科學的春天——能源領域院士系列訪談
中國工程院院士李大東談煉油催化劑研發

1978年3月,全國科學大會召開,迎來了科學的春天。40年來,我國能源行業發生巨變,取得了舉世矚目的成就,能源生產和消費總量躍升世界首位。能源領域科技創新突飛猛進,一批技術成果達到國際先進水平。為了紀念改革開放40周年,展現能源科技的發展變化,人民網能源頻道推出“科學的春天——能源領域院士系列訪談”。近期,石油化工科學研究院原院長、中國工程院院士李大東作客人民網,暢談煉油催化劑研發。
以下為此次訪談實錄:
主持人:今年是中國改革開放40年,1978年3月份召開了全國科技大會,從那個時候開始迎來了科學的春天,我們也想看看您是出於什麼樣的契機當時對化學產生了興趣,並且以非常優異的成績考進了北京大學的化學系。能不能跟我們談一下當時的初心選擇?
李大東:我在50年代念的中學,在念中學的時候,數學、物理、化學都是比較喜歡的學科,但是當時我自己的認識也不是很深刻,也不是很明白,大體上感覺到,化學是更接近實際應用方面的學科,比如各種物質的變化,都是和化學有關,以化學為基礎的。當時在報考大學的時候,我就報考了化學系。
主持人:1962年從北京大學畢業,當了技術員,直接分配到石油科學研究院催化劑研究室,過了三年時間,在1965年,您在全國科學大會上作了專題報告,這個名字很專業,叫“流動循環法研究環已烷在鉑重整催化劑上的脫氫反應動力學”,怎麼短短三年時間就會取得這麼大的成績,在全國科技大會上去作報告呢?
李大東:我簡單說一下當時的背景。我們國家是1959年發現大慶油田以后,才有了建立現代煉油工業資源的基礎,我們國家當時沒有原油,大慶油田的發現是非常重要的。從那以后,有了現代煉油工業的資源。當時石油部在香山開了一個很重要的會議,就是要研究建立我們現代煉油工業需要的幾項關鍵的技術。包括催化裂化、鉑重整、延遲焦化、尿素脫蠟和催化劑、添加劑。其中鉑重整在當時是很重要的技術。這幾項基礎技術的實驗部分是在石科院做的。我是1956年進入北京大學,1962年畢業,當時是六年制,畢業以后就分到石科院,在第三研究室有一個小組是研究重整催化劑的。石油科學研究院和北京大學開展合作,當時第三研究室我所在這個室的主任是閔恩澤院士,他是中國煉油催化劑的奠基人,他當時主持催化劑室的工作,和北京大學的催化教研室主任龐禮教授合作,雙方合作的課題就是剛才說的這個。研究院負責重整催化劑,重整催化劑的基礎性工作就是這個題目,流動循環法研究環已烷脫氫反應動力學,石科院是閔恩澤院士總的負責,北大是龐禮教授,具體參加工作的石科院就是我,北大當時是丁余慶講師,后來也是教授。這實際上是一個基礎研究,重整過程裡面包括幾種化學反應,其中六元環脫氫反應是一個重要反應。研究環已烷脫氫動力學用的方法叫流動循環法,這是當時在國際上比較先進的研究動力學的方法之一,實際上是兩種微分反應器之一,當時第一是建立整個的實驗設備,另外就是開展動力學的研究,當時能在三年時間內做成這件事情,我覺得,一個是我的領導,閔恩澤院士、龐禮教授的指導,另外我當時在那個重整組,得到大家的支持和幫助。當然,也有自身的全力以赴投入這項工作。所以在比較短的時間內完成了這樣一項工作。
當時給我印象非常深刻的一件事情,1965年這件事情做成之后,正好1965年國家第一次開科技大會,在人民大學旁邊的科技會堂。開這個會的時候,當時我作報告,我印象非常深刻,第一排就有侯德榜院士。侯德榜當時是化工部的副部長,他是我們中國化學界的一位老前輩,侯德榜制鹼法在國際上非常有名,而且是我們民族工業裡面自主開發的技術,以它為基礎建立的制鹼工業。侯德榜當時聽了我的報告后給我提了一個問題,你是做應用技術開發裡面的基礎研究,你這個動力學的工作對於重整催化劑的開發究竟能起什麼作用?這個問題我當時沒有能夠給侯老一個很圓滿的答復,因為這個問題我自己就沒有能夠想得非常清楚。但是當時這個任務交給我,我就要去完成這項任務。最終做應用基礎研究的目的是要開發工業技術,特別是創新性技術,怎麼把它連接起來,這件事情我當時還沒有很好的考慮到。侯老提出這個問題以后,對我今后一生的工作都有重要啟示。從那以后,我一直考慮這個問題如何解決。后來在不斷的實踐中逐步悟出來應該怎麼做基礎性的研究,特別是應用基礎研究,才能使我們走向自主創新。
主持人: 1972年,您是在石科院總院做管理工作,六年之后,1978年您又重新回到(科研崗位)研究室工作,是不是當時侯老的話對您的選擇還是有影響的?
