作為最重要的化工產(chǎn)品之一,對二甲苯(para-xylene, PX)的生產(chǎn)和銷售對我國聚酯產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展影響巨大。然而,當前我國主要依靠傳統(tǒng)的合成工藝,即芳烴聯(lián)合裝置來增加PX產(chǎn)能,這種工藝能耗較高,并且對石油原料依賴極大。
大連理工大學化工學院郭新聞教授的工作正是為了應(yīng)對這個難題。他帶領(lǐng)團隊研發(fā)的甲苯與甲醇擇形催化制對二甲苯技術(shù),以產(chǎn)能相對過剩的甲苯和廉價的甲醇為原料,利用ZSM-5分子篩的孔道擇形效應(yīng),通過一步反應(yīng),高選擇性合成PX。
這項技術(shù)不但拓寬了PX生產(chǎn)原料來源,降低PX生產(chǎn)成本,還兼具工藝流程短、分離能耗低等技術(shù)優(yōu)勢,變革了傳統(tǒng)工藝。郭新聞教授目前已完成了千噸級的中試,但由于經(jīng)濟性和市場性原因,距離進一步的工業(yè)化還有一定距離。
但在此之前,郭新聞教授用了30多年將其科研成果鈦硅分子篩催化劑完成百噸級工業(yè)放大,成功應(yīng)用于合作企業(yè)15萬噸環(huán)氧丙烷工業(yè)示范裝置。
漫漫產(chǎn)業(yè)化之路
1989年,作為碩博連讀研究生的郭新聞開始鈦硅分子篩的合成研究;1997年,“鈦硅分子篩催化丙烯和雙氧水環(huán)氧化制環(huán)氧丙烷”作為國家自然科學基金委與中國石化總公司聯(lián)合資助的“環(huán)境友好石油化工催化化學和化學工程”重大項目的課題之一,郭新聞教授開始對這項課題進行深入研究。在他看來,將鈦硅分子篩粉末成型并工業(yè)化,最大的難點是找到一家合適的企業(yè)共同完成。
直到2006年左右,郭新聞教授的團隊才得以正式開啟與企業(yè)的合作,這個過程花了近10年時間。隨著企業(yè)的支持和介入,從小試、中試,再到產(chǎn)業(yè)化,于2022年,終于實現(xiàn)了15萬噸環(huán)氧丙烷工業(yè)示范裝置的應(yīng)用。
在這長達近30年的產(chǎn)業(yè)化歷程中,郭新聞也走過彎路。最初該行業(yè)的普遍觀念是借助鈦硅分子篩降低成本,但后來的實踐證明這種認知是錯誤的,雖然降低了成本,也影響了性能,無法實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
隨后,郭新聞教授改變了思路,因催化劑在幾十萬噸規(guī)模的工業(yè)裝置里成本占比極低,他認為,只有以性能優(yōu)先,才能實現(xiàn)高效率的工業(yè)化。此思路轉(zhuǎn)化用了近20年,直到2012年左右才走上了真正的工業(yè)化進程。
企業(yè)的核心作用
在這段坎坷的產(chǎn)業(yè)化之路上,企業(yè)的關(guān)鍵作用不僅僅體現(xiàn)在資金的投入,還有在工程化方面的優(yōu)勢。郭新聞教授關(guān)于鈦硅分子篩的研究還有一個難點,是催化劑的表征非常困難。而通過跟上海光源的合作,可以提供高端表征,能幫助他們更透徹地了解催化劑。
郭新聞教授還認為,如果只坐在實驗室做研究是不夠的,走出實驗室與企業(yè)加強合作,才能明白企業(yè)真正的關(guān)注點在哪里。從這些實際生產(chǎn)中的痛點著手,解決問題的思路也會有新的突破,比方跟京博的合作就是非常典型的例子。
郭新聞教授從2011年底開始和京博合作,距今已有十幾年,而合作的關(guān)鍵是找到了“對接點”。首先雙方建立信任的機制,在信任的基礎(chǔ)上不斷交流,互相磨合,增進了解。其次明白企業(yè)的需求所在才能真正建立合作。
對于大型的煉化企業(yè)而言,要保證生產(chǎn)穩(wěn)定,催化劑不可能輕易更換。所以,郭新聞教授與京博最初的合作從節(jié)能降耗開啟,優(yōu)化整個企業(yè)工藝流程,對設(shè)備腐蝕防護,信任機制建立起來以后,才逐漸回到催化劑的問題上。
產(chǎn)學研的多重價值
在產(chǎn)學研落地轉(zhuǎn)化的合作過程中,促使學生從實驗室走到企業(yè),通過對企業(yè)的了解,賦能其對職業(yè)的規(guī)劃。而對企業(yè)來說,通過產(chǎn)學研合作得到了實在的效益?;谶@種高效合作方式,郭新聞教授對各種新研究成果的嘗試展示了極大的興趣,對新合作項目的推進表示了極大的意愿。如今,大連理工大學化工學院的很多老師都與京博有合作。在校企雙方的信任和配合下,十余年來,雙方產(chǎn)學研合作開展得極其扎實。
以京博為代表的企業(yè)甚至會在高校派人常駐,在實驗室中與老師交流項目,如此,企業(yè)既能同步實驗室中最新的可應(yīng)用成果,也能在研究方向上,提供有用資料。甚至有很多項目成果,是在常駐人員的樞紐作用下,才得以從實驗室成果變?yōu)檗D(zhuǎn)化應(yīng)用成果。正因此,郭新聞教授對化工學院和京博的合作非常重視,每次前來交流都會有教授找到新的對接點,與企業(yè)的合作越來越寬,促使了更多新項目的轉(zhuǎn)化落地。
在郭新聞教授看來,高校里的研究成果,如果不在企業(yè)得以運用,價值將永遠無法發(fā)揮。
目前,郭新聞教授正在推進二氧化碳催化轉(zhuǎn)化的重要項目,研究二氧化碳怎樣變成芳烴等高附加值產(chǎn)品,他的任務(wù)是進一步設(shè)計高效的催化劑。雖然距離產(chǎn)業(yè)化還有很大的距離,但借助產(chǎn)學研落地轉(zhuǎn)化的思路,這項成果必將有一天惠及于企、惠及于民。