期刊-2025-02

国之大者 “碳”寻科研路

2025年02月16日

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2024年1月19日,在人民大会堂召开的“国家工程师奖”表彰大会上,中国石化方向晨被授予“国家卓越工程师”称号。这是我国首次开展“国家工程师奖”表彰,是我国工程技术领域的最高荣誉,共评选出81名个人被授予“国家卓越工程师”称号。

作为中国石化大连石油化工研究院原院长、获得首批“国家卓越工程师”称号的方向晨,近40年来,始终潜心于关于石油炼制技术的研究,积淀了深厚的理论和技术功底,主持开发了十几项具有引领性意义的炼油加氢新技术,并使其得到广泛应用,为我国加氢技术跨入国际领先行列,从跟跑、并跑到领跑作出了重要贡献。


厚积薄发  坐热“冷板凳”


1982年,刚刚大学毕业的方向晨被分配到大连(抚顺)石油化工研究院,首先摆在面前的是选择什么研究方向。当时,催化剂和加工工艺开发都是热门选择,但方向晨相信,“反应动力学是它们的基础知识支撑,只有先把反应过程的基础知识掌握了、弄明白,才能从跟随别人变成慢慢赶上和超越别人”。方向晨毅然选择了“冷门”的加氢反应动力学研究,一方面,它是脱除原油杂质和生产清洁油品的必需技术;另一方面,也是炼油和化工结合在一起的重要手段。当时我国炼油工艺还有许多空白,方向晨暗下决心,“有朝一日一定要将这些空白补齐”。 

1988年,方向晨被派往英国威尔士的天鹅海大学进修,回国不久就承担起人生中第一个重要科研任务——中国石化重点科技攻关项目“缓和加氢裂化动力学实用数学模型”。

“熬过”计算和实验的循环往复,“挺过”夜以继日的大量研究,他带领团队成功建立起反应动力学模型,该模型不仅能够精准测算不同原料和条件下的加氢反应结果,而且可以指导工艺试验和催化剂开发。这个项目荣获1994年度中国石化科技进步奖二等奖。“我很感谢当初选择反应动力学作为职业生涯的第一步,‘地基’先打扎实了,一辈子都在收获。”尽管这不是方向晨拿过的最高荣誉,却是他最骄傲的科研成果之一,正是该模型为日后炼油加氢系列技术研发奠定了坚实的基础,对国内加氢裂化技术追赶国际先进水平作出重要贡献。


敢于担当  开辟新工艺


20世纪90年代,随着我国加快改革开放进程,石油作为“国民经济发展的血液”,消费量快速增长,国内石油产能已不足以满足发展需求,我国开始大量进口原油。然而,进口原油中含硫劣质原油比例较高,如何对含硫原油进行加工工艺的改进及提升成为炼油科技攻关的堡垒,亟须全力打造。

“当时全国仅有7套适应含硫原油加工的加氢裂化装置,远远不能满足加工需求。新建装置肯定来不及了,我们只能选择改造。”方向晨主动请缨,运用动力学模型等基础工具,通过中试实验验证11种不同的可行技术方案,带领科研团队对7套装置进行脱瓶颈扩能改造,使装置的总加工能力近乎翻倍。其中,镇海炼化的加氢裂化装置加工处理能力从80万吨/年增至220万吨/年,所耗资金却仅相当于新建装置的五分之一。

然而,扩能只是缓兵之计。想要真正解决原油加工能力不足的问题,还得实现从催化剂到工艺的全面革新。通过不同方案的比较论证,结合中国炼油企业现有加工流程和资产现状,方向晨主持开发出劣质蜡油加氢处理部分转化技术。

 2002年8月,国内首套180万吨/年含硫蜡油加氢脱硫装置在镇海炼化开车一次成功。此后又有14套装置相继在祖国大地上建成,总加工能力达到2410万吨/年,成功开辟含硫原油加工新路线。

2003年,我国石油进口依存度持续上升。为了将每一滴原油都发挥到最大效用,刚担任抚顺石油化工研究院(现大连抚顺石油化工研究院前身)院长的方向晨,决心攻关重质劣质渣油转化深加工路线的难题。

渣油工艺处理技术曾一度被少数几个国家所掌握。为了改变这种受制他人的局面,方向晨带领团队经过20年的潜心研究和探索,最终成功研发出了适宜的技术反应器和催化剂。这项渣油沸腾床加氢技术被团队命名为“STRONG”,为我国重质劣质渣油加工闯出新路径。

至此,方向晨和团队实现了从跟跑、并跑到领跑的跨越,完成了我国炼油行业在世界自主创新技术的拼图。


坚持创新   跨步绿色路 


进入 21 世纪,绿色环保理念愈发深入人心。大量机动车在全国的大街小巷中穿梭,破解汽柴油产品质量升级的技术瓶颈,成了石化行业科技攻关的重点。

2000年,方向晨承担了国家科技攻关项目“劣质柴油加氢改质技术(MCI)”,创新性地提出将稠环芳烃的反应控制为“开环而不断链”,解决尾气黑烟问题。“当初研究动力学模型时,我们曾做过各种边界条件试验,多年后在攻关清洁柴油时派上了用场。这项技术能够在能耗、物耗低,不影响柴油产量的前提下,改善柴油成分组成。”方向晨说。 MCI技术属于世界首创,相继在国内近30套装置落地投用,有效解决柴油车污染的问题,并荣获2001年度国家技术发明奖二等奖。这也是方向晨首次获得该奖项。 

