波特膜科技:创新就得敢啃硬骨头

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波特膜科技主楼

  6月的冀中平原烈日如火。河北自由贸易区(正定片区)内,波特膜过滤与分离技术(石家庄)有限公司(波特膜科技,简称波特)的金属膜过滤器与高效节能环保换热器项目建设,正在火热推进中。不久之后,全球4000多家大型石油和化工企业,将能从这个新生产基地采购到更有品质的金属膜工业元件和膜过滤系统。

  4000多家大型石油和化工企业,为什么都选择了波特?“瞄准瓶颈问题,在早期研发中就与下游用户协作,共同啃下硬骨头,让大家信任了波特,选择了与波特长期合作。”公司总经理张志超如此解释道。

  是的,在波特,高技术产品就是他们的根基。能在制药、锂电池电解液碳酸二甲酯(DMC)、多晶硅、精对苯二甲酸(PTA)、煤气化等众多行业中解决共性问题,且在国际技术竞争中占据主动的独门技术,是波特的致胜法宝。

  瞄准共性问题“啃骨头”

  “突出关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新,为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑”是党的十九大提出的明确要求。

  成立于2004年的波特,18年来一直都在瞄准行业关键共性问题。

  “我们只啃那些有前景的、能够解决行业痛点的‘硬骨头’。炼化的S-Zorb装置和FCC装置、柴油加氢装置、PTA装置,化工的己内酰胺装置、丙烯腈装置、双氧水装置,新能源的DMC装置、多晶硅装置、BDO装置,这些都是我们啃过的‘硬骨头’”。18年中,面对一次次的行业技术更替、一次次的行业产品结构升级,张志超和他的团队选择的是一条艰难却让人很有成就感的路。

  为什么偏偏要主动选择这样一条并不平坦的道路?“以高品质求生存,以高科技求发展,以高信誉拓市场是波特的宗旨。而高品质不光是指产品质量高,更要对合作伙伴发展有推动,要对产业发展迭代和赋能有贡献。”

  站在波特的产品展示厅我们可以得知:现代煤化工代表工艺MTO技术中波特参与了其中,新能源生力军氢燃料电池中气体扩散层专用技术以及锂电池电解液催化剂分离技术波特参与了其中;月宫一号生命再生循环系统的关键设备开发波特参与了其中……

  “化工行业最终是要为人民群众服务、为改善衣食住行服务。金属膜工业元件和膜过滤系统看似和生活很远,其实与我们服务的炼化行业以及煤制烯烃所在的现代煤化工行业还有新能源行业都是国家能源战略的重要组成部分,PTA所处的纺织产业链本身就是衣食住行中的‘衣’。我们选择了为化工行业服务,就要寻找瓶颈问题的破解之道。啃这样的‘骨头’才有意义。”张志超说。

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DMC行业的催化剂回收装置

  与DMC行业共同成长壮大

  在全球,DMC产品看中国,是行业的骄傲。在DMC行业,过滤系统市占率接近100%,是波特的骄傲。DMC联产丙二醇装置配套过滤系统的升级之路,可谓是波特不断追求创新、不断打破瓶颈的一个缩影。

  国内DMC行业开始起步的时候,普遍采用酯交换联产丙二醇主流工艺。但如何提高丙二醇的收率却一直令企业头疼。

  “DMC生产的一个核心工艺是酯交换,可偏偏酯交换环节中的催化剂过滤回收对DMC企业来说是个难点。从工艺上看,丙二醇的理论收率是84%,而传统采用板框过滤、离心或精馏蒸发的分离工艺收率仅75%左右,被催化剂分离拖了后腿。”张志超说,了解到这一情况后,他们立刻调集了专门的科研团队,对过滤问题进行攻关。可惜,当时DMC行业的利润不好,虽然2007年就开始了小装置试验,可直到2010~2011年才逐渐做了起来。“困难总是一时的,在多年的调研、实验、设计、调试基础上,我们的烧结金属过滤系统,让丙二醇的收率达到了83.4%。此后,DMC市场被我们牢牢占据。这么多年过去了,在DMC行业说起过滤系统,大家第一个想到的依然是波特。”

  随着过滤系统问题的破除,分离塔再沸器的使用周期不断延长,装置的能效不断提升,VOC和污水的排放量也随之下降。工艺的进步也让DMC装置的单套规模从初期的3000吨/年扩大到了现在的10万吨/年。

  碳酸二甲酯作为锂电池电解液,是新能源产业链上的重要一环。有人预测,到2025年,新能源汽车销量可能占到总销量的25%;到2035年,新能源汽车将成为新车销售的主流,占比达到60%。如果到2025年有500万辆新能源汽车,且仍以锂电池为主,仅动力电池到时的电解液年需求就在30万吨。市场是最好的驱动力,在传统酯交换法DMC工艺外,尿素两步法DMC制备技术在酯交换法的基础上,用尿素代替了环氧乙烷或环氧丙烷,近来也受到关注。“我们已经与华东理工大学、山西煤化所开展合作,对尿素法DMC制备技术进行探索,并已有工业化项目开始运行。波特希望能在更多的DMC工艺上,提供适用的高收率、低排放技术。”张志超说。

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PTA行业的母固回收系统

  增加PTA工艺比拼砝码

  2020年行业会议给出的数据显示,我国PTA的有效年产能已达6500万吨。加上恒力惠州项目、逸盛石化宁波项目、桐昆石化南通项目等在建项目,新增规划年产能至少还有1750万吨,中国已经成为名副其实的PTA全球生产中心。

