坚持自主创新 勇攀化工高峰——记中国石化上海石油化工研究院院长杨为民及其团队

□ 胡 敬

研究人员在评价装置前讨论分析催化剂试验数据

当今世界，科学技术迅猛发展，科技成果转化和产业更新换代的周期越来越短，科学技术作为第一生产力的地位和作用越来越突出。世界发达国家纷纷将推动科技进步和产业创新作为国家战略，大力发展战略高技术及其产业，抢占了新科技革命的有利先机。最近两年相继发生的中兴、华为“芯片事件”，实质上就是两国科技实力的较量，这也给我国所有的科技工作者敲响了警钟，不掌握关键核心技术，我们就会被卡脖子、牵鼻子，不得不看别人脸色行事。

“实践反复告诉我们，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。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的主动权，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。”习近平总书记在2018年两院院士大会上的告诫如同黄钟大吕，振聋发聩，他更指出，“要在关键领域、卡脖子的地方下大工夫，集合精锐力量，做出战略性安排，尽早取得突破！”

作为我国不可或缺的基础性支柱产业，石油化学工业为能源、农业、交通、机械、电子、纺织、轻工、建筑等行业和人们的日常生活提供配套类产品和服务，在国民经济中占有举足轻重的地位。石油化工的发展水平已成为衡量一个国家工业实力乃至综合实力的重要标志。在全球化日益加剧的大环境下，我国只有掌握一大批引领石油化工行业发展的核心技术，才能在日趋激烈的国际竞争中站稳脚跟、立于不败之地。

基于此，有着近60年建院历史的中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院（以下简称“上海院”）高瞻远瞩、谋篇布局，始终以推进我国石油化工技术进步、服务企业发展为己任，坚持自主创新，不断追求卓越，承担着包括国家重点研发计划、中国石化“十条龙”攻关项目在内的多项重大科技开发任务，开发了一大批具有我国自主知识产权的催化剂与成套技术。这些技术大多达到国际领先或世界一流水平，已在国内外大中型石化企业得到广泛应用，有力地支撑了石油化工行业的高质量、快速发展。

突破篇：打破美国技术垄断

20世纪90年代，国内乙苯生产基本采用三氯化铝烷基化技术，但存在设备腐蚀、环境污染严重的问题。上海院希望能从绿色工艺角度出发解决这一问题，但彼时绿色技术已由世界上最大的非政府石油天然气生产商美国埃克森美孚公司开发出来并被其独家垄断。尽管我国投入巨额外汇引进了3套基于分子筛气相法绿色工艺建成的乙苯生产装置，但涉及催化剂与反应工程工艺等核心技术的半点儿信息中方都无从得知。而且装置每两年需要更换一次催化剂，每次换剂都要仰人鼻息，总有一种受制于人的感觉。严峻的形势让上海院清醒地认识到，我们国家发展绿色乙苯技术，必须要立足于自主创新。所以，1994年，当杨为民博士毕业跨入上海院大门的时候，就被委以重任，担任课题组组长，负责开发分子筛气相法乙苯绿色生产技术。

面对核心技术被封锁和文献资料稀缺的处境，杨为民带领的研发团队没有丝毫退缩，选择创制分子筛催化剂作为突破口，开启了自主创新的征程。“我们要开发催化剂，照国外方法的话，进口四丙基氢氧化铵这一原料在当时就得100万元，相应做出来的催化剂成本非常高，根本无法进行工业应用。我们要实现乙苯催化剂的国产化，就必须用国内更便宜的原料来替代四丙基氢氧化铵。”从一开始，杨为民带领的研发团队就摒弃了国外催化剂开发的常规思路。但他也说，“大胆设想，小心求证”，“用国内更便宜的原料能不能做出来？得做大量的实验，做大量的筛选。”

在催化剂开发中，催化剂寿命考察非常重要且工作量大。如果按照工业条件做催化剂寿命研究，仅仅筛选一个催化剂就要一到两年的时间，因此石化技术领域常有“十年磨一剑”的说法。“为了提高研究效率，我们团队在大量实验的基础上发展出科学、合理的催化剂寿命考察方法，大大缩短了寿命考评所需的时间。”杨为民回忆道，“当时的条件还是比较艰苦，只有6个人的团队需要完成原料和装置准备、催化剂制备、性能评价、数据分析等一整套的工作。为了进行1000小时不间断的催化剂考评实验，团队成员轮流倒班，12个小时换一次班。”为了应对当时人员紧张的情况，他本人就在实验室放了一张行军床，干脆住在了那里。

