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科学的春天——能源领域院士系列访谈

中国工程院院士李大东谈炼油催化剂研发

2018年10月25日13:49 | 来源:人民网-能源频道
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1978年3月,全国科学大会召开,迎来了科学的春天。40年来,我国能源行业发生巨变,取得了举世瞩目的成就,能源生产和消费总量跃升世界首位。能源领域科技创新突飞猛进,一批技术成果达到国际先进水平。为了纪念改革开放40周年,展现能源科技的发展变化,人民网能源频道推出“科学的春天——能源领域院士系列访谈”。近期,石油化工科学研究院原院长、中国工程院院士李大东作客人民网,畅谈炼油催化剂研发。

以下为此次访谈实录:

主持人:今年是中国改革开放40年,1978年3月份召开了全国科技大会,从那个时候开始迎来了科学的春天,我们也想看看您是出于什么样的契机当时对化学产生了兴趣,并且以非常优异的成绩考进了北京大学的化学系。能不能跟我们谈一下当时的初心选择?

李大东:我在50年代念的中学,在念中学的时候,数学、物理、化学都是比较喜欢的学科,但是当时我自己的认识也不是很深刻,也不是很明白,大体上感觉到,化学是更接近实际应用方面的学科,比如各种物质的变化,都是和化学有关,以化学为基础的。当时在报考大学的时候,我就报考了化学系。

主持人:1962年从北京大学毕业,当了技术员,直接分配到石油科学研究院催化剂研究室,过了三年时间,在1965年,您在全国科学大会上作了专题报告,这个名字很专业,叫“流动循环法研究环已烷在铂重整催化剂上的脱氢反应动力学”,怎么短短三年时间就会取得这么大的成绩,在全国科技大会上去作报告呢?

李大东:我简单说一下当时的背景。我们国家是1959年发现大庆油田以后,才有了建立现代炼油工业资源的基础,我们国家当时没有原油,大庆油田的发现是非常重要的。从那以后,有了现代炼油工业的资源。当时石油部在香山开了一个很重要的会议,就是要研究建立我们现代炼油工业需要的几项关键的技术。包括催化裂化、铂重整、延迟焦化、尿素脱蜡和催化剂、添加剂。其中铂重整在当时是很重要的技术。这几项基础技术的实验部分是在石科院做的。我是1956年进入北京大学,1962年毕业,当时是六年制,毕业以后就分到石科院,在第三研究室有一个小组是研究重整催化剂的。石油科学研究院和北京大学开展合作,当时第三研究室我所在这个室的主任是闵恩泽院士,他是中国炼油催化剂的奠基人,他当时主持催化剂室的工作,和北京大学的催化教研室主任庞礼教授合作,双方合作的课题就是刚才说的这个。研究院负责重整催化剂,重整催化剂的基础性工作就是这个题目,流动循环法研究环已烷脱氢反应动力学,石科院是闵恩泽院士总的负责,北大是庞礼教授,具体参加工作的石科院就是我,北大当时是丁余庆讲师,后来也是教授。这实际上是一个基础研究,重整过程里面包括几种化学反应,其中六元环脱氢反应是一个重要反应。研究环已烷脱氢动力学用的方法叫流动循环法,这是当时在国际上比较先进的研究动力学的方法之一,实际上是两种微分反应器之一,当时第一是建立整个的实验设备,另外就是开展动力学的研究,当时能在三年时间内做成这件事情,我觉得,一个是我的领导,闵恩泽院士、庞礼教授的指导,另外我当时在那个重整组,得到大家的支持和帮助。当然,也有自身的全力以赴投入这项工作。所以在比较短的时间内完成了这样一项工作。

