北化院:六十五载筑梦十方天地   

  在中国石油和化学工业发展史上,提到最早从事石油化工综合性研究的科研机构,中国石化北京化工研究院(简称北化院)是独具特色的一家。它的历史可追溯到爱国实业家范旭东、科学家侯德榜于1922年8月在天津塘沽成立的黄海化学工业研究社。1958年6月1日,北化院正式挂牌成立,隶属原化工部;1998年经改制整体进入中国石化;2021年7月,中石化(北京)化工研究院有限公司正式成立,成为具有独立法人资格的科研单位。

  自成立之初,北化院就承载着发展新中国石油化工事业的历史使命,并取得一系列辉煌成就:1964年,研制成功高能燃料偏二甲肼,用于发射我国第一颗人造卫星“东方红一号”的长征一号运载火箭;1980年,军工乙丙橡胶为我国洲际导弹发射成功作出重要贡献;1988年,建成国内第一台2万吨/年乙烯裂解炉(北方炉),谱写了我国乙烯裂解炉国产化的新篇章;1988年,新型高效聚丙烯N催化剂许可美国,使我国在该技术领域跻身世界强者地位……

  今年6月1日,北化院将迎来六十五华诞。

  经过65年的积淀与开拓,北化院在乙烯技术、催化科学与工程、合成树脂、合成橡胶、合成纤维、有机与精细化工、化工环保、医卫材料、高分子资源化利用等领域拥有扎实的学科基础和雄厚的研发实力,在氢能、太阳能、工程塑料、光电材料、智能材料等前瞻新领域取得了一系列重要突破。

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北化院综合楼。

  乙烯技术世界先进

  乙烯被称为“石化工业之母”,是世界上产量和消费量最大的有机基础化工原料之一。但长期以来,我国大型乙烯生产技术依赖进口。为实现乙烯工业核心技术自主可控,作为最早攻关乙烯技术的单位之一,北化院几代科研人员引锥刺股,为我国乙烯技术进步作出了卓有成效的努力。

  1958年建院之初,北化院就把乙烯技术列为主要研究方向之一。65年来,北化院人持续探索,先后取得重大科研成果数十项,形成从蒸汽裂解技术、催化剂到乙烯工艺全流程的技术优势。

  该院与中国石化工程建设公司等兄弟单位合作开发的“复杂原料百万吨级乙烯成套技术”,攻克了高选择性与长周期运行无法兼顾的难题,使我国率先成为掌握复杂原料乙烯成套技术的国家,并在中韩(武汉)石化建成绿色高效百万吨级乙烯生产装置,使中国石化具备独立设计建造世界先进水平大型乙烯工厂的实力,由此获得国家科技进步一等奖。

  该院自主开发的扭曲片管强化传热技术、原位涂层抑制结焦技术等裂解炉稳定运行技术,在国内外乙烯装置上推广应用超百台(套);碳二、碳三高选择加氢催化剂应用于全国80%的乙烯装置,并远销海外。不仅如此,他们的低温甲烷化技术、高含量烯烃原料蒸汽裂解技术、裂解产物价值最大化技术等研究均取得重大突破,浅冷油吸收法回收炼厂干气技术、丁二烯装置尾气加氢技术等炼化一体化技术,为炼化企业降本增效贡献了力量。

  催化科学与工程引领行业发展

  今年5月,超高氢调敏感性、高立构定向性、无增塑剂BSQ-2催化剂在中科炼化多区气相循环聚丙烯装置完成工业应用;去年12月,茂金属聚乙烯、聚丙烯催化剂分别在扬子石化、中原石化完成工业应用试验;去年10月,高时空产率、高性能银催化剂YS-9110在扬子石化烯烃厂乙二醇装置投入使用,填补该类催化剂技术空白……近年来,北化院在催化科学与工程领域取得了一系列亮眼的成绩。

  依托完整的研发创新链优势,围绕化工材料产业链关键催化反应,北化院开展了烯烃原料制备、功能性聚合单体合成、烯烃聚合反应的催化材料和催化科学研究。

  几十年来,该院开发了分子筛、介孔材料、金属有机骨架、杂多酸等新型催化材料;拥有低碳烯烃制备的全系列高性能催化剂产品,碳二碳三选择加氢催化剂被应用于全国80%的裂解装置并出口海外;环氧乙烷银催化剂技术达世界先进水平,有力支撑“乙烯-环氧乙烷-乙二醇-聚酯”产业链发展。

