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中国工程院院士闵恩泽:如何自主创新 有章可循

作者:系统管理员来源:科学时报 日期:2008-03-19 阅读:

闵恩泽:如何自主创新 有章可循

易蓉蓉

2008年01月09日08:58  来源:科学时报
 
  如果没有他,汽油柴油塑料橡胶纤维等石油化学产品――这些我们时时刻刻都离不开
的化学品,恐怕要贵上许多;如果没有他,化工行业的污染问题也许会更加严重,清洁燃
料的推广使用还要推迟。

  从1955年回国至今,他的所有工作,都与国家的强盛紧紧地联系在一起。

  这位我国炼油催化应用科学的奠基人、石油化工技术自主创新的先行者和绿色化学的
开拓者,就是84岁的中国科学院院士、中国工程院院士、2007年度国家最高科学技术奖
获得者闵恩泽。

  成就篇:他的工作与国家强盛有关

  “小球”与“微球”:突破催化剂的国际封锁

  酒精中加入硫酸,变成乙醚;水中的硫磺加入硝石,变成了硝酸。因为微量外加物的作用,
一种物质向另一种或几种物质转换,加速或减缓,融合或分离。在化学上,这些发生作用的外
加物名为催化剂,发生的变化归纳为催化反应。

  19世纪90年代,美国人提出了用催化剂加工石油的方法,这决定了全世界炼油技术的方向。
在高温高压下,石油的油气组分通过催化剂的表面孔道转化成不同馏分或不同产品。通俗地说,
炼油催化剂是炼油技术的核心,加速炼油化学反应并导向生产更多的目的产品,如同芯片之于
计算机。没有现代催化科学的发展和催化剂的广泛应用,就没有现代石油化学工业。

  不断研发炼油催化剂,是闵恩泽工作的起点。

  20世纪50年代,我国石油炼制催化剂领域还是一片空白;60年代,我国一跃成为世界上能
生产各种炼油催化剂的少数几个国家之一;80年代,国产新型催化剂跻身于国际先进行列;21
世纪,我国首创的几种绿色炼油和石化新工艺,在世界上首次实现工业化。这几个质的飞跃,
闵恩泽功不可没。

  1959年,苏联援建的兰州炼油厂投产,其核心是一套使用小球硅铝裂化催化剂的移动床
催化裂化装置。1960年开始,苏联逐步减少以至最后停止对我国的催化剂供应,直接威胁到
我国航空汽油的生产。“我把研制催化剂的重担交给了石油科学研究院从美国回来不久的
闵恩泽同志……他们吃在车间、睡在办公室,和工人一起爬装置、钻高温干燥箱,一心埋头
搞研究、搞攻关。”时任石油工业部部长的余秋里在回忆录中写道。

  “如何让催化剂干燥,这大概是我记忆中遇到的最大困难。”1月4日,在布置朴素简单
的客厅中,闵恩泽给《科学时报》记者回忆说:“收缩应力容易使小球破碎。如何解决呢?
1964年2月,我去兰州炼油厂小球硅铝裂化催化剂工厂,发现他们合成的表面活性剂杂质太多,
不容易降低小球的表面张力。于是我们在天津找到了表面活性剂‘平平加’,一加进去果然就
降低了造成小球干燥过程中破裂的毛细管压力。”

  同时,闵恩泽指导设计了长达60米的多段控制温度和湿度的移动式催化剂干燥箱,后来
生产出的小球硅铝裂化催化剂产品的完整率最终达到92%,超过进口催化剂86%的水平。

  1964年,球硅铝裂化催化剂正式投产。当时仓库里只剩下能维持到当年7月份的进口催化剂。
因各项技术指标均优于苏联进口催化剂,且比进口催化剂便宜一半,每年节省运转费用上千万元,
使我国成为除美国、荷兰外另一个掌握这项技术的国家,小球硅铝裂化催化剂被国家科学技术委
员会列入1963年至1964年的科学技术重要成果汇编。

  1960年大庆油田开发,炼油厂急需微球硅铝催化剂,制造技术为美国所垄断,买不到,而
产品要价很高。1963年春节前,研制催化剂的任务再次交给了闵恩泽。“石油部要求我们榨干
每一滴原油,采用当时世界上最先进的流化床催化裂化将重油转化为汽油、柴油和液化气,而
这种装置需要微球硅铝裂化催化剂。”闵恩泽确定了一条符合我国国情的微球硅铝裂化催化剂
制造的技术路线,不仅原料易得,而且研发工作量少,有利于加速建设,符合石油部尽快建成
工厂的要求。