当时给我印象非常深刻的一件事情,1965年这件事情做成之后,正好1965年国家第一次开科技大会,在人民大学旁边的科技会堂。开这个会的时候,当时我作报告,我印象非常深刻,第一排就有侯德榜院士。侯德榜当时是化工部的副部长,他是我们中国化学界的一位老前辈,侯德榜制碱法在国际上非常有名,而且是我们民族工业里面自主开发的技术,以它为基础建立的制碱工业。侯德榜当时听了我的报告后给我提了一个问题,你是做应用技术开发里面的基础研究,你这个动力学的工作对于重整催化剂的开发究竟能起什么作用?这个问题我当时没有能够给侯老一个很圆满的答复,因为这个问题我自己就没有能够想得非常清楚。但是当时这个任务交给我,我就要去完成这项任务。最终做应用基础研究的目的是要开发工业技术,特别是创新性技术,怎么把它连接起来,这件事情我当时还没有很好的考虑到。侯老提出这个问题以后,对我今后一生的工作都有重要启示。从那以后,我一直考虑这个问题如何解决。后来在不断的实践中逐步悟出来应该怎么做基础性的研究,特别是应用基础研究,才能使我们走向自主创新。

主持人: 1972年,您是在石科院总院做管理工作,六年之后,1978年您又重新回到(科研岗位)研究室工作,是不是当时侯老的话对您的选择还是有影响的?

李大东:1972年到1977年末,正好是“文革”期间。那会儿,石油部、化工部、煤炭部,几个部门合起来是燃化部,燃化部的科研管理工作主要是由总院管理,我当时是在总院做科研管理工作。当时是在炼油化工室负责炼油催化剂的研究开发工作。到了1977年,燃化部解散以后又恢复石油部、化工部和煤炭部,我又回到石科院,当时解散的时候有两种选择,一种是到管理部门,一种时到研究室。我当时是绝对想要再回实验室,刚才你提的这些问题,以及侯老给我提的那个问题,一直在我脑子里。当时我就想,还是要去做具体研究工作,而不是在管理岗位。当然,这六年的工作,科研管理的重要性我也有体会,这几年对我也有收获。因为我是学理科的,北大化学系毕业,对工业上不熟悉,这六年,因为经常要去工厂企业,对工业特别是炼油工业、催化剂工业,我比较熟悉;第二,通过这些工作,认识了很多人,对后来我又继续从事具体的工作有很重要的作用。第三,扩大了自己的知识面。尽管我不想再做管理工作,但是我觉得这几年还是没有虚度。为了回研究岗位,我专门找了两次当时总院的负责人侯祥麟侯老。前些年宣传侯老,是我们非常值得尊敬的老前辈,也是石科院的老院长。我专门找了他两次,第一次他很痛快答应了,后来我不放心,又找他第二次,他说,你跟我说过了,你没有问题的,回实验室,而且让我回基础研究室。因为侯老是战略科学家,当时他已经意识到,我们不能再走跟踪模仿的老路,要走向创新,走创新就得加强基础研究。所以当时侯老提出来石科院要建立基础研究实验室,目的就是从应用基础研究入手开创自主创新的技术。他把这件事情委托给闵恩泽院士,当时是研究院的副院长,请他来负责组建基础研究室,并领导这个研究室的工作,摸索如何从基础研究到自主创新,总结这样的经验。所以我当时能回到这个研究室,正好有这样的机会,所以我觉得这是一个难得的机会。

主持人:今年是改革开放40年,在这个历程当中,从1978年算起,这也是我们科技工作者迎来了科学的春天。当时在1978年的时候召开全国科学大会,您的心情是什么样?当时在做什么样的事情?还有印象吗?

李大东:刚才说我回到石科院的基础研究室,我当时的岗位是基础研究室的主任工程师兼加氢催化剂组的组长,当时主要工作是做加氢催化剂研究和开发。开发的模式,因为这个研究室本身的任务是从基础到工业,正好是侯德榜侯老提的问题,要想创新必须走这条路,否则就是跟踪模仿。这么多年也是我一直想探索的,正好有了这样一个实践的机会。当时觉得是非常难得的一个机会。

另外,1978年正好是三中全会之后,大家说迎来科学的春天,事实上确实如此。所有的科技工作者,包括我在内,当时心情确实是非常舒畅,可以全心全意投入到自己的研究工作中去了。在这种良好的心态下,可以全身心地投入到研究工作中去,而且有这样一个难得的探索的机会。我当时40岁左右,正好是壮年的时候,精力比较好的时候,当时一天工作16个小时。我一般白天还有主任工程师的工作,我兼加氢组的组长,自己要参加倒班做实验,所以我上中班,从下午四点到晚十二点。那段时间,是我非常辛苦的时代,但是也是自己成长最快的时候。

主持人:您作为RN-1加氢催化剂第一发明人,到1991年RN-1加氢催化剂就获得国家科技进步一等奖,这样的成绩的获得跟您当时辛苦的付出也是相关系的。在这个过程中有没有克服掉一些困难,是如何克服的?

