大胆创新 捅破天际

  我国近代化学工业的起源,始于打破西方“洋碱”“洋油”垄断的伟大探索。在那战火纷飞、物资匮乏的年代里,一批立志报国的实业家们通过艰难的自主创新,建立起独立自主的民族化学工业体系,为国家富强与赢得民族尊严贡献了产业力量。

  改革开放和市场经济时期,化工行业同样涌现出一批勇闯无人区和禁区的自主创新典范。他们攻克一个又一个技术难关,攀登一座又一座研发高峰,解决一个又一个“卡脖子”问题,凭借自己的力量引领和推动产业发展,为世界化学工业的科技进步作出了中国贡献。

  这种以创新为利器,敢为人先、不甘人后的拼搏进取精神;不但善于破坏一个旧世界、也善于建设一个新世界的开拓创造精神;勇于挑战垄断与权威、敢于突破世俗禁区的自我超越精神;以及为了国家利益和人民需求舍身忘我的自立自强精神,被称为“捅破天”精神。而下面要讲的三个故事,便是发扬“捅破天”精神的典范。

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万华化学老厂区,原总裁丁建生在第一条MDI生产线前介绍创业往事。

  打破MDI生产“黑匣子”

  上世纪70年代的中国,还是一个踩在布鞋上的国度。为解决10亿人民的穿鞋问题,国务院决定成立烟台合成革厂,从日本引进生产线。深知当时买鞋之难的李先念副总理在项目批示中说:“应当把它作为重点建设项目, 因为人们太需要了。”这家工厂,就是万华化学的前身。

  为解决合成革生产过程中的原料问题,万华配套引进了年产1万吨MDI生产装置。该装置的技术水准停留在上世纪60年代,但日方仍在转让合同中约定:仅转让操作规程,不转让核心技术。引进的这批装置售价不菲——合成革项目引进的3套设备价格超过人民币2.2亿元,加上公用工程投资,总概算4.6亿元,相当于当年国家财政收入的千分之四。

  为什么MDI装置转让价格如此昂贵?因为自20世纪50年代工业化生产以来,世界MDI生产技术长期由德国巴斯夫、拜耳及英国的帝国化学、美国的道化学等跨国公司高度垄断封锁,严格限制向其他企业转让。我国当时没有技术,没有话语权,只能被动挨打。

  然而,由于不掌握核心技术,日本引进的MDI装置建成后一直无法稳定运转,经常一个月停车三四次,项目历经10年都未达产。为摆脱困境,万华又把目光转向欧美跨国公司,但均被回绝。一家跨国公司曾表示,如果万华拿出中国市场调研报告,就考虑合作。然而,当万华人真诚奉上跑遍大江南北得来的调研成果后,对方看到了中国市场的巨大潜力,决定自己单独在中国建厂。

  历时数年的技术引进经历,让万华人备尝屈辱。他们由此得出一个深刻教训——核心技术是引进不来的,自主创新能力是买不到的,一定要自己研发技术,将命运掌握在自己手里。

  1993年,万华正式成立技术攻关小组,开始自主创新之路。前所未有的嘲笑也跟着来了:“中国人开发MDI?开玩笑,根本不可能成功。”

  万华人并没有气馁。没有科研队伍,他们就委托国内高校定向培养,培养一个人出3万元;不知道国外设备如何运行,他们就在管道、阀门、温度传感器及投料比例之间苦苦探求,终于对几十万个零部件了如指掌;工艺流程和化学反应方面,他们借助高校的计算机经过无数次模拟实验,终于掌握了部分技术。

  1995年,万华MDI年产量首次突破1万吨,并于1996使年产能达到了1.5万吨,标志着万华初步消化了日本引进装置技术,打开了这个神秘的“黑匣子”。在此基础上,万华继续推进MDI制造技术自主创新, 先后投资1500万元,在光气化制造、DAM制造、粗MDI制造和粗MDI分析与精制等重大关键技术方面取得突破,创造了中国MDI行业的奇迹。

