推动我国石油树脂产业向全球价值链高端跃进
2015年2月,年味还未散去,大多数人们还沉浸在假期的欢愉之中。而在河北启明化工科技有限公司的石油树脂工业生产线上,我国首套年产万吨的石油树脂连续催化加氢生产氢化树脂装置正在紧张的高速运转,公司总经理田建荣、大连理工大学梁长海教授、天津大学许春健教授在现场一遍一遍地视察装置的运行情况,和现场工人、技术人员不断沟通,他们紧紧盯着生产线上的产品采集器,盼望着可能改写氢化石油树脂产业历史的一批产品能够成功下线。“这批石油树脂的色泽真好!”伴随着员工们的一声声惊叹,生产线上,一批无色、无味、高附加值、耐光热性能好、电绝缘性优良、溶解性好的C9氢化石油树脂产品终于正式下线。
(左:传统石油树脂,右:优质加氢石油树脂)
这就是大连理工大学盘锦校区科研与学科工作部部长、石油与化学工程学院教授梁长海携团队开发的优质氢化石油树脂。仔细对比市场上的传统石油树脂,我们可以发现,它们的色泽更加透明,通透性更加完善,用手轻轻触摸,会感觉到它们的触感更加润泽、稳定。据梁长海教授介绍,“这批C9氢化石油树脂具有良好的增粘性、相容性和光热稳定性,是热熔胶和压敏胶等胶黏剂中不可缺少的组分,它们可以广泛应用于卫生用品、食品包装、书刊装订等行业。”
多年来,梁长海教授团队瞄准市场需求,执着于填补国内空白的信心,针对 C9石油树脂催化加氢过程中反应条件苛刻、胶质多以及杂质高等关键技术难题攻关,开发了高活性且耐毒的加氢催化剂和加氢工艺,并以此为核心技术牵手天津大学、河北启明化工科技有限公司进行多方产学研合作,最终实现了工业化,所得C9氢化石油树脂的性能、质量及经济指标大大优于进口的国外同类产品,填补了我国加氢石油树脂产品的空白。
中央政治局常委、国务院总理李克强在2014年度国家科学技术奖励大会上的讲话中曾强调:“必须依靠科技创新,才能有力推动产业向价值链中高端跃进,提升经济的整体质量。我国已到了必须更多依靠科技创新引领、支撑经济发展和社会进步的新阶段。”这对于多年来积极推动产学研合作、积极以服务国家和社会经济建设为己任、积极打造科技创新优势平台的大连理工大学而言,无疑是巨大的鼓舞。而作为大连理工大学众多科研团队中的一支,梁长海教授团队多年来致力于科技创新研究工作,对氢化石油树脂核心技术悉心研发,最终实现了C9氢化石油树脂的工业化,为我国石油树脂产业的科技革命和在世界范围内抢占石油树脂产品制高点打下坚实的基础,进一步推动了我国石油树脂产业向全球价值链高端跃升的前进步伐。
立足产业需求,十年铸剑创新催化技术
加氢石油树脂主要用于胶粘剂行业,当前,这一市场长期以来被进口产品占领。我国对石油树脂的研究起步较晚,随着我国一些石油化工企业相继建立起了石油树脂的生产装置,石油树脂的生产量得到逐步提升,但尚不能满足国内要求,同时由于生产工艺落后,石油树脂的色泽较深、热稳定性差,因此,使用范围及其受限。以2013年为例,我国的石油树脂产品进口总量为7.9万吨左右,其中绝大部分为加氢石油树脂,换而言之,目前我国国内加氢石油树脂的产量每年仍有6-8万吨的缺口。
“加氢石油树脂有C5和C9等不同的种类,目前我国C5氢化石油树脂生产现状比较可观,但作为工艺更复杂、反应条件更苛刻、应用范围广泛的C9氢化石油树脂来说,目前国内的生产能力还很弱。石油树脂加氢工艺在国外是70年代开始的,目的是加氢饱和树脂中的双键并脱除树脂中残留的卤元素,这样可以大大改善其色相和光热稳定性,从而生产出用途更加广泛的浅色石油树脂。C9氢化石油树脂重点在于如何进行加氢,当前,加氢反应需要氢的成本较高,工艺也很复杂,因此很多产品很难大批量生产。”梁长海教授说:“石油树脂加氢,是一种制备高档树脂的方法,它属于树脂加氢技术领域,而如何使成本更低,加氢效率更高,工艺更完整,产品性能更优越是我们需要努力的方向。当氢与其他化合物相互作用反应时,通常是在催化剂存在下进行的,在这个过程中,加氢催化剂发挥极其重要的作用,因此,研制一种高效的催化剂是解决问题的关键。”
(梁长海教授团队在大连理工大学盘锦校区化工实验中心)
梁长海教授团队自2006年起便致力于催化剂技术的研发工作,十年如一日,先后经历了催化剂研发和优选、催化剂性能评价、催化剂寿命评估和中试试验四个阶段,在催化剂研发和优选阶段,梁长海教授团队通过高压釜式反应小试实验优选和改进催化剂,然后通过高压固定床小试实验进行催化剂评价,得到了色泽水白且软化点降低10%左右的氢化石油树脂,再通过催化剂寿命评价,最后,通过中试解决工程化放大问题,为完善工业装置设计夯实基础。梁长海教授团队于2013年在大连理工大学盘锦校区化工实验中心组建了高压固定床中试装置,该装置具备精密的控制系统,完成了开车模拟和员工培训,获取了与工业装置同品质的产品供客户评价。经过长期的悉心钻研,上千次的试验和长达几万小时的技术研发,梁长海教授团队通过组建这一完整的设计体系和评估体系,使得催化加氢制得的树脂样品软化点稳定在97℃-103℃和107-113℃之间,色泽水白透明,其热稳定性大大优于国内外大部分氢化石油树脂,为工业化提供了坚实的理论基础和技术根基。