李大东:我稍微说一下RN-1的背景。当时我们是什么样的情况呢?在80年代的时候,中国炼油工业主要加工大庆油,我们当时不仅不进口原油,还出口。大庆油还要出口,我们是从1993年开始才进口原油。中国原油的特点,像大庆油是氮多硫少,中东油是硫多氮少,这样的话,我们中国需要解决的问题和国外是不一样的。大庆油氮多带来一个什么问题?催化裂化柴油占我们柴油里面三分之一的比例,催化裂化柴油因为氮多,就容易出沉渣,氧化见空气以后出沉渣,用于柴油发动机,会把喷嘴堵塞,这个问题必须解决。当时总部给石科院的任务就是要尽快地解决这个问题,影响面很大。当时柴油在农业上是非常关键的,为了加快这件事情,中石化还进口了一套催化柴油的加氢装置,当时买的国外最好的柴油脱氮催化剂叫N22。当时给我们的任务就是要开发催化柴油脱氮催化剂,至少性能不比它差,应该更好一些。接到这个任务以后,我们首先要了解是什么因素影响出沉渣。当时国内外已经做了一些工作了,是油里面的氮化物影响它不安定出沉渣,进一步要分析清楚是什么样类型的氮化物,当时已经知道主要是六元环的碱性氮化物。在这些知识的基础上,我们自己从哪着手呢?首先要深入认识吡啶加氢脱氮的反应过程的化学,就是要知道要想把氮脱出来要经过哪些步骤,这些步骤哪些是速度最慢的,最慢的就是它的控制步骤。另外要研究影响这步最慢步骤里面的各种影响因素,包括催化剂的组成、表面性质等等。这等于是从深入认识反应过程的化学入手来提供催化剂开发的构思。这就等于从基础研究到工业应用。

除了研究这个,催化剂组成设计之外,还要研究催化剂全面使用性能,包括它的成形技术和它的强度等等。当时是开发了全套的技术。为什么叫RN-1,N就是氮的元素符号。RN-1到1987年在广石化第一次工业应用。工业应用以后,效果非常好。从它的性能来讲,因为给我们的标准是N22,实际上就脱氮性能而言,如果N22是100的话,那么RN-1是250,是它的2.5倍,不仅是活性,包括它的稳定性,长期运转的稳定性性能也远远比N22要好。当时就RN-1催化剂性能来讲,从我们开发出来工业化以后,十年左右一直是处于国际领先的水准。实际上也得到了国际上的认可,在1994年的时候出口到西方意大利AGIP公司托伦多炼厂,是西方发达国家的炼油厂,他们选用催化剂是全世界拿来比较,他们认为我们RN-1是最好的,所以采用了。1994年出口了,这件事情影响很大。过去我们炼油催化剂有一些是要进口的,实际上是由进口到出口,RN-1是我们出口的第一个炼油领域里面的催化剂。刚才我说的侯祥麟侯老对这件事情给予很高的评价,他认为这是具有里程碑的意义,是很重要的一点,增强了我们的自信心。只要我们齐心协力,踏踏实实地去做工作,而且发挥好团队的作用,我们是可以做到国际领先水平的。

主持人: RN-1成功开发出来是到了1991年。1991年,您的工作又发生了变化,1991年您被任命为石油化工科学研究院院长。这个一做就是12年。12年的院长生涯,身上的担子更重了,我相信您肯定在研究方面也没有放弃。这里面是不是有一个平衡的问题,12年的感悟,李院士也跟我们讲一讲。