  1998年,万华连续精馏装置投料试车成功,跨国公司解决不了的残液变成了合格产品。也在这一年,万华把集团优质资产剥离出来,将MDI分厂改制为烟台万华化学聚氨酯股份有限公司,从制度上确立起以技术创新为核心的发展理念。

  1999年,万华光化增容系统改造完成,MDI产量突破2万吨;2000年,4万吨/年MDI制造技术通过专家论证,产品质量基本达到国际先进水平,标志着我国完全打破跨国公司的垄断封锁,成为世界第四个拥有MDI制造技术自主知识产权的国家。

  经过40多年的艰苦奋斗,万华成为中国化工产业创新发展的一面旗帜。手握异氰酸酯制造技术自主知识产权,企业逐步发展成一家全球化运营的化工新材料巨擘。

  2018年6月,在山东考察的习近平总书记来到万华烟台工业园。得知企业走出一条引进、消化、吸收、再创新直至自主创新的道路,总书记十分高兴,鼓励企业一鼓作气、一气呵成、一以贯之,朝着既定目标奋勇向前;要坚持走自主创新之路,不断在关键核心技术研发上取得新突破。

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蒲洁能化公司DMTO装置一角。

  实现DMTO工业化“零”的突破

  我国的资源禀赋呈现“多煤少油缺气”的特点。自1993年首度成为石油净进口国以来,我国石油对外依存度由当年的6%一路攀升,2009年突破50%的警戒线,2020年升至73%。国内原油消费和产量增速差距越拉越大,石油供需矛盾愈发突出。

  乙烯和丙烯是基本有机原料,其生产技术严重依赖石油资源。以煤或天然气为原料,经由甲醇生产乙烯、丙烯,可利用我国相对优势的煤资源部分替代石油,是实现能源多元化、保障能源战略安全的重要举措。因此,中科院大连化物所从20世纪80年代开始,就围绕甲醇制烯烃(DMTO)催化剂和工艺技术进行了长达30多年的创新研发。

  但此前很长一段时间,国际原油价格处于较低价位,最低时每桶10美元左右。与石油制烯烃相比,煤炭制烯烃的工艺成本太高,国家和企业发展该项目的意愿不强。“那时我天南海北四处寻找实验经费,盼望与企业联合开发,只求合作,不求回报。”中国工程院院士、中科院大连化学物理研究所所长刘中民回忆说,但是,当时几乎没有企业对这项技术感兴趣。

  转机出现在1998年,时任中科院院长的路甬祥院士到大连化物所考察。借座谈会之机,刘中民将准备好的报告递到了路甬祥手里,希望中科院能继续支持这项技术的研究。报告递上去了,已经视“被拒绝”为家常便饭的刘中民本没抱太大希望。但不久,中科院来了通知,由院里资助刘中民团队100万元,用于甲醇制烯烃的进一步研究。这100万元资金,让刘中民团队对生产工艺做了细化和完善。

  然而,DMTO技术要实现工业化应用,需进行万吨级工业性试验,以取得设计工业化装置的基础数据。建设并运行一套工业性试验装置,需要少则五六千万元、多则上亿元的资金投入,这成为横亘在团队面前的一座大山。2004年,陕西省抛来了“橄榄枝”,他们希望凭借丰富的矿产资源,利用大连化物所开发的DMTO中试技术,合作进行工业性试验。

  2004年,总投资8610万元、年处理甲醇能力1.67万吨的DMTO工业性试验装置在陕西华县开工。技术团队在华县化工厂安营扎寨,开始了至关重要的大型试验。作为技术总负责人,刘中民最担心的是安全。他感慨说:“面对全新的装置、全新的设备、全新的流程,哪个环节出了严重问题,以后就再没机会做了。”

  在装置建设和试运行的700多个日日夜夜里,刘中民几乎每晚都睡不踏实,每过一会儿就爬起来看看装置上的火炬是否还亮着。那时,华县化工厂附近有个采石场经常放炮,有时半夜听到“哐”的一声,刘中民都会从床上弹起来。