功夫不负有心人，在短短5年时间里，团队就实现了催化剂的突破，所开发的催化剂在引进装置上成功替代了进口催化剂。以此为基础，经过3年的协力攻坚，杨为民团队成功开发出具有自主知识产权的气相法乙苯绿色生产成套技术。2002年，应用该技术对丹化AlCl3法乙苯装置进行改造，首次实现了气相法乙苯绿色生产技术的国产化，之后又建成了中国大陆最大的16万吨/年气相法苯和乙烯制乙苯生产装置，催化剂性能全面超过美国埃克森美孚公司的水平（负荷提高8%，寿命提高50%），成套技术达到国际先进水平（苯和乙烯单耗分别降低8kg/t和3kg/t，产品纯度99.8%），打破了美国公司的独家技术垄断，使我国成为继美国之后第二个掌握分子筛气相法乙苯绿色生产技术的国家。

领跑篇：实现绿色技术引领

从1994年到2002年，上海院实现了我国气相法绿色乙苯技术从无到有的突破，但他们没有丝毫的停歇，又马不停蹄地开启了从“有”到“优”的攻坚克难之旅。根据世界石油化工发展趋势，杨为民敏锐地判断出绿色化工将是未来的必然选择，并提出一定要根据我国的资源特点开发绿色化工技术，以提高技术与产业的竞争力。

生物乙醇是一种可再生资源，主要通过作物果实和秸秆等各种生物质经发酵得到，以其为原料生产化工产品，可以减少二氧化碳的排放并提高化工产品的绿色化程度。我国广西、东北等地区生物质资源丰富，非常适合发展生物乙醇为原料的绿色化工技术，但其中的挑战也十分巨大。例如，对于生物乙醇制乙苯技术，苯与乙醇反应会产生大量水，从而导致分子筛催化剂快速失活。国外的多个团队都曾进行过大量的研究，但都没有突破分子筛催化剂抗水性差的难题。“外国人做不成的事并不代表我们中国人也做不成。”杨为民说道。基于对分子筛催化剂的深刻认识，杨为民团队发明了多项提高分子筛催化剂活性、选择性与水热稳定性的技术，成功开发出抗水性能优异的乙苯催化剂，与企业合作突破了生物乙醇为原料的乙苯技术，在国际上率先实现工业化，有力地推动了乙苯绿色生产的技术进步。

除了致力于绿色化工外，杨为民带领的团队也在资源高效利用和节能降耗新技术方面做了大量创新性的工作。我国炼厂每年产生超过上千万吨的稀乙烯副产，折合纯乙烯多达上百万吨，因精制分离的投资高、成本大，大多数企业将稀乙烯副产作为低品位燃料气使用，造成资源严重浪费。若能通过催化反应使稀乙烯直接转化为高值化学品，将可大幅度提高稀乙烯附加值，实现石油资源的高效利用。但稀乙烯毕竟是乙烯浓度低至10wt%～20wt%、杂质组成复杂的劣质资源，若没有一套行之有效的技术，利用起来将代价高昂。美国埃克森美孚公司就曾开发出一条原料需要精制的技术路线，但由于经济性不过关而没有得到推广。

这样的挑战并没有吓退杨为民及其团队，他们认为这反而是机遇所在。通过10余年的持续创新，杨为民团队在高性能耐杂质催化材料及反应工艺、高效节能低耗预处理及分离、装备大型化工程技术等关键难题上相继取得突破，成功开发出国际领先的稀乙烯增值转化制乙苯高效催化剂及成套工艺技术。目前，该技术已在海南实华嘉盛、青岛炼化、中国石化九江分公司等22家企业成功应用，其中，在宁波大榭建成投产了世界最大规模30万吨/年稀乙烯制乙苯装置，有效地实现了我国炼厂稀乙烯资源的高效增值利用，展现出良好的经济、社会效益。

进入21世纪，杨为民团队多次获得国家级、省部级科技大奖，这是他们始终面向国家重大需求、坚持自主创新结出的累累硕果。20多年来，基于“关键催化剂创制+催化反应工程开发”的技术创新模式，杨为民带领团队开发了多项重要的石化技术，实现了我国部分绿色低碳化工技术从跟跑到并跑，再到领跑的跨越，其研究成果已在中国大陆及中国台湾地区40多家企业实现工业应用，创造了显著的效益，为我国石化行业全面可持续发展提供了有力支撑。