李大东: 1991年—2003年担任石科院的院长,从我个人的体会来讲,作为院长,主要的任务,我觉得就是两条,一条就是管好研究院的科研方向,第二条就是要发挥好人的作用。实际上侯老是我们研究院的老院长,也是一个德高望重的战略科学家,我当院长的第二天就去拜访侯老,侯老给我的建议就是作为院长你不要经常越过副院长去直接管理下面的事情,这样就让他们无法发挥作用了。这一条给我印象非常深刻,后来从我自身的体会也是这样,具体的很多事情,各位副院长,包括书记,都有所分工,要发挥好他们的作用。一般作为一个单位第一把手,往往要分工管人事、财务等等,我作为院长这些都没有直接去管,我直接管的就是科研方面的大的事情,因为科研是中心,科研大的事情我要管,另外我自己感兴趣的研究领域,我还是要管,因为我还带了一些学生,还有重大的课题等等。做研究工作和做管理工作这二者在院长岗位上,要处理好,不会让它产生矛盾,而且我觉得还可以有些相辅相成的作用。因为做院长还有一些自己的研究领域去做,才能体会到,除了技术方面,具体研究室的工作有什么困难和问题,院里应该怎么去帮助这些同志,使这些工作进展得更好。

另外,从管理岗位来讲,正好是刚才说的,包括侯老给我的建议,要发挥好其他副院长、书记、研究室主任的作用,这个事情才会管得更好。这样的话,可以让它相辅相成起来,不要让它对立起来。

这些年来我当院长,印象非常深刻的就是我刚当院长不久的时候。1993年,当时社会上院所搞科研体制改革,一个重要的趋势就是研究院自己开发技术,赚钱养活自己。研究单位自己赚钱养活自己,没有上面的拨款,这是很难的一件事情。另外从我们院里本身来讲,老百姓里面也有各种不同的想法。研究室成果多的,就老想自己办公司,当时办公司是一种趋势,自己赚钱。当时我们觉得这件事情要慎重。首先院班子大家团结一致,我们的做法是,第一,先去调查研究,凡是进行了这种改革的大院大所,他们运转得如何。所谓运转如何,除了能不能养活自己,关键在行业里面,开发的技术还能不能起作用,因为国家级的研究院,就应该开发全行业里面的核心技术,支持全行业技术的发展。第二,要结合我们行业特点,我们面向炼油工业,炼厂都是建立大的装置,我们研究开发的技术不是你自己开发一个技术就可以建一个工厂的,不能那样运作。我们理想的运作方式就是我们开发的技术是面向全行业所需要的核心技术,我们开发成功,我们做一个专利商给炼厂,由他们销售产生效益,产生利润,然后再提一部分科研基金,我们是在中石化,中石化后来实际上就这样做,它提了销售额1%作为科研基金,支持大院大所科研工作,这样一种模式就是我们说的大循环。国家级研究院就是要承担全行业的科研任务,这样支持全行业技术进步,由它创造效益,然后再拿出一部分效益返回到科研单位。这应该是一个良性的互动。

后来石科院几十年来一直坚持这样一个模式,我刚才说了能坚持这样一个模式有院班子的团结一致,也和当时中石化领导的支持是分不开的。后来像中国工程院的一些领导,比如徐匡迪院士,还有师昌绪院士他们专门为这个到石科院做调查研究,他们很赞成石科院这样的大院大所科研体制改革的模式。

主持人:绿色发展建设美丽中国,石化行业是否也应该作出一些调整,能够适应中国现在所提倡的绿色发展的新时代的要求,您怎么看待这个问题呢?

李大东:你提的是一个非常重要的问题,也是老百姓人人都关心的问题,也是我们自身关心的问题,因为我们自身尽管在石化行业,也是老百姓的一部分。现在看来,对石化行业来讲,安全问题、环保问题是首先要考虑的第一位的问题。事实上现在企业也是在这样做,很多投资是用在环保、安全等等这些方面,这不仅体现在投资方面,也体现在研究新的技术的开发、使用等等,但是我有一个基本的指导思想,就是我们治理这些环境问题、排放问题等等,最好的办法是不要等它出来再去办,有些必然要出的,你还要治理,但是有一些是可以不让它出来的,治理的办法最好不是头疼医头、脚疼医脚,等它出来再去想法治理它。因为这样的模式不仅有可能导致二次污染,花钱不说,往往治理了这个,还可能出来其他的。我认为比较好的办法,是从源头,从炼厂的总流程上来考虑。我们未来要加工什么样的原油,根据这样的原油,从总流程上来考虑,怎么是一种合理的加工方案,采用合理的技术,尽量杜绝污染物的产生,它的产品结构符合未来市场的需求,同时要考虑企业的效益。因为企业既要满足环保、安全,同时企业也必须要有效益,否则不能生存。综合考虑这些问题,同步解决,最好从总流程来考虑,这样可能是效果更好。

主持人:您是老石化人了,新能源在现代社会蓬勃发展,作为传统行业的石化行业,在面对扑面而来的新能源时代,会不会有一些压力,或者如何迎接这样一个时代?有没有做这些考虑?

