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第4章

闵恩泽有一位画家朋友,告诉他作为画家需要两项基本功:一是临摹古今中外的名画,学习其中的精髓;二是广泛写生,收集大量的山水、人物、草木等信息,然后将这些所见美景加以联想,进行创作,所以画家说创新来自联想。这几句话,画家不知道跟多少人说过,但几乎没有人注意到或者说没有产生共鸣。可闵恩泽却从画家的话里得到了启发。他认为,做科研何尝不是如此:一是熟读古今中外有关的书籍、论文、专着;二是广泛收集各种需求,作为一名科学工作者需要知道国家今天、明天需要什么。闵恩泽的体会是创新来自联想,联想源于博学广识和集体智慧。

一个人能在一生中,担当一次国家的重托,已经实属不易,可闵恩泽却在一生中,时时刻刻都把国家的责任挑在肩头,这种高度的责任感,这种神圣的使命精神,使每一个接触过他的人都肃然起敬,为之深深感动。他常常拿西游记中的四位主角作比喻:“作为领军人物的唐僧,目标明确,坚韧不拔,知人善用;身为中坚骨干力量的孙悟空,赤胆忠心,能征善战;负责助攻的猪八戒,是团队中的第二梯队;沙和尚则负责后勤支持,脚踏实地,吃苦耐劳。”闵恩泽绘声绘色地说道,“自主创新的精神支柱是各尽其能的团队精神和战胜困难、坚持到底的精神。”

闵恩泽向笔者介绍了在上述三条自主创新原则的指导下,通过原始性创新实现绿色技术的三个实例。

第一个是喷气燃料RHSS新工艺的成功开发。喷气燃料是民航和军用飞机燃料,其中的硫醇不仅使油品发出臭味,而且对飞机材质有腐蚀作用并影响燃料的热安定性。国外普遍采用液体碱作为催化剂,通过催化氧化反应加以脱除,但同时产生废碱排放,污染环境。上世纪80年代后期,国外开发成功固体碱催化剂,但只能缓解污染,仍未从根本上解决环境污染问题。

1996年年底的一天,闵恩泽下班回家路上跟人讨论过去开发喷气燃料加氢脱硫工艺,灵感突现:喷气燃料中的硫醇最易于加氢脱除,可否利用这一原理另辟捷径,在比常规加氢脱硫工艺更缓和的条件下加氢脱硫醇?思路开了,闵恩泽立即组织有关研究室投入试验,由于方法对头,得来全不费工夫,短时间内开发成功RHSS新工艺,与碱催化氧化工艺相比,不仅不排放废渣,而且显着降低操作费用,能从多种原料油生产合格的喷气燃料。目前我国已建成7套15万~100万吨/年规模的工业装置,总加工能力420万吨/年。RHSS技术占国内新建或改建装置80%的份额。

第二个是在巴陵石化苯法引进装置中,开发了绿色的环己酮氨氧化制环己酮肟新工艺。以环己酮、氨和双氧水为原料,使用新型钛硅分子筛催化剂,在连续式搅拌釜中一步“原子经济”反应代替引进装置的“四步法”反应合成环己酮肟,环己酮转化率和选择性好。与引进装置相比,省掉了氨氧化、NOx吸收、PtPd/C催化剂加氢等工序;不需要循环压缩机、空压机等大型辅助设备,设备投资和能耗大大降低;反应条件温和、运行成本低、产品质量好、环境友好。如今7万吨/年工业装置已建成投产,投资为引进的211%,每吨己内酰胺可变成本降低644元。

第三个是在石家庄化纤有限公司甲苯法己内酰胺引进装置中,以磁稳定床己内酰胺加氢精制新技术代替高锰酸钾氧化精制工艺,从源头上根治了引进装置中高锰酸钾氧化生成的二氧化锰废渣、废水。原来地面上常成片地泛着泡沫污水、污物,现在都不见踪影,还降低了己内酰胺产品的损失。

