在中國的石油化工領(lǐng)域，有一項體現(xiàn)了中國裝備制造業(yè)水平的技術(shù)，即中國石化科技工作者歷經(jīng)四十年開發(fā)成功的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的芳烴成套技術(shù)。該技術(shù)日前已獲得一家國際著名石油公司的青睞，即將走出國門，在“走出去”“一帶一路”建設(shè)方面成為“搶手貨”。
四十年磨一劍
芳烴，包括甲苯、對二甲苯（PX）等，是重要的基礎(chǔ)化工原料。我們衣食住行的方方面面都離不開它的貢獻(xiàn)，例如我們穿的衣服、坐的汽車、食品藥物飲料包裝、用的各類塑料等等都和芳烴有關(guān)。中國石化石油化工科學(xué)研究院副總工程師吳巍告訴《中國科學(xué)報》記者，石油化工基礎(chǔ)原料主要有兩大分支：一是烯烴，一是芳烴。芳烴衍生產(chǎn)品的種類非常多，在已知的800多萬種有機(jī)化合物中，芳烴類化合物約占30%。
芳烴成套技術(shù)是系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)密集型的高端技術(shù)，是代表國家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志性技術(shù)。此前，全球僅有兩家國外著名公司掌握芳烴成套技術(shù)，形成事實上的技術(shù)市場壟斷。
據(jù)吳巍介紹，芳烴成套技術(shù)因為系統(tǒng)集成度高、開發(fā)難度大，因而有很高的技術(shù)壁壘，技術(shù)許可和專用吸附劑、催化劑等費用也極為昂貴。1975 年，我國引進(jìn)2.7 萬噸/ 年P(guān)X 裝置技術(shù)費用高達(dá)數(shù)百萬美元；2007 年，60 萬噸/ 年P(guān)X 裝置僅技術(shù)費用就高達(dá)數(shù)千萬美元。
中國石化上海石油化工研究院副總工程師孔德金介紹說，為了攻克芳烴核心技術(shù)，從上世紀(jì)70 年代起，石化行業(yè)、高校以及科研院所幾代人歷經(jīng)40 多年的努力終于使中國成為繼美國、法國之后第三個擁有芳烴成套技術(shù)的國家。該項目所有技術(shù)我國都具有知識產(chǎn)權(quán)，擁有百余項國內(nèi)外授權(quán)專利。
閔恩澤等6 位院士對這一項目給予了高度評價，認(rèn)為芳烴成套技術(shù)成功開發(fā)是石油化工技術(shù)的“里程碑”。該項目在工藝、工程裝備、控制方法與系統(tǒng)、吸附材料與催化材料等方面取得多項重大創(chuàng)新與突破，整體處于國際領(lǐng)先水平，具有重要推廣應(yīng)用價值。
攻克最后一座堡壘
中國化工學(xué)會常務(wù)理事洪定一認(rèn)為，芳烴成套技術(shù)這樣高難度、高投資、高風(fēng)險的技術(shù)之所以能夠在中國從實驗室成功走向工業(yè)裝置，與國家層面的支持、產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合以及中國石化科研、設(shè)計、建設(shè)、生產(chǎn)等高度一體化的協(xié)作優(yōu)勢有很大關(guān)系。
從上世紀(jì)70 年代開始，中國石化石油化工科學(xué)研究院、上海石化院等單位就接連研發(fā)出芳烴抽提、二甲苯異構(gòu)化、甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移等芳烴單元生產(chǎn)技術(shù)。但是，PX 吸附分離技術(shù)一直未能攻克，成為芳烴成套技術(shù)最后的堡壘。 由于這塊短板的存在，導(dǎo)致我國每年需要進(jìn)口數(shù)百萬噸PX 產(chǎn)品，花費近百億美元外匯。
吳巍告訴記者，為了突破國外吸附分離技術(shù)壟斷，中國石化上世紀(jì)90 年代初就部署開展PX 吸附分離技術(shù)的探索研究， 研發(fā)出RAX-2000A 國產(chǎn)吸附劑，于2004 年在齊魯分公司工業(yè)試驗，各項指標(biāo)均達(dá)到或超過進(jìn)口劑的水平，價格比當(dāng)時進(jìn)口劑低三分之一。
2009 年，為了突破國外公司對PX 吸附分離工藝技術(shù)的壟斷，中國石化成立了以戴厚良高級副總裁為組長的芳烴成套技術(shù)攻關(guān)領(lǐng)導(dǎo)小組，組織發(fā)起芳烴成套技術(shù)最后堡壘———PX吸附分離技術(shù)攻關(guān)，完成芳烴成套技術(shù)的閉環(huán)，要不惜一切代價啃下這塊“硬骨頭”。同年，PX 吸附分離技術(shù)進(jìn)入中國石化“十條龍”攻關(guān)項目，正式開啟了自主PX 吸附分離工藝技術(shù)攻堅戰(zhàn)的序幕。
2011 年，中國石化利用自主研發(fā)的PX 吸附分離技術(shù)在揚子石化建成3 萬噸/ 年的首套工業(yè)裝置，使用最新研發(fā)的RAX-3000 型國產(chǎn)吸附劑，驗證了自主PX 吸附分離技術(shù)的可靠性。自此，中國石化成功攻克了自主芳烴生產(chǎn)技術(shù)的最后一座堡壘———吸附分離技術(shù)，掌握了芳烴生產(chǎn)成套技術(shù)。