  这一次,难题是“制造筛分组成和机械强度均符合催化裂化装置中流态化要求的微球”,
必须“让喷雾干燥器有合适的喷嘴结构”。于是,闵恩泽一边研究催化剂制造方法,一边打破
常规,提前建设中型喷雾干燥器来研究喷嘴结构。他们很快开发成功了一种目前仍在使用的专
用喷嘴。

  1965年,8000吨/年的微球硅铝裂化催化剂工厂终于投产,使我国成为除美国、荷兰外
另一个掌握这项技术的国家。

  “小球”和“微球”两次技术攻关,闵恩泽都是带头人。

  紧接着,他攻关成功并生产出来铂重整催化剂、磷酸硅藻土叠合催化剂,分别获得1978年
全国科学大会奖和1965年国家发明证书。

  上世纪60年代初,中国石油界陆续攻克了石油炼制中的催化裂化、催化重整、延迟焦化、
尿素脱脂以及有关的催化剂、添加剂等5个方面的工艺技术,走在了国际前端。当时正值电影
《五朵金花》上映,人们高兴地把这5种技术叫做“五朵金花”。

  年产13万吨炼油催化剂、占国内绝大部分市场份额的齐鲁、长岭、兰州和抚顺4家炼油
催化剂厂,都是在他研究开发的催化剂制造技术基础上建立和发展起来的。目前,我国炼油
催化剂和相关分子筛催化材料走向世界,出口到欧、美、亚、非等地区的国家,已成为世界
炼油催化剂四大供应商之一。

  分子筛和非晶态合金的寻觅:

  催化出崭新的世界


  改革开放后,我国石油炼制催化技术已满足当时炼油工业的需求,而石油化工催化技术
基本依靠引进,亟须创新。

  1980年,美孚石油公司的中心研究室主任来华访问,介绍了美孚在分子筛领域的成功经
验是搞新的催化材料,而不是搞催化剂。闵恩泽很受启发,便调查石化技术的创新历史,调查
催化材料怎么发展,研究国外大公司怎么干,最后明确新催化材料是创造发明新催化剂和新工
艺的源泉。

  闵恩泽还提出了另一条明确的科研思路:新反应工程是发明新工艺的必由之路。于是,他
在新型分子筛、非晶态合金等新催化材料、磁稳定流化床等新反应工程领域开展导向性基础研
究,为石油炼制和石油化工技术的创新提供“新式武器”。为此,他负责组建了石科院基础研
究部,率先在石油炼制和石油化工科技前沿开展导向性基础研究。

  何鸣元在1984年冬被安排在闵恩泽的手下,担任研究部主任。“闵恩泽说我们不能再亦
步亦趋了,必须从导向性基础研究上来实现创新。”于是他们带领一群研究生,开始了一次寻
觅新催化剂的新长征。十年磨一剑,1994年,ZRP分子筛终于被开发出来,被评为1995年
“全国十大科技成就”之一。第二年,何鸣元当选为中国科学院院士。

  不同的探索在同时进行。

  1925年,美国科学家雷尼发明了晶态型的雷尼镍催化剂,80多年来广泛应用于有机合成
。但制造这种催化剂容易污染环境,其催化性能也有待提高;工业应用这种催化剂只能采用釜
式反应器,反应效率低,分离困难。在雷尼镍催化剂原有科学知识的基础上去改进,还是另辟
蹊径、开发新催化材料和反应工艺?

  闵恩泽走的是后一条路。雷尼镍催化剂的材料是晶态的,他们采用非晶态的材料,从而转
移了这种催化材料的科学基础;传统的反应器是釜式的,他们采用磁场控制催化剂,形成磁稳
定床,从而转移了反应工程的技术基础。非晶态合金和磁稳定床成为这项技术的新式武器。
2005年,这项技术获国家技术发明奖一等奖,此前这个代表我国技术发明最高水平的奖项曾
连续6年空缺。

  这个质的跨越,用了几百人的整整20年时间。20年,作为该项目第一完成人,他的员工
宗保宁从普通研究生成长为中石化石油化工科学研究院副总工程师,总设计师闵恩泽则从一头
华发到满头银丝。他作了一首打油诗回顾20年的酸甜苦辣:市场需求,兴趣推动,苦苦思索
,趣味无穷;灵感突现,豁然开朗,发现创新,十分快乐;高兴之余,烦恼又起,或为人员,
或为条件;好似吃麻辣烫,又辣又爱,坚持下去,终获成果!