  整个工业试验期间,刘中民团队先后有20多人在华县试验现场奋战了8个多月。其中,十几人长期坚守那里,每天都到现场和操作人员、技术人员一起观察试验运行情况,发现并及时解决问题。

  在各方团队的共同努力下,2006年,DMTO工业性试验宣告成功。中国石油和化学工业联合会组织了科技成果鉴定,专家认为:该工业试验装置是世界上第一套万吨级DMTO工业化试验装置,规模和技术指标处于世界领先水平。

  华县DMTO工业化试验的成功,引起了广泛关注。几乎同一时间,国外某MTO专利商在神华集团包头煤制烯烃项目前期技术方案选择中展开了自身实验室技术成果的推销,并进入了工艺包引进阶段,已在相当程度上赢得了不少技术专家的认可。但同时,高昂的技术转让费也像一块巨石般压在了国人胸口上。

  大国重器,只有把核心技术掌握在自己手中,才能真正掌握竞争和发展主动权。在时任国家能源局局长张国宝的促成下,DMTO团队一次又一次奔赴神华集团,主动介绍DMTO技术工业试验成果、工艺包开发与设计情况。2006年,国家发改委核准神华集团在包头投资建设DMTO项目。经过多轮谈判,2007年9月,大连化物所、洛阳工程公司、陕西新兴能源科技有限公司三方代表与神华集团签订了60万吨/年DMTO技术许可、工艺包设计和技术服务合同。这是世界首套煤制烯烃技术许可合同,标志着DMTO技术从前期的万吨级工业性试验,向日后的百万吨级工业化生产迈出关键一步。

  2010年,DMTO装置在包头一次投料试车成功。这次开工非常顺利,装置运行平稳,甲醇单程转化率100%,乙烯和丙烯选择性大于80%,反应结果超过了预期指标。

  随着神华包头项目正式进入商业化运营,我国率先实现了DMTO核心技术及工业应用“零”的突破,催生了煤化工产业的迅速发展。截至2020年底,DMTO已累计实现技术许可31套大型工业装置,烯烃总产能2025万吨/年。

  按照“转化一代、开发一代、前瞻一代”的策略,如今刘中民正带领团队积极研究DMTO第三代技术,以持续巩固我国在煤制烯烃技术领域的领先地位。

  “应用研究,其关键价值在于实验室成果向现实生产力的转化。我们要立足于国情,做对国计民生有用、对改变国家命运有用的项目。这就是所谓的使命感。” 刘中民如是说。

  起步于落后羸弱,致力于创新强盛,通过100年的接力长征,中国石油和化工产业的追赶超越依然在路上。创新、突破、自立、自强,不忘初心与传统,以“捅破天”精神为心之翼,带领我们朝着世界石化强国的光荣梦想奋进翱翔,上可告慰先人,下可启迪未来。

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图为东岳集团离子膜生产线

  为氯碱工业装上“中国心”

  全氟离子交换膜,是一种特殊的阳离子选择性透过膜,是氯碱工业最核心的技术材料。其薄如蝉翼,重量不过几钱,分量却“重如泰山”,被业内专家称为含氟高分子材料皇冠上的明珠。

  我国是全球第一氯碱生产大国,但所需离子膜却曾100%依赖进口,行业安全运行的“命门”被卡在他国手中。当时,全世界只有几家国外公司掌握此项技术,并对其他国家实行技术封锁,导致全氟离子膜价格昂贵,每平方米进口价近万元。氯碱装置每两年就要换一次膜,每次换膜费用高达数千万元。有人因此戏言,“整个中国氯碱工业都在为国外的离子膜打工”。

  从1980年开始,国家组织离子膜攻关。这张膜,先后被列入国家“六五”“七五”计划,有关部门曾组织多家科研机构、大专院校和企业进行攻关。“全氟离子膜是个国家级难题,曾被列为化工部十大科技难题之首,列入3个‘五年计划’开展攻关都没有攻下来,后来试图买外国技术,也没有成功。”原化工部副部长、石化联合会原会长李勇武回忆说。