  此外,该院还拥有世界先进的Ziegler-Natta聚烯烃催化剂技术,开发了N、ND、DQ、H、BCZ、BCM等系列聚丙烯催化剂,BCE、BCL、BSG、SMC四大类8个系列聚乙烯催化剂;新型聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃弹性体、环烯烃共聚物等系列茂金属催化剂和非茂单中心催化剂及系列树脂牌号开发取得突破;同时开发了具有自主知识产权的催化剂载体及负载技术、配体、助催化剂技术,以及内、外给电子体技术。

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北化院科研人员开展蒸汽裂解模拟炉实验。

  合成橡胶技术聚焦前沿领域

  尽管我国已成为世界合成橡胶第一大生产国和消费国,但产业仍大而不强。因此,在合成橡胶领域,北化院致力于开发多种成套技术,特别是专注于通用合成橡胶品种的功能化改性。这也使中国石化成为国内拥有自有技术最多、品种最全的合成橡胶生产商。

  这是他们的成绩单:开发了异戊橡胶、溴化丁基橡胶、功能化溶聚丁苯橡胶、SBS热塑性弹性体、丁苯透明抗冲树脂、动态硫化热塑性弹性体(TPV)等系列成套技术并实现产业化;开发高性能轮胎用溶聚丁苯橡胶SSBR、节能型轮胎用三元集成橡胶SIBR、高品质低顺式聚丁二烯橡胶LCBR等新产品,获国内外轮胎企业用户认可并出口海外;开发了航空航天、深海深地领域的氢化丁腈(HNBR)、官能化溶聚丁苯(SSBR)特种橡胶新产品;5G通信高频覆铜版液体橡胶技术达到世界领先水平;开发了涉及光电、新能源、人工智能等前沿领域橡胶新材料。

  合成纤维技术支撑高端化发展

  在三大合成材料之一的合成纤维领域,北化院同样颇有建树。多年来,该院开发了一系列高品质、高功能、高性能合成纤维产品及成套技术。

  高端聚烯烃、功能聚酯、高性能聚酰胺、聚酰亚胺(PI)、聚苯并咪唑(PBI)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等高性能纤维,以及聚(对苯二甲酸-丁二酸-丁二醇)酯(PBST)、聚乳酸(PLA)等生物可降解纤维,都是北化院聚焦的领域。

  通过融合新型催化技术、分子结构设计、聚合工艺优化、纺丝成型工艺及结构与性能评价等研发资源,该院深入研究纤维成型过程的凝聚态演变机理及全生命周期性能评价方法,开发了一系列产品及成套技术,为合成纤维材料的高水平、大规模应用提供技术支撑。

  有机与精细化工技术进军国际

  在高性能、功能化、高附加值的基础有机原料领域,北化院开展了精细化学品、关键单体、催化剂助剂、油田化学品、生物化工等技术研究。

  该院环氧乙烷/乙二醇(EO/EG)成套技术、乙烯齐聚制线性α-烯烃(LAO)技术达到国际先进水平;乙烯三聚制1-己烯技术成功许可海外;乙烯四聚技术取得突破;开发耐温抗盐驱油聚合物、活性功能聚合物、稠油开采用聚合物、压裂液用减阻剂、破乳剂等5个系列油田化学品,在油田企业成功应用;形成己二胺、丁二酸、苯酐、顺酐、甲基叔丁基醚(MTBE)、异壬醛、2-丙基庚醇等化学品制备工艺技术。

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北化院科研人员正在探讨BOPE薄膜制备工艺。

  合成树脂技术多点开花

  “聚烯烃弹性体(POE)是合成材料中密度最低的材料之一,具有良好的加工、易回收性能,生产及加工应用过程相较于橡胶更加绿色环保,可广泛应用于汽车、建材、医卫等领域,是新一代光伏胶膜制备的关键核心材料。”在今年4月举行的第三十五届中国国际塑料橡胶工业展览会上,北化院科研人员向观展客户介绍中国石化“专精特新”新产品POE。这种曾被国外公司长期垄断的高端合成材料,如今已在科研人员们的辛勤付出下实现了自主技术可控。

  目前,北化院拥有完整的具有自主知识产权的烯烃聚合技术、合成树脂结构性能调控技术、新产品开发技术以及产业链完整的加工成型技术和先进的分析表征手段。他们开发了丙烯/丁烯-1无规共聚G树脂、抗菌防霉树脂、高熔体强度抗冲聚丙烯、聚丙烯接枝绿色电缆等首创产品,PE100RC管材、透明抗冲聚丙烯、锂电池膜、聚丁烯-1、聚烯烃弹性体(POE)、环烯烃共聚物(COC)、环状嵌段共聚物(CBC)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)等绿色高性能高附加值产品;以及粉末橡胶助剂、双向拉伸聚乙烯薄膜(BOPE)、聚合微球等原创化工新材料。

