制、葡萄糖制山梨醇、合成藥物中間體、合成橡膠抗老劑。接下來介紹關(guān)于磁穩(wěn)定流化床開發(fā)。我是1970年去伊朗了解國外反應(yīng)工程前沿時，才知道磁穩(wěn)定流化床的優(yōu)越性。科研開發(fā)的經(jīng)驗證明充分發(fā)揮催化材料的性能往往需要開發(fā)新反應(yīng)工程，分子

15、篩裂化催化劑從床層流化床（幾分鐘反應(yīng)）到提升管反應(yīng)器（幾秒鐘反應(yīng)）， 非晶態(tài)合金具有良好低溫加氫活性和磁性，所以后來我們開始配套開發(fā)磁穩(wěn)定床。右圖就是用磁穩(wěn)定床代替攪拌釜，實現(xiàn)原始創(chuàng)新的過程：之后我們把磁流化床應(yīng)用上了，這是一個原始創(chuàng)新，它的科學(xué)知識基礎(chǔ)是完全和攪拌釜不一樣的。有了這項研究之后，我們在石油科研中有很多發(fā)現(xiàn)：磁性很弱的時候，它是處于散粒狀態(tài)，達到一定程度，就處于鏈式狀態(tài)，有南極北極指向，所以這是一個最佳操作狀態(tài)，根據(jù)最佳操作狀態(tài)，控制溫度壓力等條件。有了這些發(fā)現(xiàn)，我們實現(xiàn)了在工業(yè)化過程中的創(chuàng)新：均勻磁場的磁穩(wěn)定床的設(shè)計；建立了均勻磁場設(shè)計數(shù)學(xué)模型；創(chuàng)造了己內(nèi)酰胺溶解氫加氫精制新工

16、藝。2003年在世界上首次建成第一套磁穩(wěn)定床一己內(nèi)酰胺加氫精制裝置：原來引進的磁攪拌釜的體積為20立方米，而現(xiàn)在這套裝置的體積只有3.2立方米，催化劑單耗是原來的30%，更重要的是優(yōu)級品產(chǎn)率提高了，當年創(chuàng)效1500萬元。目前此裝置已建了五套。從上述例子大家就可以看到我們聯(lián)想了什么？以下確實是科研開發(fā)的經(jīng)典啟示：市場需求；科研開發(fā)經(jīng)驗的啟示；不同專業(yè)和學(xué)科的交叉；非晶態(tài)合金催化劑制造中的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明；磁穩(wěn)定流化床開發(fā)中的技術(shù)創(chuàng)新。所以創(chuàng)新源于博學(xué)廣識。進行這項研究的基地有很多，如石油化工科學(xué)研究院、原東北工學(xué)院材料系、復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系、中國石化巴陵分公司、中國石化石家莊化纖公司、中國石化工程建設(shè)公司

17、等，所以創(chuàng)新源于集體智慧。3 引進裝置消化、吸收、再創(chuàng)新的二個案例下面介紹自主創(chuàng)新的第三個方面，關(guān)于引進裝置消化、吸收、再創(chuàng)新的案例。單項技術(shù)的創(chuàng)新：鈦硅分子篩環(huán)己酮氨肟化；苯法-甲苯法組合己內(nèi)酰胺重排反應(yīng)；磁穩(wěn)定床加氫精制替代氧化精制工藝。成套技術(shù)的創(chuàng)新：巴陵石化苯法己內(nèi)酰胺引進裝置的成套綠色化改造；石家莊化纖甲苯法己內(nèi)酰胺引進裝置的成套綠色化改造。3.1.1 己內(nèi)酰胺國內(nèi)己內(nèi)酰胺引進技術(shù)的概況是：·巴陵石化分公司：從荷蘭引進苯法5萬噸/年裝置，耗資25億人民幣，這是世界上普遍采用的先進技術(shù)，存在的問題：工藝流程復(fù)雜，例如：其中的環(huán)己酮肟化單元，包括四步反應(yīng)工序，使用許多設(shè)備產(chǎn)生N