关于柴油产品质量升级的研究从未停歇。十几年间,世界各国出台的燃油规定和排放标准愈加严格,要求柴油中含硫量不大于10微克/升。“即便时代的考题再难,我们也必须交出满意答卷”,方向晨说。

超低硫柴油生产技术研发,无疑给方向晨带来新的挑战。彼时,国外相关技术存在氢耗高、成本高、催化剂周期短等诸多问题。方向晨团队试遍了他们了解的所有硫化物反应途径,针对部分硫原子难以和催化剂接触反应的情况,找到有效的办法并成功破解了这一难题。大连(抚顺)石油化工研究院开发出柴油超深度加氢脱硫集成创新技术。这项技术一经问世,就凭借成本低、效果好的优势被国外多家知名公司评为顶级水平。方向晨和他的团队也因此在2013年再次获得国家技术发明奖二等奖。 

社会日新月异的变化让方向晨敏锐地意识到,石油炼制行业在转型过程中,若要实现“油转化”转型升级,加氢裂化装置依旧是关键。方向晨带领团队再次克难攻坚,从催化材料的选择性吸附和选择性转化之间的微妙关系中精确找到突破口,提出烃类分子结构导向转化的创新理念,破解了石脑油和加氢尾油产率和质量不能兼顾的难题,开发出反应器分区强化、渐次反应等创新工艺技术。2017年,第三个国家技术发明奖二等奖被方向晨和团队收入囊中。 

长期坚守在企业创新的第一线,方向晨却不觉得辛苦。得益于扎实的动力学基础,后续一系列科研成果的涌现可谓厚积薄发。他风趣地比喻:“所有研究的基础都是相贯通的,就好比一袋米装进不同的碗里,可以做成稀饭、白饭,或是醪糟,全凭不同情况来改变。”

在炼油加氢系列技术基本成熟后,为进一步实现石化产业绿色发展,方向晨把目光放在能耗和物耗上。对于氢气循环系统能耗高的痛点,方向晨大胆提出将氢气溶解在油中,借助液体油完成加氢循环。面对业界对这一技术路线的质疑,方向晨潜心钻研基础知识,开发出液相循环加氢技术,2012年开始进行大型化工业装置运用。与同规模传统装置相比,采用该技术的柴油工业装置总投资降低20%、能耗降低54%。

 截至目前,该技术已拓展至柴油加氢、航煤加氢、重整生成油选择性加氢、离子液体烷基化加氢领域,并已应用于40余套工业生产装置。一系列低能耗、低成本的技术之花开在炼油企业,为我国清洁油品质量升级提供了坚实的技术保障。

回望四十二年的风雨兼程,凭借矢志不渝的执着和勤耕不辍的积淀,从普通员工成长为工程专家,再到“国家卓越工程师”,方向晨始终瞄准国际前沿,带领团队开辟出一条可持续发展的科研航路。 


您在这一领域深耕多年,您认为在这个领域,与国际水平相较,我们目前处于怎样的位置?

过去,国外的技术公司愿意与我们交流,而现在他们不愿接受我们的交流,因为我们的催化剂逐渐在国际市场上与他们竞争。同时,在许多单项技术上,我们也获得了他们的认可并被后续复制。可以说,我们已处于行业的世界先进水平。


在科研领域,成果转化一直是个难题。对于我们企业的研究院而言,在科技成果转化方面,具有哪些优势?

我认为企业研究单位的研究成果能够更好地实现产业化应用,主要有如下几个方面的因素:第一,课题来源。我们的课题来源直接针对企业的一线需求。第二,研究过程。我们的研究始终紧密结合工程设计与生产,中间不存在鸿沟与间隙。第三,技术基础。我们的技术并非从零起步,而是以往技术的持续迭代产物。由此,整个技术与现有的工业装置的系统配合性很强,无需对现有装置进行大规模改造或验证。这是最为关键因素。第四,研究导向。我们的研究与应用紧密相连。当然,我们也会做一些前瞻性研究,不过此类研究周期相对较长。即便如此,我们仍是瞄准应用展开的,所以更具目的性,也更符合科技转化及应用的要求。


以您四十多年的科研经历,您如何理解把“冷板凳捂热”这件事?

我在从事科研的过程中,最大的快乐在于发现了他人未发现的现象、原理以及各类知识,而非成果。只要把这层关系处理妥当,那就不存在所谓“冷板凳”的问题。我得感谢中石化长期以来对科研的坚定支持,以及非常好的产学研一条龙的科研范式。这样,我们科研人员只需把本职工作做好。


对于年轻一代的科技工作者,您有什么经验可以传授给他们?

快乐工作非常重要,这是心态和初心的问题。用英语表达就是三句话。To be useful to your society.(对社会有用),To be accepted by your society.(被社会所接受),最后是To be recognized nice by your society.(被社会所认知)。一个人的人生若能做到这三点,就会感到很幸福很快乐。

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