  攻克绿色石化技术:让春天不再“寂静”

  有人这样极端地描述,“化学是可爱的,化学家却是可恶的”。

  热衷于发现和制造新的化合物的化学家们,发现自己给世界带来便利的同时,也带来了严
重的环境污染,双刃剑的特性暴露无遗。21世纪的重要发展方向之一是开发从源头根治环境污
染的绿色化学技术。

  “从绿色化学的角度看,我国石油炼制过程中污染严重。我国规划到2010年使汽油、柴
油质量与国际接轨,这对催化裂化、加氢、烷基化和异构化等石油炼制技术的绿色革命提出了
要求。”何鸣元说任务紧迫,“按照闵先生的倡导,紧盯着导向性基础研究,从源头上根除污染”
,“同样,对于有机化学品的合成,也应该从源头上把关”。

  己内酰胺是一种紧缺的重要化工原料,广泛应用于纺织面料、地毯、汽车部件、包装薄膜等
制造业。2001年时,我国产品自给率仅约35%。上世纪90年代,中国石化投资60亿元引进了
两套己内酰胺装置,2000年由于倾销等原因,两套装置年亏损近4亿元。中国石化决定采用高新
技术对其进行技术改造。闵恩泽作为攻关组副组长,带领全国集中起来的科研力量,为两套装置
制定了成套绿色技术开发方案。己内酰胺装置在全部扭亏为赢的同时,大幅度降低了生产过程中
废气、废水和废渣排放,称得上是绿色技术。从1998年至今,仅这一项技术就每年获得几千万元
的直接效益。这是一个对引进技术的消化、吸收、再创新过程,持续了十几年。
 
 
溯源篇:如何自主创新,有章可循

  世界级催化专家竟是半路出家

  就是这样一位屡屡攻破堡垒的资深催化专家,入行前13年的专业学历,却与催化剂压根沾不
上边。

  “我是半路出家,之前是研究化学工程的。”慈眉善目的闵恩泽回忆起自己入行的前后。
1942年他保送进重庆国立中央大学,学习土木建筑;后来又在大二转学化工。1948年他去美
国俄亥俄州立大学化学工程系攻读研究生。“如果一定要找到我与炼油的缘分,就是1948年
我到肯塔基州参观阿希兰德炼油厂,黑褐色的原油神奇地变成了清亮透明的汽油。”

  1955年,闵恩泽被分配到正在筹建的北京石油炼制研究所,开始了催化剂生涯。

  万事开头难。那时候各方面条件都很艰苦,实验室都是向北京石油公司借的几间平房。当
时炼油所用的催化剂从苏联进口,这一领域的研究是空白。包括闵恩泽在内,没有一个人经历
过催化剂从实验室到工厂生产这一过程,很多人之前连催化剂是什么样子都没见过。

  闵恩泽面对的是一片荒漠:国内大型油田尚未探明与开发;有限的石油炼制工业,催化剂
产品全靠从苏联进口。压力和难度却让闵恩泽兴奋不已。没学过催化专业,从头开始边学边干。
国外催化剂制造技术严格封锁,他从国外技术发展的蛛丝马迹中寻找灵感。试验、失败、再试验
……

  工作是另外一种生活方式

  有人曾说:夜深人静时,石科院家属区那个最后亮着灯的房间就是闵恩泽的住所。

  “老先生每天脑子里都想着催化剂,不管是上班时间还是休息时间,不管是在单位还是在外
地出差。老先生晚上睡觉睡不好,几乎每晚都起来看书思考问题写论文。经常是我们头天下午讨
论一个问题,第二天老先生就跟我说,他早上三四点起来思考,他就把他找到的答案说出来。”
员工姚志龙说闵恩泽从不跟人讲他怎么没有睡好觉,尽管他有时也真的睡不好,就起来读读写写。

  或许,这颠倒了“睡觉不好”与“半夜起床看书写论文”的因果关系,因为但凡熬过夜的都
明白,如果大脑皮层的细胞太过兴奋,就很难入睡,或者只是浅层睡眠。“先生和他的老朋友见
面除了寒暄,就是谈工作,彼此交流最新的工作进展,问问有什么新想法。老一辈的科学家很单
纯,他们的生活和工作几乎完全重合,或者说工作是另外一种生活方式。”