李大東:1972年到1977年末,正好是“文革”期間。那會兒,石油部、化工部、煤炭部,幾個部門合起來是燃化部,燃化部的科研管理工作主要是由總院管理,我當時是在總院做科研管理工作。當時是在煉油化工室負責煉油催化劑的研究開發工作。到了1977年,燃化部解散以后又恢復石油部、化工部和煤炭部,我又回到石科院,當時解散的時候有兩種選擇,一種是到管理部門,一種時到研究室。我當時是絕對想要再回實驗室,剛才你提的這些問題,以及侯老給我提的那個問題,一直在我腦子裡。當時我就想,還是要去做具體研究工作,而不是在管理崗位。當然,這六年的工作,科研管理的重要性我也有體會,這幾年對我也有收獲。因為我是學理科的,北大化學系畢業,對工業上不熟悉,這六年,因為經常要去工廠企業,對工業特別是煉油工業、催化劑工業,我比較熟悉﹔第二,通過這些工作,認識了很多人,對后來我又繼續從事具體的工作有很重要的作用。第三,擴大了自己的知識面。盡管我不想再做管理工作,但是我覺得這幾年還是沒有虛度。為了回研究崗位,我專門找了兩次當時總院的負責人侯祥麟侯老。前些年宣傳侯老,是我們非常值得尊敬的老前輩,也是石科院的老院長。我專門找了他兩次,第一次他很痛快答應了,后來我不放心,又找他第二次,他說,你跟我說過了,你沒有問題的,回實驗室,而且讓我回基礎研究室。因為侯老是戰略科學家,當時他已經意識到,我們不能再走跟蹤模仿的老路,要走向創新,走創新就得加強基礎研究。所以當時侯老提出來石科院要建立基礎研究實驗室,目的就是從應用基礎研究入手開創自主創新的技術。他把這件事情委托給閔恩澤院士,當時是研究院的副院長,請他來負責組建基礎研究室,並領導這個研究室的工作,摸索如何從基礎研究到自主創新,總結這樣的經驗。所以我當時能回到這個研究室,正好有這樣的機會,所以我覺得這是一個難得的機會。
主持人:今年是改革開放40年,在這個歷程當中,從1978年算起,這也是我們科技工作者迎來了科學的春天。當時在1978年的時候召開全國科學大會,您的心情是什麼樣?當時在做什麼樣的事情?還有印象嗎?
李大東:剛才說我回到石科院的基礎研究室,我當時的崗位是基礎研究室的主任工程師兼加氫催化劑組的組長,當時主要工作是做加氫催化劑研究和開發。開發的模式,因為這個研究室本身的任務是從基礎到工業,正好是侯德榜侯老提的問題,要想創新必須走這條路,否則就是跟蹤模仿。這麼多年也是我一直想探索的,正好有了這樣一個實踐的機會。當時覺得是非常難得的一個機會。
另外,1978年正好是三中全會之后,大家說迎來科學的春天,事實上確實如此。所有的科技工作者,包括我在內,當時心情確實是非常舒暢,可以全心全意投入到自己的研究工作中去了。在這種良好的心態下,可以全身心地投入到研究工作中去,而且有這樣一個難得的探索的機會。我當時40歲左右,正好是壯年的時候,精力比較好的時候,當時一天工作16個小時。我一般白天還有主任工程師的工作,我兼加氫組的組長,自己要參加倒班做實驗,所以我上中班,從下午四點到晚十二點。那段時間,是我非常辛苦的時代,但是也是自己成長最快的時候。
主持人:您作為RN-1加氫催化劑第一發明人,到1991年RN-1加氫催化劑就獲得國家科技進步一等獎,這樣的成績的獲得跟您當時辛苦的付出也是相關系的。在這個過程中有沒有克服掉一些困難,是如何克服的?
