作为最重要的化工产品之一,对二甲苯(para-xylene, PX)的生产和销售对我国聚酯产业链的发展影响巨大。然而,当前我国主要依靠传统的合成工艺,即芳烃联合装置来增加PX产能,这种工艺能耗较高,并且对石油原料依赖极大。
大连理工大学化工学院郭新闻教授的工作正是为了应对这个难题。他带领团队研发的甲苯与甲醇择形催化制对二甲苯技术,以产能相对过剩的甲苯和廉价的甲醇为原料,利用ZSM-5分子筛的孔道择形效应,通过一步反应,高选择性合成PX。
这项技术不但拓宽了PX生产原料来源,降低PX生产成本,还兼具工艺流程短、分离能耗低等技术优势,变革了传统工艺。郭新闻教授目前已完成了千吨级的中试,但由于经济性和市场性原因,距离进一步的工业化还有一定距离。
但在此之前,郭新闻教授用了30多年将其科研成果钛硅分子筛催化剂完成百吨级工业放大,成功应用于合作企业15万吨环氧丙烷工业示范装置。
漫漫产业化之路
1989年,作为硕博连读研究生的郭新闻开始钛硅分子筛的合成研究;1997年,“钛硅分子筛催化丙烯和双氧水环氧化制环氧丙烷”作为国家自然科学基金委与中国石化总公司联合资助的“环境友好石油化工催化化学和化学工程”重大项目的课题之一,郭新闻教授开始对这项课题进行深入研究。在他看来,将钛硅分子筛粉末成型并工业化,最大的难点是找到一家合适的企业共同完成。
直到2006年左右,郭新闻教授的团队才得以正式开启与企业的合作,这个过程花了近10年时间。随着企业的支持和介入,从小试、中试,再到产业化,于2022年,终于实现了15万吨环氧丙烷工业示范装置的应用。
在这长达近30年的产业化历程中,郭新闻也走过弯路。最初该行业的普遍观念是借助钛硅分子筛降低成本,但后来的实践证明这种认知是错误的,虽然降低了成本,也影响了性能,无法实现工业化应用。
随后,郭新闻教授改变了思路,因催化剂在几十万吨规模的工业装置里成本占比极低,他认为,只有以性能优先,才能实现高效率的工业化。此思路转化用了近20年,直到2012年左右才走上了真正的工业化进程。
企业的核心作用
在这段坎坷的产业化之路上,企业的关键作用不仅仅体现在资金的投入,还有在工程化方面的优势。郭新闻教授关于钛硅分子筛的研究还有一个难点,是催化剂的表征非常困难。而通过跟上海光源的合作,可以提供高端表征,能帮助他们更透彻地了解催化剂。
郭新闻教授还认为,如果只坐在实验室做研究是不够的,走出实验室与企业加强合作,才能明白企业真正的关注点在哪里。从这些实际生产中的痛点着手,解决问题的思路也会有新的突破,比方跟京博的合作就是非常典型的例子。
郭新闻教授从2011年底开始和京博合作,距今已有十几年,而合作的关键是找到了“对接点”。首先双方建立信任的机制,在信任的基础上不断交流,互相磨合,增进了解。其次明白企业的需求所在才能真正建立合作。
对于大型的炼化企业而言,要保证生产稳定,催化剂不可能轻易更换。所以,郭新闻教授与京博最初的合作从节能降耗开启,优化整个企业工艺流程,对设备腐蚀防护,信任机制建立起来以后,才逐渐回到催化剂的问题上。
产学研的多重价值
在产学研落地转化的合作过程中,促使学生从实验室走到企业,通过对企业的了解,赋能其对职业的规划。而对企业来说,通过产学研合作得到了实在的效益。基于这种高效合作方式,郭新闻教授对各种新研究成果的尝试展示了极大的兴趣,对新合作项目的推进表示了极大的意愿。如今,大连理工大学化工学院的很多老师都与京博有合作。在校企双方的信任和配合下,十余年来,双方产学研合作开展得极其扎实。
以京博为代表的企业甚至会在高校派人常驻,在实验室中与老师交流项目,如此,企业既能同步实验室中最新的可应用成果,也能在研究方向上,提供有用资料。甚至有很多项目成果,是在常驻人员的枢纽作用下,才得以从实验室成果变为转化应用成果。正因此,郭新闻教授对化工学院和京博的合作非常重视,每次前来交流都会有教授找到新的对接点,与企业的合作越来越宽,促使了更多新项目的转化落地。
在郭新闻教授看来,高校里的研究成果,如果不在企业得以运用,价值将永远无法发挥。
目前,郭新闻教授正在推进二氧化碳催化转化的重要项目,研究二氧化碳怎样变成芳烃等高附加值产品,他的任务是进一步设计高效的催化剂。虽然距离产业化还有很大的距离,但借助产学研落地转化的思路,这项成果必将有一天惠及于企、惠及于民。