1-己烯研發(fā)：打破國(guó)外壟斷，促進(jìn)我國(guó)塑料工業(yè)發(fā)展

□ 本刊記者 周一兵

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1-己烯研發(fā)：打破國(guó)外壟斷，促進(jìn)我國(guó)塑料工業(yè)發(fā)展

□ 本刊記者 周一兵

“研發(fā)工作不僅是比技術(shù)水平，更是比產(chǎn)業(yè)化速度?！?/p>

作為生產(chǎn)高附加值聚乙烯的共聚單體，1-己烯在高分子材料、精細(xì)化工和制藥等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，直到上世紀(jì)末，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有1-己烯生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)品完全依賴高價(jià)進(jìn)口。榮獲2015年國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)的 “乙烯三聚制1-己烯新型催化體系及成套工藝技術(shù)”，成功實(shí)現(xiàn)了1-己烯產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化。項(xiàng)目完成單位——中國(guó)石化燕山石化科技部工作人員告訴記者：“燕山石化歷時(shí)10年的不懈努力，使我國(guó)成為全球最早擁有該技術(shù)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的兩個(gè)國(guó)家之一，同時(shí)掌握并擁有了18項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心專利及專有技術(shù)，大幅提升了我國(guó)聚烯烴產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?！?/p>

□ “看，這就是我們生產(chǎn)的1-己烯。” 張明慧 攝

理論創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破

1-己烯是一種重要的α-烯烴產(chǎn)品，主要作為生產(chǎn)高附加值聚乙烯的共聚單體。由其生產(chǎn)的聚乙烯具有拉伸強(qiáng)度高、抗沖擊、抗撕裂、耐穿刺和高透光等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于生產(chǎn)包裝膜、農(nóng)業(yè)用膜以及大口徑管材等。隨著市場(chǎng)對(duì)膜料和管材料需求量的增加，1-己烯的使用量越來(lái)越大。然而在1-己烯實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化以前，國(guó)外廠商一直對(duì)1-己烯實(shí)行高價(jià)壟斷，嚴(yán)重制約了我國(guó)聚烯烴行業(yè)高附加值產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)。

1997年中國(guó)石化立項(xiàng)開(kāi)展“乙烯選擇性三聚制1-己烯工業(yè)成套技術(shù)”的研發(fā)工作，由燕山石化承擔(dān)探索性研究。據(jù)燕山石化科研人員介紹，乙烯選擇性三聚制1-己烯是上世紀(jì)70年代的重大發(fā)現(xiàn)，曾吸引了全球10多家跨國(guó)公司在該領(lǐng)域進(jìn)行跟蹤研究，均因催化體系對(duì)1-己烯的選擇性只有60％～70％，且伴隨較多的聚合物副產(chǎn)物而宣告失敗，只有美國(guó)一家公司率先取得重大突破。面對(duì)國(guó)外嚴(yán)格的專利保護(hù)和殘酷的競(jìng)爭(zhēng)壓力，燕山石化科研人員在沒(méi)有技術(shù)儲(chǔ)備的情況下，從零起步，搜文獻(xiàn)、查資料，決定從理論上進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)超越。

科研人員對(duì)涉及合成1-己烯有重要影響的催化體系、反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)器形式等技術(shù)因素進(jìn)行深入研究，對(duì)傳統(tǒng)聚乙烯催化劑創(chuàng)新性地提出“三配位”的催化機(jī)理，并提出“占位劑”的概念。通過(guò)在催化體系中加入優(yōu)選的占位劑，使1-己烯反應(yīng)選擇性從70％提高到93％以上，從而在催化劑的選擇性上取得首次重大技術(shù)突破?？蒲腥藛T還發(fā)現(xiàn)催化體系組分的進(jìn)料順序?qū)Ψ磻?yīng)活性和產(chǎn)品純度均有重大影響，又從機(jī)理入手不斷優(yōu)化，終于開(kāi)發(fā)出能顯著提高催化反應(yīng)活性的制備工藝。僅用4年多的時(shí)間，燕山石化就實(shí)現(xiàn)了1-己烯制備技術(shù)的重大突破，使催化反應(yīng)的性能有質(zhì)的飛越，反應(yīng)活性和產(chǎn)品純度均達(dá)到世界一流水平，具備了開(kāi)展工程放大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和條件。

□ 員工在巡檢中核查1-己烯裝置數(shù)據(jù)。 張明慧 攝

優(yōu)化創(chuàng)新奠定工業(yè)化基礎(chǔ)