李大東:我稍微說一下RN-1的背景。當時我們是什麼樣的情況呢?在80年代的時候,中國煉油工業主要加工大慶油,我們當時不僅不進口原油,還出口。大慶油還要出口,我們是從1993年開始才進口原油。中國原油的特點,像大慶油是氮多硫少,中東油是硫多氮少,這樣的話,我們中國需要解決的問題和國外是不一樣的。大慶油氮多帶來一個什麼問題?催化裂化柴油佔我們柴油裡面三分之一的比例,催化裂化柴油因為氮多,就容易出沉渣,氧化見空氣以后出沉渣,用於柴油發動機,會把噴嘴堵塞,這個問題必須解決。當時總部給石科院的任務就是要盡快地解決這個問題,影響面很大。當時柴油在農業上是非常關鍵的,為了加快這件事情,中石化還進口了一套催化柴油的加氫裝置,當時買的國外最好的柴油脫氮催化劑叫N22。當時給我們的任務就是要開發催化柴油脫氮催化劑,至少性能不比它差,應該更好一些。接到這個任務以后,我們首先要了解是什麼因素影響出沉渣。當時國內外已經做了一些工作了,是油裡面的氮化物影響它不安定出沉渣,進一步要分析清楚是什麼樣類型的氮化物,當時已經知道主要是六元環的鹼性氮化物。在這些知識的基礎上,我們自己從哪著手呢?首先要深入認識吡啶加氫脫氮的反應過程的化學,就是要知道要想把氮脫出來要經過哪些步驟,這些步驟哪些是速度最慢的,最慢的就是它的控制步驟。另外要研究影響這步最慢步驟裡面的各種影響因素,包括催化劑的組成、表面性質等等。這等於是從深入認識反應過程的化學入手來提供催化劑開發的構思。這就等於從基礎研究到工業應用。
除了研究這個,催化劑組成設計之外,還要研究催化劑全面使用性能,包括它的成形技術和它的強度等等。當時是開發了全套的技術。為什麼叫RN-1,N就是氮的元素符號。RN-1到1987年在廣石化第一次工業應用。工業應用以后,效果非常好。從它的性能來講,因為給我們的標准是N22,實際上就脫氮性能而言,如果N22是100的話,那麼RN-1是250,是它的2.5倍,不僅是活性,包括它的穩定性,長期運轉的穩定性性能也遠遠比N22要好。當時就RN-1催化劑性能來講,從我們開發出來工業化以后,十年左右一直是處於國際領先的水准。實際上也得到了國際上的認可,在1994年的時候出口到西方意大利AGIP公司托倫多煉廠,是西方發達國家的煉油廠,他們選用催化劑是全世界拿來比較,他們認為我們RN-1是最好的,所以採用了。1994年出口了,這件事情影響很大。過去我們煉油催化劑有一些是要進口的,實際上是由進口到出口,RN-1是我們出口的第一個煉油領域裡面的催化劑。剛才我說的侯祥麟侯老對這件事情給予很高的評價,他認為這是具有裡程碑的意義,是很重要的一點,增強了我們的自信心。隻要我們齊心協力,踏踏實實地去做工作,而且發揮好團隊的作用,我們是可以做到國際領先水平的。
主持人: RN-1成功開發出來是到了1991年。1991年,您的工作又發生了變化,1991年您被任命為石油化工科學研究院院長。這個一做就是12年。12年的院長生涯,身上的擔子更重了,我相信您肯定在研究方面也沒有放棄。這裡面是不是有一個平衡的問題,12年的感悟,李院士也跟我們講一講。
李大東: 1991年—2003年擔任石科院的院長,從我個人的體會來講,作為院長,主要的任務,我覺得就是兩條,一條就是管好研究院的科研方向,第二條就是要發揮好人的作用。實際上侯老是我們研究院的老院長,也是一個德高望重的戰略科學家,我當院長的第二天就去拜訪侯老,侯老給我的建議就是作為院長你不要經常越過副院長去直接管理下面的事情,這樣就讓他們無法發揮作用了。這一條給我印象非常深刻,后來從我自身的體會也是這樣,具體的很多事情,各位副院長,包括書記,都有所分工,要發揮好他們的作用。一般作為一個單位第一把手,往往要分工管人事、財務等等,我作為院長這些都沒有直接去管,我直接管的就是科研方面的大的事情,因為科研是中心,科研大的事情我要管,另外我自己感興趣的研究領域,我還是要管,因為我還帶了一些學生,還有重大的課題等等。做研究工作和做管理工作這二者在院長崗位上,要處理好,不會讓它產生矛盾,而且我覺得還可以有些相輔相成的作用。因為做院長還有一些自己的研究領域去做,才能體會到,除了技術方面,具體研究室的工作有什麼困難和問題,院裡應該怎麼去幫助這些同志,使這些工作進展得更好。