李大东:你提的这个也是大家都很关心的问题。时代潮流,有一些是历史发展的必然趋势,是不能阻挡的。因为它是社会发展的必然规律。这也是一个大的环境问题,实际上是全球的环境问题。既包括能源的利用问题,也包括环境问题。人类社会总是要向更理想的方向发展,这是没有问题的。但是有一个前提,化石燃料还要使用相当长的时间。根据全世界各方面的报道预测,至少到本世纪中叶,就是到本世纪40年代、50年代的时候,就运输燃料而言,还是基本上以化石燃料为主,当然电动汽车会发展得比较快的。但是它占的比例还是要逐步地增长。但是有一个问题,尽管到四五十年代,主体的运输燃料还是化石燃料,但毕竟随着电动汽车等等发展,石油的使用有一个峰值,过了这个峰值以后,总消耗量就会越来越少了。当然,就石油资源而言,从现在人类知识所掌握的情况来看,全球掌握的可采出的石油资源,供人类使用很长的历史阶段没有问题,还有大量的石油资源可以使用。这是一个很重要的问题。因为石油是一个宝贵的碳氢化合物,过了峰值以后,如何利用这种宝贵的资源,就是一个问题。第二个问题,如果现在全国的炼厂加起来投资上万亿了,这么大的投资,宝贵的社会财富,如果全部关闭,也是一个损失。还有宝贵的碳氢化合物资源,供人类长期使用,炼厂怎么发挥作用。当然这不是一天的事情,峰值过了以后还有一个历史阶段,是逐步顶替的。这样就有一个炼厂如何变换功能的问题,这是研究单位首先要考虑的问题,必须要超前预测。刚才我说,我们现在预测,未来的炼厂应该承担什么样的任务,要把石油资源用好,使炼厂继续发挥作用,炼厂应该和石油化工厂很好地结合起来,将来有一部分炼厂要变成化工型炼厂,不是出油品了,主要出丙烯、乙烯、芳烃包括苯、甲苯、二甲苯,这些基本有机化工原料,送到石油化工厂去,把它分离和后加工,这样不必再增加这部分投资。化工原料这些材料是一个很大的市场,随着这些材料的开发,还有更广阔的前途。现阶段研究开发,除了解决当前的问题,还要考虑到将来炼油工业逐步转型的问题,我们有一部分炼厂转化成化工型炼厂所需要的核心技术,这些技术我们正在开发,这是为未来准备的技术。

主持人: 我国现在将于2019年执行国六车用汽油A阶段标准和和国六柴油标准,2023年执行国六车用汽油B阶段标准,您觉得实现这个目标,目前来看有没有困难?