  “PTA行业现在比拼的内容已经发生了变化,变成了产品质量控制、运行成本、单位产品排放量以及资金链的比拼。在PTA生产中,CTA(粗对苯二甲酸)/PTA中母固回收处理,也是关键的一环。波特提供的技术恰恰就是针对这一环节的。”张志超说。

  时间倒回10年前。那时,不仅PTA的工艺包,连阀门、仪表等都需要使用进口产品。张志超问团队,能不能在波特擅长的过滤环节实现赶超?大家要敢想敢干。这才有了大连恒力一期项目中波特技术的应用试验。

  “PTA是对二甲苯(PX)在醋酸钴或醋酸锰催化剂的作用下,发生的均相反应。在PTA装置规模只有30万吨的时候,进行钴锰催化剂的分离回收,从经济上来看,代价还是比较大的。2010年,恒力集团宣布成立恒力石化(大连)有限公司,上马3套250万吨/年装置。CTA/PTA母固回收技术和R2R/CRU技术是波特的强项。我们感觉,机会来了。因为百万吨规模和技术的更替让装置中醋酸钴/锰催化剂回收具有了经济可行性。”张志超回忆道。

  催化剂回收单元的引入,工艺核心让醋酸钴/锰先转换成碳酸钴/锰沉淀析出后循环利用。这样,应用波特开发的催化剂分离与回收技术,95%的醋酸钴/锰催化剂得到了回收利用。2011年,这一技术在恒力大连PTA一期项目上开始试验,2012年正式开车工业化应用。PTA企业赢得更大的利润空间变成了可能。

  恒力大连二期、恒力惠州、逸盛石化等国内项目纷纷采用波特的母固分离和催化剂分离与回收(CRU)技术进行CTA母固回收以及催化剂的回收和循环利用。波特由此一举打破了国际垄断,成为继美国MOTT公司之外,第二家可以提供这一技术的企业。在不断对这一技术进行优化后,波特的技术水平逐步达到了国际先进水平。在极少数跨国公司垄断的大型炼化技术市场中,赢得了认可和尊重。

  “其实,这一技术不仅适用于PTA生产,在精细化工领域具有更广泛的应用空间,特别是在化学制药领域。这些领域的产品附加值高,哪怕是提高一个百分点的产品收率,都会给企业带来可观的经济效益,同时还能降低废水中的COD,增强塔器的节能效果,大大提升企业的环保水平。这些领域的应用推广,也已经悄然提速。”张志超说。

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MTO行业急冷水过滤系统

  为煤化工自主技术添彩

  现代煤化工是中国的特色产业。作为龙头的煤气化技术,其水平直接关系着整个煤化工产业的发展。能否长周期连续稳运,更是直接决定着项目的盈亏。

  “输煤系统也可能导致煤化工装置停车,这个是否会想不到?一般检修一次要15~20天,至少花费3000万~4000万元,一年检修两次,就不挣钱了。”张志超简单算了一笔账。“在粉煤加压气化过程中,波特要干的就是在粉煤充气流化和过滤的过程中,保证煤粉通畅顺利加压进入气化炉,尽量辅助延长气化炉的‘安、稳、长、满、优’,为企业增加效益。”

  锁斗排气过滤器、锁斗充气锥、充气器是波特为煤气化技术开发出的“三件套”配套技术。“比如,沧州正元2套航天炉应用了我们的技术,使用寿命从8个月提高到了2年。这种既有强度又有通量的加强型、长寿命锁斗排气过滤器,对目前广泛应用的壳牌炉、航天炉、科林炉、宁煤炉、GSP炉、SE东方炉全部适用。” 张志超举例说。

  在5条现代煤化工路线中,煤制烯烃是最具代表性的自主技术。除了气化环节,余热利用环节,波特也贡献了自己的技术力量。

  “急冷水过滤系统的余热要利用,为再沸器供热。若有C₉+组分存在,催化剂过滤就会成为难题。当年引进的急冷水过滤技术是基于催化裂化的FCC 油浆过滤来做的,用在煤制烯烃上没能成功。而正是引进技术的水土不服,给了波特深度参与煤制烯烃自主技术研发的契机。”张志超说。

  在对煤制烯烃工艺进行深度了解后,波特对影响因素进行了数字化分析和建模,从理论分析开始进行攻关,对无机膜种类的选择、开孔率等进行了大量筛选试验。功夫不负有心人。在大连化物所刘中民院士、中石化洛阳工程有限公司首席专家刘昱等的支持下,波特的新技术在小试、中试后,迎来了工业化大考的成功。宁波禾元(富德)项目2013年试验成功、2015年一次开车成功,延长中煤榆能化2017年一期项目、2020年二期项目成功应用 ……在DMTO技术领域,波特技术一次次得到了验证。在UOP—MTO技术领域,波特技术也于2018年阳煤恒通项目一次开车成功,2019年在诚志股份二期项目应用成功。煤制烯烃的两种主要工艺中,波特技术都取得了成功,让急冷水过滤系统在运行周期上做到了和装置运行周期同步,为装置的长期稳运创造了条件。

  “18年中,我们与合作伙伴一起攀过了几个技术难题的山峰。可技术升级是无止境的,今后我们还是要寻找产业中的技术短板,在大量进口的产品和引进技术主导的领域,分析领军者的技术动向、洞悉技术趋势,从瓶颈问题中找寻自己的下一步研发方向。让波特这棵大树有更多的高技术产品根基、更多的解决方案枝叶,让企业在破解更多行业技术共性问题中为合作伙伴创造更大的价值。”张志超说。

  (图片由企业提供)

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