讲到这里,闵恩泽面带笑容地告诉笔者,他觉得十分欣慰的就是,这些绿色化学成果很受企业欢迎,不但给工厂带来了更大的效益,而且使得车间环境更好,操作更安全方便。

2

绿色化学的一个重要内容就是利用取之不尽、用之不竭的可再生植物资源来生产燃料和化工产品。

2000年,闵恩泽在其编着的高新技术科普丛书《绿色化学与化工》一书中,提到了“菜籽油也能用来开汽车”,简单介绍了欧洲利用菜籽油生产生物柴油及其推广使用的情况,后来又在2001年《世界石油工业》的“21世纪的炼油工业——多样化的炼油厂”一文中,把“从植物油生产生物柴油的炼油厂”列为一类炼油厂。2002年,闵恩泽参加了中国工程院主办的“我国生物柴油产业发展座谈会”、“生物柴油植物原料发展讨论会”;2003年10月,受国家经贸委技术进步与装备司委托,他主持鉴定了海南正和生物能源有限公司的“生物柴油生产工艺和产品”,还亲自去河北邯郸考察了生物柴油厂和黄连木培育基地。这些活动使他进一步认识了发展生物柴油产业的重要意义,因此他决定进入这一科研新领域。

生物柴油是通过可再生的天然油脂资源生产的一种柴油组分。天然油脂多由直链脂肪酸甘油酯组成,与甲醇进行酯交换反应后,生成分子量与石油柴油相接近的脂肪酸甲酯,具有接近于石油柴油的性能。欧盟研究与应用结果表明,生物柴油启动性能与石油柴油无区别,而且润滑性能好、闪点高、十六烷值高、硫和芳烃含量低,因而燃烧性能好,使用安全,尾气排放可满足欧Ⅲ或欧Ⅳ的标准,是一种优质的清洁柴油。

发展生物柴油,关键看有什么原料。欧盟以双低菜籽油为原料,美国采用大豆油为原料,而且这些原料油均经过精制,他们从国情出发,开发了碱催化的酯交换法。

我国虽然是一个油脂生产大国,但我国人口众多,油脂食用消费数量巨大,每年需要进口千万吨以上的大豆来榨油,同时也大量进口植物油。因此,我国生物柴油采用可食用的植物油是不现实的。但是我国也不缺乏生物柴油的原料,如废弃油脂(餐饮废油、酸化油、废动物油)及一些正开发利用的麻疯树、黄连木等木本植物油。由于原料来源途径多,品质差别大,所以必须开发适合多种来源原料的技术。

在闵恩泽的主持下,从导向性基础研究入手,我国开始开发超临界酯交换工艺。除成立专题研究组,闵恩泽还先后指导博士生开展了“超临界醇解生产生物柴油动力学和工艺过程研究”、“近临界状态下甘油三酸酯醇解反应应用研究”。最后通过小型实验和中型实验,终于开发成功了这一新工艺。这个工艺的突出特点,就是可适用于劣质高酸值油脂原料。在超临界状态下,无需催化剂,即可使油脂与甲醇发生醇解反应,而且反应时间短,几分钟就可以达到平衡;同时不产生皂类,产物分离容易,产品精制。

通过开发成功这一新工艺,闵恩泽得出几点深刻体会:

首先,研发生产要从实际国情出发。开发生物柴油的关键是价廉、稳定原料的供应。我国油料作物首先要保障全国食用油的供应,用于生物柴油的油料作物还不能与食用油的生产争地。因此,我国不能走欧美各国以精制油为原料的液碱催化剂酯交换生产路线,只能选择餐饮废油、榨油厂下脚料、猪皮油等价廉、劣质油为原料,同时还要实现原料油供应多元化,以保障全年生产。开发超临界酯交换工艺,正是从国情出发的选择。

其次,确立了自己的生产路线后,在研发生产过程中要通过技术创新扬长避短。比如选择超临界酯交换工艺后,他们除认识其优越性外,同时也认识到其不足,即压力高、温度高。于是他们从基础研究入手,从相图认识到具有降压、降温的潜力,从而开展研究,探寻降压降温的途径,终于发明了诱导技术,达到了目的;在中型试验装置上长周期运转中,发现换热器管线等结垢,压降增大,又以换热器、管线的流速等工程设计加以解决,同时对于反应器的内部结构也采取了措施,使这一工艺又增加了一个创新点,整个工艺达到世界领先水平。