战略篇：打造核心竞争力

进入新时代，我国进一步明确了企业作为技术创新的主体地位，在党中央“建设世界科技强国”的号召下，作为石化行业国家队的中国石化，确立了用“两个三年”和“两个十年左右”时间，分步推进建设世界一流能源化工公司的目标。作为中国石化的直属研究院，上海院认真贯彻落实创新驱动发展战略，根据集团公司“石化发展、科技先行”的要求，聚焦石化前沿和主战场，大力攻关面向未来、关系企业长远发展的重大关键技术，致力原创性成果转化与助力石化工业腾飞。

为此，上海院在承担中国石化科技开发项目的同时，积极申报并获批国家重点研发计划、国家自然科学基金委研究项目，并以承担这些项目为契机，与国内外知名高校及科研机构建立了密切的联系，开展了大量卓有成效的合作。在创新平台搭建方面，上海院面向石化工业可持续发展的国民经济重大需求，积极申请建立绿色化工与工业催化国家重点实验室并获得国家科技部批准通过。“在企业成立国家重点实验室并不容易，所以我们更要把握住条件和机会。”杨为民说道，“作为国家级创新平台，重点实验室将针对化工产业节能的关键技术问题，以开发绿色化工及先进工业催化新技术为目标，力争建成具有国际影响力的应用基础研究、产业化技术创新基地和人才培养基地。”

石化产业的发展历程表明，分子筛材料的发明与应用往往会带来石化技术的跨越式发展。“国际知名能源化工公司都十分重视分子筛材料的开发并创制了一批引领石化技术发展的新结构分子筛材料，而我国企业界在这方面长期处于空白，”杨为民说道，“创制属于我们自己的新结构分子筛材料对于发展具有我国自主知识产权的原创性石化新技术具有十分重要的意义。”

传统的分子筛合成通常采用经验指导的试错法，效率较为低下，研发周期长，耗费大量的人力、物力，如今，高通量组合化学新技术的发展为实现分子筛的高效开发提供了新的契机。为了提高研发效率，上海院与国外公司合作设计，于2010年配置了国内第一套高通量分子筛合成与表征系统，次年正式投入使用。该系统包括固体称量、凝胶制备、晶化反应、样品洗涤、后处理、样品成型、SEM表征、XRD表征及专用的执行软件与数据库九个单元，能够大幅度提高工作效率。同时，由合成配方、条件、晶化产物的晶相及形貌特征构成的电子数据库便于科研人员对大量数据进行分析总结，能够有效促进后续研究的开展，进一步提高科研效率。

杨为民团队自2013年起，开展新结构分子筛创制的探索研究，利用材料基因工程方法，结合先进的高通量分子筛合成与表征系统，实现了分子筛材料的高效合成与筛选。历经5年共计2000余次的试验，先后创制出20余个以中国石化命名的SCM系列分子筛。特别是在2018年5月，国际分子筛协会网站公布，由中国石化上海石油化工研究院杨为民团队开发的全新结构分子筛材料SCM-14（SINOPEC Composite Material 14），正式获得国际分子筛协会（IZA）授予的结构代码SOR。中国石化也成为我国首个获得分子筛结构代码的企业，实现了我国企业界在新结构分子筛合成领域零的突破。整整一年后，杨为民团队又传来捷报，由他们开发的全新结构分子筛材料SCM-15已获得IZA授予的结构代码SOV。SCM-15是目前唯一一个具有12*12*10孔道体系的分子筛，同时具有中孔和大孔，并且相互交叉，中孔尺寸与10元环的ZSM-5分子筛相当，大孔尺寸与12元环的Y以及Beta分子筛相当。SCM-15分子筛同时具有与这些已广泛应用的分子筛相似的孔道特点，且其热稳定性良好，有着较大的潜在应用前景。目前，杨为民团队正围绕这些全新结构的分子筛材料开展进一步的研究，以期发展出更多原创性的石化新技术。

成绩的取得不是偶然。杨为民认为，自主创新绝对不是围在一个院子里闭门造车，而是要充分利用国内外科技资源。在SCM-14、SCM-15分子筛的结构解析中，他们就采取“开放合作、协同创新”的模式与在晶体学领域造诣深厚的瑞典斯德哥尔摩大学/北京大学孙俊良研究员进行紧密合作。在短短一两年时间里，就成功解析出两个全新的拓扑结构，这一效率可谓是极高了。