18、Ox、污水，污染環(huán)境·石家莊化纖有限責任公司：從意大利引進的甲苯法5萬噸/年裝置，耗資35億人民幣，存在的問題：工藝流程復(fù)雜，污染嚴重，其中的苯甲酸加氫單元，一次性加入的Pd/C催化劑，需純鈀710kg，大量占用資金，大量付產(chǎn)硫銨，每噸己內(nèi)酰胺付產(chǎn)3.8噸硫銨。目前，意大利等國的三套生產(chǎn)裝置均已停工，石化纖引進的裝置是世界上唯一在生產(chǎn)的裝置。現(xiàn)在，在國外引進的基礎(chǔ)上，進行吸收創(chuàng)新，使得己內(nèi)酰胺綠色成套技術(shù)已作為中國石化的世界領(lǐng)先技術(shù)。3.1.2 鈦硅分子篩環(huán)己酮氨肟化原始創(chuàng)新構(gòu)思源于ENI集團，采用不同途徑加以實施：原粉分子篩、單釜膜分離代替成型分子篩、二釜串聯(lián)）·引進裝置

19、包含的四步反應(yīng)如下與引進裝置相比：(1)廢氣排放降低99%；(2)設(shè)備投資為其21.1%3.1.3 苯法-甲苯法組合己內(nèi)酰胺重排反應(yīng)我們采用國際上的失效專利，且對重排反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所創(chuàng)新：3.1.4 磁穩(wěn)定床加氫精制替代氧化精制工藝下面是磁穩(wěn)定床加氫精制替代氧化精制工藝，體現(xiàn)了原始創(chuàng)新和集成創(chuàng)新的應(yīng)用：與原有氧化工藝相比：(1)消除環(huán)境污染；(2)提高產(chǎn)品收率、質(zhì)量。3.2.1 成套綠色新技術(shù)之一巴陵石化苯法己內(nèi)酰胺引進裝置的成套綠色化改造：3.2.2 成套綠色新技術(shù)之二石家莊化纖甲苯法己內(nèi)酰胺引進裝置的成套綠色化改造(見上圖)：上述二個案例的成功均是在中國石化股份有限公司領(lǐng)導(dǎo)、組織下完成的

20、。對于建立以企業(yè)為主體的創(chuàng)新體系有什么啟示呢？針對企業(yè)生存、競爭中或長遠戰(zhàn)略發(fā)展的核心技術(shù)，以企業(yè)為創(chuàng)新基地，以建設(shè)第一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)示范裝置為目標，是調(diào)動各方面自主創(chuàng)新積極性的關(guān)鍵 。對第一套工業(yè)示范裝置，以企業(yè)牽頭，組織產(chǎn)、學(xué)、研三結(jié)合，開展導(dǎo)向性基礎(chǔ)研究和開拓性探索，尋找原始和集成創(chuàng)新技術(shù)生長點，然后組織科研、設(shè)計、施工、生產(chǎn)四結(jié)合，加速創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。隨著科技前沿領(lǐng)域的進展，要對成套技術(shù)的每套裝置，不斷開發(fā)創(chuàng)新工藝，追求原始性創(chuàng)新，達到在市場競爭中形成壓倒性優(yōu)勢。4 自主創(chuàng)新的精神支柱最后我給大家介紹一下自主創(chuàng)新的精神支柱。我最近讀了一篇文章叫唐僧的用人之道，我看了之后認為，唐僧為西天取經(jīng)領(lǐng)軍人物，他目標明確、意志堅定、堅忍不拔、不達目的誓不罷休。所以我們現(xiàn)在不是說要培養(yǎng)一些創(chuàng)新的領(lǐng)軍人物，他們也要符合以上要求，唐僧的用人之道是合理分工、