中國石化依靠自主研發(fā)的芳烴成套技術(shù)，在海南煉化又建設(shè)了規(guī)模為60 萬噸/ 年P(guān)X的大型芳烴聯(lián)合裝置，于2013 年12 月27 日一次開車成功，順利投產(chǎn)。
創(chuàng)新的三級跳
洪定一告訴記者，40 多年來，我國的芳烴技術(shù)經(jīng)歷了跟跑、并行和創(chuàng)新領(lǐng)跑等三個階段。
PX 技術(shù)是芳烴成套技術(shù)的核心部分。以吸附分離工藝研發(fā)為例，吳巍介紹說，PX 分離技術(shù)采用模擬移動床吸附分離工藝，該工藝集吸附劑、專用設(shè)備、工藝及專用控制系統(tǒng)于一體，整體工藝復(fù)雜，開發(fā)技術(shù)難度極大。PX 產(chǎn)品純度要求高，最低也要在99.7%以上；模擬移動床技術(shù)的特點是裝置具有復(fù)雜的工藝管線系統(tǒng)，這些管線系統(tǒng)需要以周期切換方式流過組成大不相同的原料、產(chǎn)品等不同物料，管線系統(tǒng)中物料的殘留會造成產(chǎn)品污染。哪怕是微量的其他物料殘留未消除，都會影響產(chǎn)品的純度和收率。
為了盡快攻克技術(shù)難關(guān)，科研人員放棄節(jié)假日及周末休息時間，爭分奪秒地埋頭試驗，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的模擬移動床技術(shù)，攻克了吸附程序控制系統(tǒng)（MCS）控制難題，創(chuàng)造性地開發(fā)出有別于國際同類技術(shù)的吸附室床層管線沖洗工藝，開發(fā)設(shè)計出符合工藝要求的專用特殊構(gòu)件，徹底攻克了PX 吸附分離工藝的所有技術(shù)難題。
另外，在研發(fā)過程中，科研人員還著力突出綠色低碳的理念。與國內(nèi)同類裝置相比，海南煉化的PX 裝置每生產(chǎn)1 噸PX 產(chǎn)品，能耗要低25%，每年在降低能耗這方面就可以節(jié)省數(shù)億元。除此之外，科研人員還率先采用回收塔頂?shù)蜏責(zé)崮芰堪l(fā)電，一舉使聯(lián)合裝置項目發(fā)電量大于自身的全部耗電量，實現(xiàn)裝置從受電到向外輸電的歷史性突破，每天可向外輸電6.5 萬度。海南煉化的PX 裝置也因此以最低的能耗成為全球芳烴聯(lián)合裝置新標(biāo)桿。
掌握自己的根基
目前全球用于化工用途的芳烴年消費總量約1.2 億噸，芳烴生產(chǎn)廠共有130 多家，遍布美國、西歐、日韓等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)。PX 是用量最大且生產(chǎn)技術(shù)最有代表性的芳烴品種，具有豐富的下游產(chǎn)業(yè)鏈，是石化行業(yè)的重要根基。
吳巍告訴記者，隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和人民生活需要的日益增長，我國PX 消費量快速增長，近15 年的年均增長速度超過20%。截至目前，我國已成為全球最大的PX 消費國，但長期自給不足、依賴進(jìn)口。2014 年進(jìn)口約1000 萬噸、約占消費量的一半，其中75%來自美、日、韓等發(fā)達(dá)國家。在國內(nèi)民眾抗議發(fā)展PX產(chǎn)業(yè)的同時，美國、日本、韓國紛紛針對中國市場新建PX 裝置。
面對民眾對PX 的疑慮，中國石化新聞發(fā)言人呂大鵬認(rèn)為，既要從科學(xué)角度擺事實講道理，也要從政治高度剖析問題的根源，使民眾明白事關(guān)國計民生的芳烴產(chǎn)業(yè)一定要掌握在中國自己手中，不能受制于人。
另外，針對PX 被妖魔化的社會恐慌心理，為確保綠色安全生產(chǎn)，海南煉化自項目建設(shè)之初即將“零污染、零泄漏、零排放、本質(zhì)安全”作為項目的重要建設(shè)目標(biāo)，確保“空中無排放、地上無泄漏、地下無滲透”。
海南煉化為確保裝置的本質(zhì)安全，在安全環(huán)保方面的投資超過20%。煙氣中SO2 含量低至20mg/Nm3，遠(yuǎn)優(yōu)于國家一類排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了世界先進(jìn)水平，二氧化碳溫室氣體也比國際先進(jìn)水平每年減少排放12000 噸。另外，在原料精制單元，還突破性地以催化反應(yīng)代替物理吸附，大幅延長催化劑壽命，減少固廢物排放達(dá)98%。
在洪定一看來，基于我國芳烴成套技術(shù)的完整知識產(chǎn)權(quán)、先進(jìn)指標(biāo)和精益求精的實踐，“我們可以像推廣中國的高鐵技術(shù)一樣，在全球推廣我們的芳烴成套技術(shù)。”而我國自有芳烴技術(shù)走向世界，贏得定價話語權(quán)，對于帶動相關(guān)制造業(yè)和下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對提升我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量效益、加快結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型都具有重要意義。