3

从长远看,石油、天然气、煤等化石资源终将枯竭,碳氢化合物时代将走上以可再生资源为原料的碳水化合物时代。微藻是光合效率最高的原始植物,与农作物相比,单位面积的产率高出数十倍。微藻也是自然界中生长最为迅速的一种植物,通常在24小时内,微藻所含生物质可以翻倍。微藻的优势还在于不与农作物争地、争水,它可以生长在高盐、高碱环境的水体中,可充分利用滩涂、盐碱地等进行大规模培养,也可利用海水、盐碱水、工业废水等非农用水进行培养。微藻的培养需要利用工业废气中的二氧化碳,因此其生长过程还能减少环境污染,缓解温室气体的排放。另外微藻的综合利用价值高,生产微藻生物柴油的同时,还可生产相当数量的藻饼,进一步获得蛋白质、多糖、脂肪酸等高价值产品,有效降低微藻生物柴油的成本。

闵恩泽在获得国家最高科学技术奖之后,一直在想,如何在战略性、前瞻性的新能源领域中选择课题来研究。他想微藻生物柴油正是这种课题。

2008年2月间,机会来了!根据“中国石化集团公司与中国科学院全面战略合作协议”,中石化和中科院正在商讨在新能源领域开展什么课题研究。中石化总工程师曹湘洪院士、中科院副院长李静海院士与闵恩泽一起讨论,决定开展“微藻生物柴油成套技术的开发”,并由闵恩泽负责筹备。2008年5月,“微藻生物柴油技术研讨会”在京召开,专家们对微藻生物柴油技术的国内外进展、能源微藻藻种库建设、光生物反应器等专题进行了交流和讨论。在这次会议的基础上,闵恩泽又组织双方进行了一次实地考察。

考察组连续考察了中科院的武汉水生所、武汉植物园、南海所、过程所以及云南丽江施普瑞微藻生产基地,也考察了中国石化石科院工程研究中心、石家庄的生物柴油中试基地等,最后编写了开题报告,安排了微藻、光反应器、生物柴油生产等几个重要的课题。该项目为首席科学家负责制,计划在2009年到2011年进行小试研究,2015年进行户外中试装置研究,2020年建设工业示范装置。

闵恩泽认为,要让普通交通工具都“喝”上微藻生物柴油,还必须跨越三道坎:首先是成本。微藻燃油项目的产业链很长,藻类的培养成本很高,制成品的价格是目前石油的好多倍;其次,微藻生物柴油项目要投产,规模要很大才能做,而现在各个研究机构的生产规模都很小;再次,难以找到合适的生产场地。在藻类培养中,藻类的密度只能是1%~2%,太密,藻类就无法吸收阳光。微藻生长对阳光和水的高要求,需要大型的场地。

闵恩泽在八十高龄时再一次向生物柴油发起了进攻。虽然这个科研项目任重道远,但他对此充满信心;虽然今天的他荣誉满身,但他从未停止在科研领域的耕耘与播种。探寻他半个多世纪的创新之路,不得不让人惊叹:他就像一株枝繁叶茂、活力充沛的老梅,创新之花常开常艳。

是的,改革开放三十年来,我们国家在科研方面可以说是日新月异,一则国家重视科学研究,鼓励创新,二则我们的科学家清醒地认识到,世界先进国家已经走到我们的前面,他们的绿色化学、生物柴油概念在实施中取得了伟大胜利,已经开始造福于人类。我们的科学家们看到了绿色化学和生物柴油的美好前景,他们正在奋起直追,因为他们当中有像闵恩泽这样从不畏惧艰险的开拓者,在绿色化学的海洋里,在生物柴油的茫茫大漠之中,正以创新精神为原动力,以国家利益和民生为己任,为造福子孙后代而不懈地钻研与探索。科学,何愁不兴?国家,何愁不盛?人民,何愁不富?!

(四)

闵恩泽的巨大贡献,不仅仅在于卓越的科研成果,更在于他带出了一支勇于攻关、团结协作、勤奋踏实的科研队伍,为石化研究建立了一个人才库。

——石油化工科学研究院院长龙军

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