我國非晶態合金催化劑和磁穩定床反應工藝開發成功

2021-01-10 中國政府網

    新華社北京1月22日電(記者齊中熙)2006年1月9日,在北京召開的全國科學技術大會上,中國石化石油化工科學研究院歷經二十年研製開發的「非晶態合金催化劑和磁穩定床反應工藝的創新與集成」項目,榮獲國家科學技術發明一等獎,創造了石化領域科技自主創新的又一個範例。

    專家介紹說,非晶態合金催化劑和磁穩定床工藝技術的開發成功是多學科、多技術領域交叉和集成創新的結果,使我國在化工產品加氫精制技術領域實現了跨越式技術進步,在國際學術和技術前沿佔有一席之地,每年為中國石化創造4000萬元左右的直接經濟效益。

    近80年來,國內外化工生產企業一直廣泛使用由美國人雷尼發明的並以他命名的雷尼鎳加氫催化劑。目前,我國每年消耗達1萬噸。多年來,這種催化劑的加氫活性基本維持在原有水平,製造過程汙染環境,應用於釜式反應器中反應效率低的缺陷一直未能得到根本性的改進。因此,從催化劑材料角度將雷尼鎳晶態合金的科學知識基礎轉移到非晶態合金,使其性能產生質的飛躍並開發出與之配套的反應工程技術具有非常重要的意義。

    專家介紹說,20世紀80年代初,非晶態合金已工業應用於磁性材料、防腐材料,但用於催化劑國外只有一篇非晶態合金催化材料性質的研究論文。雖然非晶態合金的催化活性高於相應的晶態合金材料,但由於始終未能突破其熱穩定性差和比表面積小的技術難點,因此非晶態合金催化劑在國內外未能工業應用。

    磁穩定床是一種新的反應工程技術,它是以磁性顆粒為固相、在均勻磁場下形成的特殊床層形式,兼具固定床和流化床的優點,可以大大強化反應過程。作為世界上著名的石油公司,美國埃克森公司在20世紀60年代就將磁穩定床作為其導向性基礎研究領域進行研究,國內一些研究機構、高等院校也陸續開始對磁穩定床技術進行了研究。但他們的研究體系主要是磁性材料與空氣的氣固反應。

    上世紀80年代中期,在閔恩澤院士的帶領下,石科院先後調集了一批青年博士研究生及有關科研人員組成研究團隊,在中石化生產企業和高等院校的協作下,開始進行非晶態合金材料和磁穩定床反應工程技術的基礎研究,力圖通過解決非晶態合金材料比表面小、熱穩定性差的缺陷,將其開發成實用催化劑,代替雷尼鎳;同時,結合非晶態合金的磁性和低溫催化性能,開發磁穩定床反應工程技術。通過催化材料和反應工程的創新和集成使傳統的雷尼鎳催化劑加氫技術轉移到新的科學知識基礎上,實現了跨越式發展,並取得重大經濟和社會效益。

    研究人員通過反覆探索、研究和試驗,製備出了熱穩定性好、比表面積大的非晶態合金催化劑,從而攻克了非晶態合金做實用工業催化劑這一難題。又經過大量探索,發現非晶態合金優異的低溫加氫活性和磁性正好滿足磁穩定床加氫新工藝的要求,與磁穩定床反應器優異的傳質性能相結合,不僅可以使磁穩定床反應器發揮其優越性,同時使非晶態合金催化劑有了新的用武之地。

    通過對不同工藝流程的試驗研究對比,對某些加氫反應過程與傳統固定床反應工藝相比,加氫產品的質量大大提高,催化劑耗量可降低七成左右,空速提高了5至10倍,反應器體積僅是同處理量常規反應器體積的五分之一。因而具有降低操作費用、減少投資成本、強化反應過程的巨大效益。

    通過工業側線試驗,建立了磁穩定床反應器數學模型,為磁穩定床反應器的工業化放大奠定了基礎。進而建成了240kt/a的磁穩定床己內醯胺加氫精制工業裝置,在世界上首次實現了磁穩定床反應器的工業化應用,標誌著中國石化在此項技術領域的研發水平已居於世界前列。

    20年的研究開發終結碩果,在項目研發期間,共形成45項國內外專利,建立了比較完整的自主智慧財產權保護網。

    據石科院負責人介紹,目前,科技人員正在實驗室大力開展利用此項技術應用於替代燃料生產和石油化工其他過程的基礎探索研究,可以肯定,非晶態合金催化劑和磁穩定床反應工藝技術將成為中國石化的一項重大專有技術。(完)

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