另外,從管理崗位來講,正好是剛才說的,包括侯老給我的建議,要發揮好其他副院長、書記、研究室主任的作用,這個事情才會管得更好。這樣的話,可以讓它相輔相成起來,不要讓它對立起來。
這些年來我當院長,印象非常深刻的就是我剛當院長不久的時候。1993年,當時社會上院所搞科研體制改革,一個重要的趨勢就是研究院自己開發技術,賺錢養活自己。研究單位自己賺錢養活自己,沒有上面的撥款,這是很難的一件事情。另外從我們院裡本身來講,老百姓裡面也有各種不同的想法。研究室成果多的,就老想自己辦公司,當時辦公司是一種趨勢,自己賺錢。當時我們覺得這件事情要慎重。首先院班子大家團結一致,我們的做法是,第一,先去調查研究,凡是進行了這種改革的大院大所,他們運轉得如何。所謂運轉如何,除了能不能養活自己,關鍵在行業裡面,開發的技術還能不能起作用,因為國家級的研究院,就應該開發全行業裡面的核心技術,支持全行業技術的發展。第二,要結合我們行業特點,我們面向煉油工業,煉廠都是建立大的裝置,我們研究開發的技術不是你自己開發一個技術就可以建一個工廠的,不能那樣運作。我們理想的運作方式就是我們開發的技術是面向全行業所需要的核心技術,我們開發成功,我們做一個專利商給煉廠,由他們銷售產生效益,產生利潤,然后再提一部分科研基金,我們是在中石化,中石化后來實際上就這樣做,它提了銷售額1%作為科研基金,支持大院大所科研工作,這樣一種模式就是我們說的大循環。國家級研究院就是要承擔全行業的科研任務,這樣支持全行業技術進步,由它創造效益,然后再拿出一部分效益返回到科研單位。這應該是一個良性的互動。
后來石科院幾十年來一直堅持這樣一個模式,我剛才說了能堅持這樣一個模式有院班子的團結一致,也和當時中石化領導的支持是分不開的。后來像中國工程院的一些領導,比如徐匡迪院士,還有師昌緒院士他們專門為這個到石科院做調查研究,他們很贊成石科院這樣的大院大所科研體制改革的模式。
主持人:綠色發展建設美麗中國,石化行業是否也應該作出一些調整,能夠適應中國現在所提倡的綠色發展的新時代的要求,您怎麼看待這個問題呢?
李大東:你提的是一個非常重要的問題,也是老百姓人人都關心的問題,也是我們自身關心的問題,因為我們自身盡管在石化行業,也是老百姓的一部分。現在看來,對石化行業來講,安全問題、環保問題是首先要考慮的第一位的問題。事實上現在企業也是在這樣做,很多投資是用在環保、安全等等這些方面,這不僅體現在投資方面,也體現在研究新的技術的開發、使用等等,但是我有一個基本的指導思想,就是我們治理這些環境問題、排放問題等等,最好的辦法是不要等它出來再去辦,有些必然要出的,你還要治理,但是有一些是可以不讓它出來的,治理的辦法最好不是頭疼醫頭、腳疼醫腳,等它出來再去想法治理它。因為這樣的模式不僅有可能導致二次污染,花錢不說,往往治理了這個,還可能出來其他的。我認為比較好的辦法,是從源頭,從煉廠的總流程上來考慮。我們未來要加工什麼樣的原油,根據這樣的原油,從總流程上來考慮,怎麼是一種合理的加工方案,採用合理的技術,盡量杜絕污染物的產生,它的產品結構符合未來市場的需求,同時要考慮企業的效益。因為企業既要滿足環保、安全,同時企業也必須要有效益,否則不能生存。綜合考慮這些問題,同步解決,最好從總流程來考慮,這樣可能是效果更好。
主持人:您是老石化人了,新能源在現代社會蓬勃發展,作為傳統行業的石化行業,在面對扑面而來的新能源時代,會不會有一些壓力,或者如何迎接這樣一個時代?有沒有做這些考慮?