  从文献中汲取新鲜营养

  闵恩泽每天要阅读大量的外文杂志,频繁参加国内外论坛和技术开发论证会。闵恩泽认为作
科研,尤其是创新,就必须了解学科发展最新动向和国际前沿。20种左右的的外文专业期刊,
闵恩泽每个月都要从图书馆借回通读一遍,挑出一些重要文章请员工复印。“有的可能是几份,
最多的时候一篇文章复印了20多份,给的对象遍布全院,都是与大家在做的工作密切相关的;
然后再把期刊还给图书馆。”姚志龙说。

  这个习惯不知从何时开始。2000年开始,复印材料的任务落在了温朗友头上:“就像跑接
力赛,从傅军、谢文华手里,传到了我这里。这个过程既是先生从文献中汲取新鲜营养的过程
,更是指导我们紧随国际研究前沿的再教育方式。”高级工程师温朗友从1995年就跟随闵恩泽
攻读博士生,随后又做博士后,如今已是教授级高级工程师,仍在导师身边工作。

  闵恩泽要求员工的毕业论文“要有创新观点,层次要分明,文字要严谨”。宗保宁回忆起
那时候的修改过程,在改了7遍后,忍不住跑到老师那里率性而言:“改不出来了,我们的风格
不同。而且现在社会上都不这么做事的,都是‘多快好省干’。”闵恩泽纠正说:“不是风格
,是水平问题。关于‘多快好省干’,那是社会上的事,在我这里做员工,有标杆,跨不过去
就别干。”

  闵恩泽明白,人才不能光进行催化剂研究,更要能把催化剂工业化,而这需要长期锻炼。
桃李不言,下自成蹊。从1987年至今,他先后带了50多个员工,其中硕士生16名、博士生
20多名、博士后10多名,很多员工早已成为我国炼油催化行业的栋梁。如今,他的员工成了
催化剂厂厂长、总工程师,石油化工厂经理、副经理,研究院副经理、副总工程师,高等院
校的教授……

  一日三省吾身

  勤于思考,善于总结,可以避免不少弯路。“他解决问题,很讲究不断总结国内外经验,
寻求最好的方法,用来指导实践,这也是先生大家风范的体现。”温朗友说。

  “老先生经常跟我们说,一个人不可能会十八般武艺,不妨交18个各怀绝技的朋友。所以
老先生遇到化学反应工程方面的问题,就找中央大学时的师兄、中科院过程工程所陈家镛院士;
遇到膜分离方面的问题,就找他的师弟、南京工业大学副董事长徐南平院士;遇到物理化学方面的
问题,就找化学所研究员韩布兴……有了这些智力支援,他的问题也都迎刃而解。”姚志龙说。

  “‘在战争中学习战争’、‘边打边学’、‘失败和挫折教育着我们,使我们变得聪明起来’
,老先生经常用毛主席的话来激励自己也鼓励大家,边学习、边实践、边总结,从试验到失败,从
失败再到试验,在探索中摸索前进,一直到成功。”姚志龙说,他很佩服先生学透了矛盾论和实践
论。

  闵恩泽在多个场合谈过《西游记》中4人取经的启示。现在的年轻人聪明、肯钻研、善于创新,
但团队精神较差。“孙悟空有七十二般变化,有火眼金睛这样的‘现代武器’,但他也离不开那个
团队,如果没有八戒、沙僧,他一人也不能帮助唐僧完成取经的任务。”随着科学的发展,学科
间的交叉地带越来越多,一个课题、一个项目可能涉及多个学科,需要与其他科技工作者合作
“取经要经过九九八十一难,唐僧就很执著,碰到再多困难,也没有动摇取经的决心……
做事情还要讲规矩,要守法诚信。唐僧的紧箍咒就是约束孙悟空的规矩。做学问尤其如此,
不讲规矩,不成方圆;不讲诚信,难以成大器。譬如学术上的弄虚作假、剽窃之风等,万万
不可取。”

  2003年,闵恩泽与重庆画家古月闲谈,古月说四川的名山大川都去过多次,创作一幅
画时,会把在这些写生中所见的险峻奇峰、陡峭崖壁、奔腾江流、壮阔瀑布等联想起来,组
成创作。这次看似平凡的对话,闵恩泽“想到我们也要博览古今中外的论文、专利、著作,
汲取精华,醒悟清楚自己科研的起点是‘详人之不详,补人之所缺,还是自主开拓创新’。
到国家政府部门、技术市场、企业工厂、产品用户中去了解国家和市场需求,然后去设想为
当前技术服务、开发下一代产品、工艺和开辟新兴技术需要开展的课题”。