燕山石化科研人員認(rèn)為：“研發(fā)工作不僅是比技術(shù)水平，更是比產(chǎn)業(yè)化速度。我們的1-己烯技術(shù)晚開(kāi)發(fā)出來(lái)一天，我國(guó)的聚乙烯生產(chǎn)企業(yè)就要多承受一天高價(jià)進(jìn)口1-己烯的困擾，聚乙烯產(chǎn)品更新?lián)Q代的進(jìn)程就要延遲?！?/p>

為了盡快將1-己烯制備技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，2003年，中國(guó)石化將“5萬(wàn)噸/年1-己烯的工業(yè)開(kāi)發(fā)”列為“十條龍”科技攻關(guān)項(xiàng)目，由燕山石化牽頭，成立了由基礎(chǔ)與應(yīng)用研究、工程設(shè)計(jì)、環(huán)保研究以及未來(lái)裝置建設(shè)和生產(chǎn)的企業(yè)組成的產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)。從小試的成功，到500噸/年全流程中試放大裝置的建成，再到國(guó)內(nèi)首套5萬(wàn)噸/年1-己烯工業(yè)裝置的順利建成，一次開(kāi)車成功，產(chǎn)出合格產(chǎn)品，并投放市場(chǎng)，聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)?wèi){借著自身的技術(shù)實(shí)力，僅用不到5年的時(shí)間。

燕山石化科研人員介紹，這期間，項(xiàng)目攻關(guān)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合對(duì)催化劑優(yōu)化、反應(yīng)器研制、控制過(guò)程優(yōu)化等十幾個(gè)課題進(jìn)行攻堅(jiān)，先后解決了聚合物堵掛、工藝流程優(yōu)化、自控方案等多個(gè)重大技術(shù)難題。特別是通過(guò)建立超高雷諾數(shù)下的傳質(zhì)、傳熱模型，設(shè)計(jì)特定形狀和結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器，減少了副產(chǎn)物的生成；通過(guò)創(chuàng)建一種構(gòu)思獨(dú)特的調(diào)控方法，實(shí)現(xiàn)了裝置的平穩(wěn)控制與運(yùn)行；通過(guò)開(kāi)發(fā)專有技術(shù)，解決了副產(chǎn)聚合物的掛壁和脫除問(wèn)題等，最終1-己烯生產(chǎn)工藝技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用喜獲成功。

經(jīng)檢驗(yàn)，燕山石化1-己烯產(chǎn)品的選擇性大于93％，產(chǎn)品純度大于9.2％，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)石化“十條龍”科技攻關(guān)的目標(biāo)。

整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平

專家評(píng)價(jià)，燕山石化“乙烯三聚制1-己烯新型催化體系及成套工藝技術(shù)”成果作為國(guó)家重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目，緊跟國(guó)際同行發(fā)展進(jìn)程，打破國(guó)外長(zhǎng)期高價(jià)壟斷的局面。其產(chǎn)品主要質(zhì)量指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到和超過(guò)國(guó)際同類產(chǎn)品和裝置的水平，是我國(guó)在有機(jī)化工原料制備領(lǐng)域的又一重大科技創(chuàng)新成果。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，該項(xiàng)目成果實(shí)施后，燕山石化1-己烯裝置已累計(jì)生產(chǎn)10多萬(wàn)噸產(chǎn)品，被廣州、山東、天津等地的多家企業(yè)應(yīng)用，已經(jīng)占據(jù)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)超過(guò)90％的份額，迫使進(jìn)口高價(jià)1-己烯產(chǎn)品逐漸退出我國(guó)市場(chǎng)。該項(xiàng)目?jī)H近3年的時(shí)間就為國(guó)內(nèi)1-己烯用戶節(jié)省近4億元的原料成本，大大提高了下游生產(chǎn)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，作為共聚單體，國(guó)產(chǎn)1-己烯已經(jīng)生產(chǎn)出一系列不同牌號(hào)的高性能聚乙烯產(chǎn)品，為聚乙烯的升級(jí)換代做出了貢獻(xiàn)。記者還了解到，由于燕化1-己烯產(chǎn)品已經(jīng)出口到韓國(guó)、馬來(lái)西亞、菲律賓等多個(gè)國(guó)家，目前國(guó)際市場(chǎng)1-己烯產(chǎn)品價(jià)格下降了約三成。

有關(guān)專家表示，我國(guó)1-己烯成套技術(shù)的研發(fā)成功和5萬(wàn)噸/年裝置的投產(chǎn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)精細(xì)化工產(chǎn)品的又一個(gè)空白，有效推動(dòng)了高性能聚乙烯產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和建材領(lǐng)域的應(yīng)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。此外，該技術(shù)的發(fā)明，還豐富了催化理論，促進(jìn)了選擇性制備α-烯烴新技術(shù)的發(fā)展，形成了相關(guān)技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，培養(yǎng)了人才和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。