李大東:你提的這個也是大家都很關心的問題。時代潮流,有一些是歷史發展的必然趨勢,是不能阻擋的。因為它是社會發展的必然規律。這也是一個大的環境問題,實際上是全球的環境問題。既包括能源的利用問題,也包括環境問題。人類社會總是要向更理想的方向發展,這是沒有問題的。但是有一個前提,化石燃料還要使用相當長的時間。根據全世界各方面的報道預測,至少到本世紀中葉,就是到本世紀40年代、50年代的時候,就運輸燃料而言,還是基本上以化石燃料為主,當然電動汽車會發展得比較快的。但是它佔的比例還是要逐步地增長。但是有一個問題,盡管到四五十年代,主體的運輸燃料還是化石燃料,但畢竟隨著電動汽車等等發展,石油的使用有一個峰值,過了這個峰值以后,總消耗量就會越來越少了。當然,就石油資源而言,從現在人類知識所掌握的情況來看,全球掌握的可採出的石油資源,供人類使用很長的歷史階段沒有問題,還有大量的石油資源可以使用。這是一個很重要的問題。因為石油是一個寶貴的碳氫化合物,過了峰值以后,如何利用這種寶貴的資源,就是一個問題。第二個問題,如果現在全國的煉廠加起來投資上萬億了,這麼大的投資,寶貴的社會財富,如果全部關閉,也是一個損失。還有寶貴的碳氫化合物資源,供人類長期使用,煉廠怎麼發揮作用。當然這不是一天的事情,峰值過了以后還有一個歷史階段,是逐步頂替的。這樣就有一個煉廠如何變換功能的問題,這是研究單位首先要考慮的問題,必須要超前預測。剛才我說,我們現在預測,未來的煉廠應該承擔什麼樣的任務,要把石油資源用好,使煉廠繼續發揮作用,煉廠應該和石油化工廠很好地結合起來,將來有一部分煉廠要變成化工型煉廠,不是出油品了,主要出丙烯、乙烯、芳烴包括苯、甲苯、二甲苯,這些基本有機化工原料,送到石油化工廠去,把它分離和后加工,這樣不必再增加這部分投資。化工原料這些材料是一個很大的市場,隨著這些材料的開發,還有更廣闊的前途。現階段研究開發,除了解決當前的問題,還要考慮到將來煉油工業逐步轉型的問題,我們有一部分煉廠轉化成化工型煉廠所需要的核心技術,這些技術我們正在開發,這是為未來准備的技術。
主持人: 我國現在將於2019年執行國六車用汽油A階段標准和和國六柴油標准,2023年執行國六車用汽油B階段標准,您覺得實現這個目標,目前來看有沒有困難?
