作者:丁云杰 来源: 中国科学报 发布时间:2019/7/16 10:42:19
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把论文写在祖国的大地上

 

丁云杰

当我在学生时期,钱学森、邓稼先等老一辈科学家不惜放弃国外优越环境和待遇,冲破百般险阻坚决回国,并为国家建设发展奋斗一生的事迹,就深深感染了我。那时我就立下志向,将来要成为像他们那样的科学家,为祖国的繁荣富强作出贡献。1999年我在美国完成博士后工作决定回国。我深知,祖国才是我需要用一生回报的地方,更是我实现人生梦想的地方。

回国后不久,我来到中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)工作,担任一碳化学与精细化工催化研究组(805组)组长,致力于催化新材料以及多相催化反应工艺的研究,聚焦合成气转化和精细化工催化等领域。20多年来,我带领科研团队,把目标锁定在赶超世界一流、解决国内急需的关键技术上,攻克了一系列核心技术难题,开发了多项工艺技术,已有8项技术实现了工业示范或工业化,总产值超过20亿元/年,还有6项技术正在进行工业示范或工业化。研究组也成为该领域在国内外有影响力的科研团队之一。

“煤变油”:20年不懈努力结硕果

我们研究团队的一个重要研究方向是合成气化工,在我国“富煤、贫油、少气”的资源禀赋下是一条可行的煤炭清洁利用、降低石油对外依存度的重要技术路线。我们的研究重点主要集中在钴基催化剂和以其为核心的工艺技术上。经过20多年的不懈努力,两种新的煤制油技术都取得了较大进展,正在向工业化应用稳步推进。

在固定床合成油蜡方面,我们从基础理论出发,成功创制了硅胶负载的高性能钴基催化剂,并以此为核心技术,2007年在浙江宁波建设了一套3000吨/年的钴基固定床合成气制合成油蜡工业中试装置。经过5000小时的试验,催化剂综合性能与壳牌公司同类催化剂水平相当,这标志着我们掌握了钴基费托合成气制合成油蜡这一关键技术。在该中试的基础上,我们与北京三聚环保新材料股份有限公司合作,建设了20万吨/年合成气制合成油蜡工业装置,将于2019年底投料开车。

在浆态床高选择性合成柴油方面,团队创制了碳材料负载的具有高柴油馏分选择性的新晶型钴基催化剂。在从实验室到工业化的开发进程中,我一直工作在第一线,带领团队攻克了碳材料载体前处理、催化剂现场还原活化等重要关键难点。2015年10月,我们与延长石油集团合作建设的15万吨/年合成气制油工业示范装置一次开车成功。这是世界上首套碳材料负载的钴基浆态床合成气制油工业示范装置。现在,示范装置正在进行最后的消缺整改工作,即将开始满负荷生产。

与此同时,团队还开发了合成气油—醇联产技术。在基础研究方面,首次提出了金属钴与碳化钴的界面是合成高碳醇的催化活性位这一理论,并研发了具有直链伯醇选择性高的催化剂。在此基础上,还研发了有别于国外跨国公司现有的乙烯齐聚技术、适合于我国资源禀赋的煤基α-高碳烯烃生产技术,为聚α-烯烃基础油、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯全产业链提供关键原料的核心技术。

单原子催化:从基础研究到工业化

单原子催化是大连化物所张涛院士团队与清华大学教授李隽、美国亚利桑那大学教授刘景月合作,首先提出的催化领域的一个新兴概念和理论,我们致力于针对特定的反应体系,不仅在实验室中深入研究单原子催化的机理和控制策略,还将其应用于实际工业化体系,真正实现这一新概念从基础研究到形成现实生产力。

通过不断研究和探索,我们不仅发表了一系列基于多孔有机聚合物(POPS)的高水平学术论文,还解决了包括单体批量制备和催化剂成型等工程问题,创制出了一系列具有高活性、高选择性和高稳定性的催化剂,以此为核心形成了工艺软件包。其中,乙烯氢甲酰化及其加氢制正丙醇的固定床单管放大试验已经通过技术鉴定,与浙江宁波巨化新材料公司合作,正在建设一套5万吨/年的工业装置,将于2019年底投料试车。这是世界上第一套采用多相催化剂的烯烃氢甲酰化反应装置,具有原创性和先进性。多相丙烯氢甲酰化制丁辛醇和丁烯二聚物多相氢甲酰化制异壬醇等装置正在规划之中,尤其是将宁煤神华的400万吨/年煤制油产物的石脑油馏分中烯烃多相氢甲酰化及其加氢转化为高碳醇的技术,包括百公斤级油/醇萃取—精馏分离精制技术,都初步取得了成功。