李大东:我们现在油品的标准基本上已经和国际同步了,就国五到国六来讲,先说汽油,汽油里很重要的指标就是硫含量,国五是10个PPM,国六也是10个PPM,这个没有变化。欧洲执行的欧六,也是10个PPM。现在关键变在哪了,从国五到国六,关键是降汽油里面的烯烃和芳烃,这两个指标要降下来,这两个指标和排放还是有关系的。它是高辛烷值组份,加油站卖的92号、93号或者95号,那个牌号是由什么决定的?是由辛烷值决定的,牌号高了,污染小。另外,燃烧性能要好。高档的车就要用高标号的汽油,一般的汽车用93和92就够了。标号和什么有关系,和汽油的组成有关。什么是高标号、高辛烷值的组成呢?如烯烃、芳烃、异构烷烃,烯烃、芳烃虽然辛烷值高,但是对排放不利,所以要限制它,要降。降了,还要继续生产高辛烷值汽油的高标号汽油,必须在汽油池里面要增加异构烷烃的比例。生产异构烷烃的技术现在主要是两种,一种是碳4的烷基化,碳4烯烃和烷烃的烷基化,另外一个是碳5、碳6的异构化,这都是生产异构烷烃的。应该这样说,这两大类技术,烷基化更重要一些,现在这个技术国内外大量应用的都是硫酸法的烷基化,这个是成熟的技术,但是,这个技术有弱点,它用浓硫酸,从安全环保来讲是不利的。但是现在工业上还要用,今后可能还要上一些硫酸法的装置,但是从长远来看,要替代它。烷基化是要的,但是要把浓硫酸替代掉。替代这个的技术正在开发,即将工业化,现在中石化石油化工科学研究院开发的固体酸烷基化技术,已经完成了中试和工业测线实验,正在建工业装置。20万吨的烷基化装置现在中石化正在建两套,一套是在济南,一套在燕山石化。从济南炼厂来说,明年年底以前能够投产,燕山大概明年年底或者后年年初也会投产。今后的发展趋势应该是固体酸烷基化技术,这个技术我们基本上已经掌握了。碳5、碳6异构化第二代的技术已经工业化了,在湛江炼厂。就技术准备来说,从国五到国六,汽油主要的辛烷值这个问题,降烯烃、降芳烃,还保持辛烷值,应该没有什么大问题。就柴油而言,从国五到国六,柴油两个最重要的指标没有动,一个是硫还是10个PPM,一个叫十六烷值51,也没有动,主要是多环芳烃降了,从11降到7。从生产国五柴油的工业运转状态的数据来看,只要硫达到10个PPM的时候,多环芳烃小于11,甚至于小于7,就是国六的7这样一个标准应该没有问题。柴油没有什么大的问题。汽油主要是要上烷基化和碳5、碳6异构化。

主持人:明年也要开始正式投产。

李大东:明年年底固体酸这个新的技术工业装置要投产。

主持人:今年是改革开放40年,今天这个系列节目也是大家共同来看一下能源领域这么几十年的发展,我们最后也想请李院士畅想一下,作为一个长者对于我们国家在能源领域有没有更好、更大的期待?

李大东:我们国家改革开放40年来,在经济各个方面,包括科技,都有了翻天覆地的变化。我们国家现在经济上是世界上第二大经济体了,人民的生活都有了很大的提高。国家的经济实力、国防实力都是不可同日而语的。就从科技而言,我们在专利的数量上、论文的数量上都已经在前列了。但是就关键领域的核心技术而言,有一些领域距离国际先进水平还有差距,我们还需要下决心继续努力。前几天我看了“两弹一星”的纪录片,中央四频道放了一个“五星红旗迎风飘扬”,是记录60年代我们国家开发“两弹一星”的历史。我看了以后还是很受感动。在60年代物质条件非常差的情况下,在那么短的时间内,完全依靠我们自己的力量,确实是要自力更生,开发出“两弹一星”,确保我们国家真正立足于世界民族之林,我是很受感动。现在我们国家有这么好的基础和条件,又有党中央非常英明正确的领导,包括科技投入,现在科技的投入在世界上仅次于美国,占了很大的比例。我相信,我们在整个的能源领域、经济方面,包括新能源等各方面会很快取得重大的突破,但是我觉得我们还需要继续发挥“两弹一星”那些老科学家、老前辈的精神,我相信一定会实现我们国家的能源现代化,我们国家所提出的中国梦,一定会变成现实。

主持人:非常感谢李院士和我们一起畅聊科学春天能源领域中国几十年的发展。刚刚您说到“两弹一星”的专家身上的精神,从今天我们这样一个沟通当中,我相信网友们也可以从您身上看到了我们老一辈化工人身上的精神,勤勉、敬业,为了我们国家能源建设所作出的这种贡献。非常感谢李院士今天的到来,和我们大家进行能源方面的聊天,帮我们一起回忆中国能源科技的发展,为什么今天有这样一些成绩,我们能从今天这一段聊天当中找到答案。谢谢您。感谢大家收看我们今天的特别节目,再见!

(责编:施麟、贺迎春)

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