李大東:我們現在油品的標准基本上已經和國際同步了,就國五到國六來講,先說汽油,汽油裡很重要的指標就是硫含量,國五是10個PPM,國六也是10個PPM,這個沒有變化。歐洲執行的歐六,也是10個PPM。現在關鍵變在哪了,從國五到國六,關鍵是降汽油裡面的烯烴和芳烴,這兩個指標要降下來,這兩個指標和排放還是有關系的。它是高辛烷值組份,加油站賣的92號、93號或者95號,那個牌號是由什麼決定的?是由辛烷值決定的,牌號高了,污染小。另外,燃燒性能要好。高檔的車就要用高標號的汽油,一般的汽車用93和92就夠了。標號和什麼有關系,和汽油的組成有關。什麼是高標號、高辛烷值的組成呢?如烯烴、芳烴、異構烷烴,烯烴、芳烴雖然辛烷值高,但是對排放不利,所以要限制它,要降。降了,還要繼續生產高辛烷值汽油的高標號汽油,必須在汽油池裡面要增加異構烷烴的比例。生產異構烷烴的技術現在主要是兩種,一種是碳4的烷基化,碳4烯烴和烷烴的烷基化,另外一個是碳5、碳6的異構化,這都是生產異構烷烴的。應該這樣說,這兩大類技術,烷基化更重要一些,現在這個技術國內外大量應用的都是硫酸法的烷基化,這個是成熟的技術,但是,這個技術有弱點,它用濃硫酸,從安全環保來講是不利的。但是現在工業上還要用,今后可能還要上一些硫酸法的裝置,但是從長遠來看,要替代它。烷基化是要的,但是要把濃硫酸替代掉。替代這個的技術正在開發,即將工業化,現在中石化石油化工科學研究院開發的固體酸烷基化技術,已經完成了中試和工業測線實驗,正在建工業裝置。20萬噸的烷基化裝置現在中石化正在建兩套,一套是在濟南,一套在燕山石化。從濟南煉廠來說,明年年底以前能夠投產,燕山大概明年年底或者后年年初也會投產。今后的發展趨勢應該是固體酸烷基化技術,這個技術我們基本上已經掌握了。碳5、碳6異構化第二代的技術已經工業化了,在湛江煉廠。就技術准備來說,從國五到國六,汽油主要的辛烷值這個問題,降烯烴、降芳烴,還保持辛烷值,應該沒有什麼大問題。就柴油而言,從國五到國六,柴油兩個最重要的指標沒有動,一個是硫還是10個PPM,一個叫十六烷值51,也沒有動,主要是多環芳烴降了,從11降到7。從生產國五柴油的工業運轉狀態的數據來看,隻要硫達到10個PPM的時候,多環芳烴小於11,甚至於小於7,就是國六的7這樣一個標准應該沒有問題。柴油沒有什麼大的問題。汽油主要是要上烷基化和碳5、碳6異構化。
主持人:明年也要開始正式投產。
李大東:明年年底固體酸這個新的技術工業裝置要投產。
主持人:今年是改革開放40年,今天這個系列節目也是大家共同來看一下能源領域這麼幾十年的發展,我們最后也想請李院士暢想一下,作為一個長者對於我們國家在能源領域有沒有更好、更大的期待?
李大東:我們國家改革開放40年來,在經濟各個方面,包括科技,都有了翻天覆地的變化。我們國家現在經濟上是世界上第二大經濟體了,人民的生活都有了很大的提高。國家的經濟實力、國防實力都是不可同日而語的。就從科技而言,我們在專利的數量上、論文的數量上都已經在前列了。但是就關鍵領域的核心技術而言,有一些領域距離國際先進水平還有差距,我們還需要下決心繼續努力。前幾天我看了“兩彈一星”的紀錄片,中央四頻道放了一個“五星紅旗迎風飄揚”,是記錄60年代我們國家開發“兩彈一星”的歷史。我看了以后還是很受感動。在60年代物質條件非常差的情況下,在那麼短的時間內,完全依靠我們自己的力量,確實是要自力更生,開發出“兩彈一星”,確保我們國家真正立足於世界民族之林,我是很受感動。現在我們國家有這麼好的基礎和條件,又有黨中央非常英明正確的領導,包括科技投入,現在科技的投入在世界上僅次於美國,佔了很大的比例。我相信,我們在整個的能源領域、經濟方面,包括新能源等各方面會很快取得重大的突破,但是我覺得我們還需要繼續發揮“兩彈一星”那些老科學家、老前輩的精神,我相信一定會實現我們國家的能源現代化,我們國家所提出的中國夢,一定會變成現實。
主持人:非常感謝李院士和我們一起暢聊科學春天能源領域中國幾十年的發展。剛剛您說到“兩彈一星”的專家身上的精神,從今天我們這樣一個溝通當中,我相信網友們也可以從您身上看到了我們老一輩化工人身上的精神,勤勉、敬業,為了我們國家能源建設所作出的這種貢獻。非常感謝李院士今天的到來,和我們大家進行能源方面的聊天,幫我們一起回憶中國能源科技的發展,為什麼今天有這樣一些成績,我們能從今天這一段聊天當中找到答案。謝謝您。感謝大家收看我們今天的特別節目,再見!
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