当今世界正处于大变革、大发展时期，科技创新也面临着一系列新的机遇与挑战。作为世界500强能源化工企业，中国石化一直致力于发展绿色化工技术，并积极响应国家提出的“一带一路”倡议。目前，上海院的技术已推广应用到“一带一路”沿线国家与地区，甚至欧美等发达国家。例如，苯乙烯催化剂应用到比利时、美国、中国台湾等；甲苯歧化催化剂应用到白俄罗斯、印度尼西亚等；乙苯催化剂应用到中国台湾地区。通过技术输出，上海院正在扎扎实实地融入全球石化产业链，在这个过程中，杨为民的理想是将炼化技术打造成像中国高铁一样的闪亮名片，向国际化工行业展示出中国的“绿色方案”。

团队篇：矩阵式攻关走向未来

兵法云：上下同欲者胜，同舟共济者赢！一个成功团队的发展史，必然是一群志同道合者的奋斗史。上海院有一支令杨为民引以为傲的“大团队”和一套完善的项目攻关机制。针对重大科研项目，上海院采取“矩阵式”攻关模式，跨部门、跨学科、跨专业整合力量，搭建凝心聚力、创新驱动的协作平台，极大地提高了项目攻关的效率，实现了一系列重大关键技术的突破。

“我们团队中有聚焦催化剂研究的，也有擅长工艺开发的，还有专攻反应器设计的，整个团队结构合理、战斗力强。大家目标也十分明确，就是盯着对国计民生有重大影响的化工产品，持续不断地做下去，努力做精、做强、做到世界第一。”杨为民坚定地说。

矩阵式攻关的核心要素是人才，习近平总书记曾经说过：“谁拥有了一流创新人才、拥有了一流科学家，谁就能在科技创新中占据优势。”这些年来，上海院在杨为民的带领下，大力贯彻中国石化集团公司“人才强企”的战略，积极统筹推进人才工作，不断加强人才队伍建设，积极探索并不断完善人才选拔任用机制及管理办法，初步形成了具有科研单位特色的人才管理制度体系，旨在成就上海院事业发展的同时，实现个人成长、成才。

身为院长，杨为民十分重视人才培养这一关系研究院长远发展的工作。“我希望能激发出年轻人的自信和独立创新的精神，鼓励他们发现新现象、创建新理论、做出一流成果、解决国家重大工程的一些实际问题，而不仅仅是以发表论文作为最终科研目标。”杨为民提起上海院这些年来引进的青年才俊，话语中充满了期待，“他们的专业水平很高，外语水平也好，要给他们充分的锻炼机会，放手让他们在一线的实践中摸爬滚打，积累经验，快速成长。”每年，上海院都会举办多场“创新研讨会”，无论是进院多年的老前辈，还是新来单位的年轻人，大家坐在一起把自己的奇思妙想讲出来，充分讨论，集思广益，并付诸行动，力争把可行的创新想法实现出来。

研究团队讨论分析新结构分子筛

“未来大国间的竞争是科技的博弈！”杨为民时刻保持着清醒的头脑和清晰的判断，“当前，我国化工产业还处于大而不强的阶段，要实现向化工强国的跨越，必须要从自主创新，乃至原始创新上破局！”作为世界第一大化学品生产国，我国化工产业结构性矛盾突出，表现一是部分通用产品的产能过剩比较严重，二是高端产品与原始创新能力不足，此外，还面临着巨大的资源、能源与环保的压力。面对这样的局面，杨为民表示，上海院将继续发扬“艰苦创业、严谨求实、协力攻关、开拓创新”这一传承了近60年的企业精神，不断优化调整研究领域，在基础化学品上，降本增效，提高市场竞争力；在高端产品上，加快实现自主创新，努力攻克卡脖子的关键核心技术，为产业发展做出更大的贡献。

诗人汪国真曾在《山高路远》一诗中谈道，“没有比脚更长的路，没有比人更高的山”，杨为民对这句话也深以为然，在他看来，科研之路没有尽头，实现新的突破，站在新的高度，就会有新的目标，但无论路有多远、山有多高，只要不怕苦累，肯去攀登，就一定能日新月著，柳暗花明。当然，科学技术一直在进步和发展，在发展绿色化工技术的征程中，杨为民及其团队会面临诸多新的挑战、困境、压力甚至失败，但他们作为新时代孜孜以求的科技工作者，必将肩负大国重任，不忘初心使命，在科研创新的路上，不断进步，不断前行！