团队优势互补,快马加鞭提速工业化进程
“提高自主创新能力,建设创新型国家”是我国近一个时期以来发展战略的核心,而“大众创业、万众创新”理念的提出更对加快建立以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系提出了新要求。
为了引导和支持创新要素向企业集聚,促进科技成果向现实生产力转化,梁长海教授团队以加氢催化剂为核心技术,联合天津大学许春健教授团队共同进行了工业化体系的建立,并以此申请了国家发明专利,该专利于2012年4月得到了国家知识产权局的批复。校际之间的合作打通了技术理论与实践生产的快速通道,而作为主营高新技术产品的河北启明化工科技有限公司采用了大连理工大学梁长海教授等开发的石油树脂催化加氢生产氢化树脂的技术,于2013年1月正式启动工业装置的设计蓝图;2013年8月,工业装置开始施工,前后共投资 1.2亿元建成了我国第一套15000吨/年的石油树脂连续催化加氢装置,并于2015年2月顺利投产运行,预计年生产总值2.2亿元,年产C9氢化石油树脂和C5/C9共聚氢化石油树脂共计1.5万吨,这将填补国内C9氢化石油树脂和C5/C9共聚氢化石油树脂产业的空白。
梁长海教授团队李闯博士在采访中指出:“这项科研成果的创新,得益于梁长海教授敏锐的科研思维和市场眼光,得益于整个团队进行科研合作攻关所付出的艰辛努力。” 梁长海教授在接受记者采访时也表示:“各方面通力合作完成了催化剂的开发和工程化实施,在催化剂开发阶段,我们坚持步步推进,以坚实的理论基础为产品工业化顺利实施提供重要保障,而工程化建设的稳步推进,目标就是尽快为客户提供优质产品,填补我国在加氢石油树脂生产领域的空白,使我国尽早脱离依靠进口产品的现状,这是我们做科研的人一直以来所追求的理想。”
优化产学研体系,以技术革新向更高水准工业化提升
作为一所高水平研究型大学,多年来,大连理工大学广泛开展基础研究,积极拓宽高新技术产业研究领域,充分利用优势学科平台推动校企、校际间的合作,为我国相关科学技术领域实力的提升做出了应有的贡献。梁长海教授团队便是这样一支拥有国际化视野、立足提高我国相关产业工业化水准、以坚实的理论基础和实验基础服务社会和地方经济发展建设的高新技术团队,天津大学许春健教授表示,“梁长海教授研发的催化剂是整个加氢石油树脂工业化体系得以建立的核心,如果没有催化剂,后续的工业装置就无从建立。” 河北启明化工科技有限公司董事长田建荣在接受采访时也指出:“随着社会主义市场经济的不断深化和日益完善,科学、生产、服务三者之间的关系更加紧密,相互之间依赖和需求也空前增强。因此,借助学校的科研实力,推进企业的科研攻关,最终实现双方共赢发展,实现科学技术的产业化、社会化服务,是我们最希望看到的愿景。就像这次加氢石油树脂的成功产业化,没有梁长海教授团队所研发的催化加氢技术,也就没有这个高新技术企业今天的发展,一家企业想要实现工业化的成功,提高市场占有率,彻底打通客户资源,就必须立足国家现阶段的产业需求和市场需求,就必须要依靠产学研合作机制的建立。”
目前,我们利用催化加氢技术初步实现了C9石油树脂、C5石油树脂及C5/C9共聚石油树脂的加氢精制提质,以市场上的色泽深、味道重的低端石油树脂为原料,加氢精制成为无色、无味、高附加值的氢化石油树脂产品,这是一个很好的开始。但田建荣董事长也表示:“这次加氢石油树脂工业化的成功,是我们进一步放眼全球,进一步提高加氢石油树脂工业化水准的基础,在未来,加氢石油树脂的产业化需要更进一步的提高。众所周知,科学技术是第一生产力,因此,任何高新技术产品的工业化都需要科技的支撑,更需要像大连理工大学这样的国家重点高校的优秀科研团队的支持。” 而梁长海教授这样说到:“‘力争使科学为生产服务、为社会服务、为人民服务’是一个科研人应该具备的素养,也是一所优秀的大学应该肩负的责任使命。”
2015年5月6日,《科技日报》头版刊发了大连理工大学梁长海教授团队科研成果的报道,题为《我国成功生产高质氢化石油树脂》,这是中央新闻媒体对梁长海教授团队历经数年潜心研究,以坚实的理论基础做为实践的根基,以扎实的实验设计优化催化剂选择,以高瞻远瞩的视野联手企业和兄弟院校,最终顺利实现加氢石油树脂工业化的最大鼓舞。如今,梁长海教授团队还在进行第二阶段的技术推进,在加氢石油树脂需求量日益增长的今天,期待他们以更加深入的技术革新向着石油树脂产品更高水准的工业化进程迈进。