  有一家企业2003年毅然接过了研发离子膜的重任。这家企业,就是东岳集团。

  东岳研发离子膜的过程,是一段民营企业承担国家重大难题、打破国外垄断的佳话;更是一次中国企业勇攀世界科技高峰的艰难探索。但一开始,这个举动并不被看好。在2003年底科技部组织的专家项目论证会上,一位专家当众质问东岳董事长张建宏:“举国之力都完成不了的科技攻关项目,你一个民营企业能干得了?”张建宏一言未发,却在心里暗暗下定决心——要为东岳的明天而战,为国家而战。

  尽管饱受质疑,事情还是有了转机。为慎重起见,专家论证会后,科技部派出调研组到东岳进行现场考察。2004年1月,东岳离子膜项目成为科技部当年紧急启动的两个国家“863”重大项目之一,另一个是非典疫苗研发项目。

  与上海交大联手,是东岳发展史上重要的选择。然而,离子膜的攻关异常艰难。从一块普通萤石开始,到能够满足氯碱生产选择性要求的离子膜,中间要经历氢氟酸、四氟乙烯、全氟磺酸单体和树脂、全氟羧酸单体和树脂,再到全氟离子膜的过程,需要进行几十步复杂反应和分离。正如东岳首席科学家张永明所说,全氟离子膜全工艺生产线摆起来有几千米长。

  研发和产业化头绪繁杂,工作量太大,不确定性太多,一个个技术难关就象一座座难以翻越的大山。张永明数不清自己在实验室度过了多少个不眠之夜。有时助手们熬不住回去休息,他就一个人在实验室,用数据证实一瞬间的灵感。有一次,实验室着了火,他的上衣被烧了好几个洞。第二天,课题组同事到单位看见他的衣服,才知道前一天晚上发生了什么。

  现任离子膜技术总监王丽是东岳离子膜项目研发团队中的一员。当问起她的研发经历,她没有惊人之语,只说自己年复一年、日复一日总在一遍遍摸索实验条件,一次次改变反应路径,一点点提高收率。她早已记不清自己做了多少次尝试,实验失败了多少回,以至于最后的成功在她看来就是“水到渠成的事”。

  走自主创新之路,是一项系统工程,需要多方努力、协同推进。在国家“十一五”、国家“863”等重大科技项目和山东省高新技术一号工程的支持下,在东岳人不服输精神的鼓舞下,经过8年艰难攻关,离子膜终于研发成功。

  2009年9月22日,是值得东岳人铭记的日子。这天凌晨2点,1.35米×2.65米工业规格的全氟离子膜在东岳集团成功下线。当看见离子膜缓缓走下生产线,现场所有人眼里充满了喜悦的泪水,他们的希望和期待从未如此清晰——氯碱用全氟离子膜向产业化迈出了关键一步。

  2010年6月30日,东岳离子膜成功应用于万吨生产装置。自此,我国氯碱工业有了“中国芯”,30年来受制于人的历史被彻底改写。该项目圆了几代化工人的梦想,为国家争光,为民族争气,开创了氯碱用离子膜国产化新纪元。

  在东岳离子膜产业化和工程化应用期间,胡锦涛、李克强、温家宝等中央领导同志先后视察东岳,亲自察看离子膜研发和生产现场,对东岳离子膜打破国外垄断、为国家作出的贡献给予高度评价。温家宝同志视察后说:“东岳走的是新环保、新材料、新能源之路,大有发展前途,我们要予以重视、培育和支持。”李克强总理在视察东岳后的会议上说:“东岳集团自主创新,打破垄断,长了民族志气。”胡锦涛同志视察离子膜生产现场时说:“你们在这个领域为我们国家填补了空白,打破了国外技术垄断。希望大家继续努力,走在世界的前列!”

  (图片均为资料图)

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