在甲醇多相羰基化制C2含氧化合物的研究中,我们发现碳材料负载的大多数贵金属催化剂具有自发形成单核络合物活性位的特性,据此开发了甲醇—合成气经多相羰基化制乙酸甲酯及其加氢制乙醇的技术、酯交换制乙酸乙酯以及水解制醋酸的集成性组合新技术,完成了原创性的核心技术工业性中试,拟在马来西亚进行工业示范。

上述两项技术,属于我们研究团队近年来取得的重要进展,也是对单原子催化这一理论的深入解读和工程化发展。

精细化工技术填补国内空白

2011年8月,我主持研制的国内首套乙醇胺(MEA)临氢氨化生产乙撑胺(EDA)的1万吨/年工业化装置,在山东联盟化工股份有限公司开车成功,标志着我国掌握了国际上先进清洁的MEA法生产EDA成套技术,打破了国外公司在该领域的技术垄断。该装置已平稳运行近7年,实现产值超16亿元。在此基础上,又新建了1套年产3万吨的乙撑胺装置,于2015年3月顺利投料生产,该装置产值超过了24亿元,相关成果获“辽宁省科学技术奖二等奖”和“中国专利优秀奖”。该项技术已日趋成熟,与印度Balaji有机胺公司签订了整套技术许可合同,并于2019年1月顺利投料开车并产出合格产品。

由我主持的中科院战略先导项目“低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范”子课题“煤基合成气制乙醇技术的研发”,其中煤经合成气制C2含氧化物,再加氢转化为乙醇,经过多年的不懈努力研制出了高选择性的新型合成乙醇催化剂以及产物后处理的加氢催化剂,并完成了实验室立升级模试。在此基础上,世界上第一套千吨级合成气制乙醇工艺技术完成了工业中试。乙酸直接加氢制乙醇技术与索普集团公司和中国五环工程有限工程公司合作进行了3万吨/年乙酸加氢制乙醇工艺技术的工业示范。与美国Celanese公司的技术相比,在相近的能耗和物耗下,我们的技术更有优势。团队还开发了世界上首套15万吨/年乙酸—丙烯酯化及其加氢制乙醇和异丙醇的工业化技术,该技术具有原子经济性,产品纯度达到了99.9%以上。

除此之外,采用我们团队技术的2万吨/年对苯二甲酸二甲酯(DMT)加氢制1,4-环己烷二甲醇(CHDM)工业装置,2014年在江苏张家港成功投产并稳定运行,该生产厂家成为世界上第三家具备生产PETG和PCT聚酯工程塑料CHDM中间体能力的企业。

经过20多年努力,我们已经形成了一系列基于加氢、氨化、氢甲酰化和羰基化的精细化工成套技术,填补了我国精细化工行业多个生产技术的空白,缩小了与世界先进水平的差距。

经验与感悟

“把论文写在祖国的大地上。”这是习近平总书记对中国科技工作者的殷切希望,也是我和团队多年来共同努力奋斗的目标。花大力气做好基础研究,是支撑原创性技术工业化的关键,也是我们能始终保持技术领先的原动力所在。例如我们首次系统地提出了在碳材料负载的钴基催化剂中Co-Co2C界面是合成混合伯醇活性位的理论;首次提出了多孔聚合物配体自负载“新的均相催化多相化”概念,成为烯烃氢甲酰化工程化技术的重要理论依据。在2016年大连化物所“我们身边的科学家”报告会上,我曾以“怎样当研究组组长”为题与大家交流经验。在我看来,能解决实际问题的基础研究是催化技术原始创新的基础和源头;开展应用研究要主动适应国家经济发展的新常态,在瞄准国内市场的同时,也要积极开拓国际技术市场。在确定课题的时候,要将我国企业的实际需求与我们的研究积累结合起来。通过与适应我们技术特点的伙伴强强联合,来缩短研发时间,突破技术链上的瓶颈,实现从“科学语言”向“工程语言”转换,这样才能拥有推动科学技术向工业应用转化的“真本事”。

作者简介:

丁云杰,浙江海宁人,博士、研究员、博士生导师。现任大连化物所合成气转化和精细化学品催化研究中心主任。

《中国科学报》 (2019-07-16 第3版 综合)
 
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