  此外,该院在高端领域持续发力,气相聚丙烯预聚合技术许可到发达国家,第三代和“三代+”环管聚丙烯工艺技术促进了聚烯烃产品高端化发展。

  环保技术助推绿色发展

  在国内外环保要求趋严的大背景下,化工污水处理成为业界关注的焦点。而膜技术作为一种行之有效的污水处理方法,正被广泛应用。

  亲/疏水超滤膜、气体分离膜、纳滤/反渗透膜……这些极具市场潜力的膜产品,也在北化院近年来开发的产品序列中。

  作为国内膜技术研究的中坚力量,北化院形成了污水提标处理和深度处理回用、高盐废水近零排放、膜法挥发性有机物(VOCs)回收处理、膜法氦气分离提纯技术、高效生物处理反应器等技术与产品,为石化行业绿色发展提供有力的技术支撑。

  此外,该院还开展污染源调查、清洁生产审核、绿色企业创建、土壤与地下水修复、长江经济带水系统优化、黄河流域生态保护等研究,为企业提供污水处理、节水减排、土壤与地下水修复等整体解决方案。

  高端医卫材料加快突破

  多年来,北化院走出了一条基础理论与工程技术相结合的原始创新之路,自主开发了多种性能优异的高附加值新材料,并被广泛应用于民生领域。

  聚焦人民生命健康,北化院开展了医卫化学品、医卫防护材料、高端医用包装及器械材料、医卫材料表征及标准认证研究。

  该院已开发医用关键材料VD21、细胞培养载体、高品质熔喷布、充管注射器、抗菌输液袋、透气防护服、一次性反应袋等技术和产品,开展特种医用透气膜、生物超滤膜包、骨科植介入材料、人工肺氧合器材料、人工关节、医药包装、可降解医用补片、医用高分子凝胶、缓释药物材料、快速检测试剂盒技术等课题研究,致力于为国家医药产业链安全提供保障。

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北化院VD21党员突击队。

  高分子资源化利用全面布局

  “高分子材料有生命周期,过了生命周期,就会成为废旧高分子材料。但废旧高分子材料不是废物,而是放错了地方的宝贵资源。”在北化院人看来,废旧高分子材料是重要的碳氢资源,积极开发相关资源利用技术,推动绿色、低碳、可循环发展,对人类社会意义重大。

  围绕高分子资源化利用,近30多年来北化院开发了物理回收、化学回收、过程环保、绿色标准化的体系化技术解决方案,形成“材料设计—原料—催化剂—聚合工艺—加工成型—制品检测—废旧材料绿色资源化利用”的闭环创新研发链条。

  在用量最大的合成树脂方面,该院积极开发混合塑料多相增容、废旧地膜高值化回收、微波等离子体裂解、废塑料蒸汽裂解、催化裂解等技术;在占全球超过50%产量的聚酯(PET)回收方面,该院打通了PET化学解聚和产物分离流程,进行了解聚污染控制技术开发;在废旧橡胶方面,该院开发了化学废旧橡胶再生及资源化利用技术和自修复可再生橡胶材料……

  同时,他们还开发塑料回收循环过程中的环保技术,开展可降解材料、再生塑料与再生塑料制品等的标准化工作,助力行业标准化、产业链绿色化发展。

  新能源新材料加速发展

  作为一家有着65年发展历程的研究院,北化院的目光总是投向新事物。面向未来化工新材料领域技术发展格局,近年来北化院加强在氢能、太阳能、工程塑料、光电材料、智能材料等新能源、新材料领域的技术布局。

  该院开发了生物可降解材料,PI、PBI等工程塑料,红绿蓝发光材料、LED光扩散材料、新型转光材料等光电材料,以及自修复高分子等智能材料。

  在近年大热的清洁能源领域,该院开发了氢气纯化及分离膜技术、高压储氢气瓶技术、输氢管道评价技术、氢燃料电池质子交换膜技术、第三代太阳能电池材料等清洁能源技术。

  此外,该院还开展甲烷氧化偶联直接制乙烯(OCM)、人造木材、二氧化碳综合利用等前瞻技术研究,以期为化工新材料的未来发展奠定基础。

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北化院太阳能材料评价示范装置。


  纵观历史,北化院成立以来的65年,也正是新中国现代石油和化学工业从无到有、从小到大、从弱到强的65年。北化院既是这个历程的亲历者、见证者,更是参与者、推动者。助力国家能源安全、高质量发展和创新发展,是北化院一以贯之的使命。该院将继续关注以“材器用”为核心的应用研究,努力推进高水平科技自立自强和关键核心技术自主可控,为实现中国式现代化贡献科技力量。

  (图片由北化院提供)

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