用石油“变魔术”的工程师

甲之砒霜，乙之蜜糖。用这句话来形容芳烃与人类之间的“相爱相杀”，倒也有几分贴切。芳烃，这个名字悦耳的化学物质，是一种重要的化工基本原料，与每个人的生活息息相关。人们衣食住行离不开的衣服面料、建材、橡胶、纤维等都是由芳烃资源合成的。不过，它也是人类健康的“杀手”。一旦它过多地“混迹”在汽油柴油中，会让油品燃烧性变差，产生大量细颗粒物。有研究表明，含有多环芳烃的颗粒物具有毒性、致诱变性和致癌性。如何让芳烃快速高效地跑到合适的地方为人类贡献价值？经过持续多年的科研攻关，中海油天津化工研究设计院的青年科研团队研究出了全球首套柴油芳烃吸附分离技术，目前已经实现百万吨级和成套全流程应用。34岁的李滨是该院分子筛合成及应用研究室主任，他解释说，这个技术像变魔术一样在油品和化工品之间架起一座桥梁，将汽、柴油高效转化为市场紧缺的芳烃、烯烃、绿色溶剂等化工品，让油品中的化学组分“物尽其用，各尽其能”。从目前已投产的项目来看，这项技术使得石油炼化的生产效率较传统方式提高了1/3以上，同时还具有绿色环保的优势，该技术已获国家授权发明专利48项，国际授权发明专利1项。该院院长于海斌表示，这对推动我国炼化产业转型升级，实现助力实现“双碳”目标具有重要意义。“跳”过传统工艺 物理分离芳烃我国原油以重质油、劣质油为主，炼制出的油品中，芳烃特别是多环芳烃含量很高。而我国石油炼制二次加工工艺催化裂化占重要比例，这种加工方式产生的柴油中，多环芳烃含量也较高。长期以来，如何降低柴油中芳烃含量都是困扰炼油厂的一个难题。就在炼油厂拼命想把芳烃从油品中“赶”出去、提高清洁油品产量的同时，我国炼化产业近年来又面临着时代抛过来的新问题——成品油产量过剩。当前，我国炼油工业的主要产品为汽柴油，化工品收率较低。李滨介绍，随着我国经济增速放缓及替代能源的迅速发展，眼下柴油消费需求已经达到峰值，汽油消费需求也将于2025年达到峰值，成品油过剩问题严重，急需产业转型升级。与此同时，随着人民生活水平的不断提高，对烯烃、芳烃等化工原料的需求在持续增加。开发相关油化结合技术，实现过剩油品的高值化利用，推动传统炼化产业转型升级与提质增效，已成为全行业关注的焦点。“如何利用过剩柴油中的芳烃，去增产芳烃化工品，这是我们一直研究的技术。”瞄准这个方向，李滨和团队埋头攻关，一干就是8年。他们创造性地提出了柴油吸附分离技术思路，把芳烃从油品中直接分离出来。这是对传统炼化产业加工过程的一个颠覆。李滨是吸附剂研制的负责人，他用通俗的方式来解释二者的区别，即从前是用化学的办法，通过一系列反应工序，统一改变石油的分子结构得到相应的石油产品。而现在则先通过物理分离的方法，“跳过”传统炼油的蒸馏、催化裂化等过程，用吸附剂直接把石油按照分子结构分类后再加工，低成本、高效率地实现油品组分的高效分离。用滚元宵的思路解开世界性难题吸附分离并不是一个新概念，但把柴油中的芳烃吸附分离出来，此前没有人走过这条路。柴油吸附材料的选取是关键核心技术，它的成型是世界性难题，无任何先例可循。项目立项初期，李滨和团队一直在寻找理想的吸附分离材料，他们在实验室做过无数次尝试，很多时候干脆住在实验室，可即使这样，一直没有得到满意的结果。很多创新可能都有那么一个灵光一现的瞬间。李滨笑着说，正所谓不会变魔术的厨子不是好工程师，这个世界性难题的攻克，灵感是从厨房蒸腾的热气中飘出来的。那天下班，李滨收到妻子的一条信息：“今晚想吃元宵。”李滨买了元宵回家就倒进锅里煮。盯着在水中翻滚的元宵，李滨脑子里全是白天实验室里的吸附剂，突然，一个大胆的设想蹦了出来：吸附剂成型和滚元宵是同一个思路啊！就这样，他尝试将改性淀粉引入吸附分离材料，用高粘度亲水助剂把吸附剂粉末做成小球状，吸附材料成型的世界难题迎刃而解。柴油吸附材料是一个个粒径0.4-0.8毫米的微球，相当于小米大小，但它的强度非常高。李滨说，这个微球的大小也是经过无数次实验后确定的方案，“再大一点，油通过的流速变慢，效率降低；再小一点，工程化又难以实施。”比起传统的石油生产工艺产生气体和水体排放，这种吸附分离的生产过程绿色环保，产生的有机溶剂均可回收利用，无废弃物排放，对环境非常友好。平均年龄约30岁，年轻的24岁一项科技创新，要走出实验室完成工业应用后“一跃”，才能真正实现其创新价值。2020年，应用柴油吸附分离技术的全球首创首套工业示范装置在山东滨化实现满负荷生产。于海斌表示，这标志着基于“分子工程”理念开发的全球首创柴油吸附分离技术向全面推广应用迈出了坚实一步。目前，该院先后与40余家企业完成技术交流，其中3个百万吨级项目已获批复，总加工规模超过500万吨/年。听起来，一切好像没有那么难。事实上，这项技术的研发始于2013年，技术从研究的开展到立项，再到终的工业化应用，经历了8年时间。在李滨看来，科研的道路是寂寞的，需要不断试错，“但我始终相信这条路一定能走通。”这个团队平均年龄约30岁，其中年轻的只有24岁。在外人眼中，这是一支充满活力又战斗力十足的队伍。“吸附分离”被李滨的团队戏称为“媳妇分离”：近年来，项目组核心团队成员每年出差都在200天左右，李滨和负责生产及应用同事出差甚至超过200天。这群工科男很少抱怨，他们用自己的幽默化解长期与家人分离的苦闷，“可以说我们以与‘媳妇分离’换取了吸附分离技术的成功。”李滨憨笑着说。李滨庆幸自己的科研之路赶上了国家和行业发展的重大需求。他计划着进一步拓展柴油吸附分离技术的应用领域，开发相关产业链延伸技术，打造油化结合的系列成套技术。他说，“我们这一代要肩负起炼油化工转型升级的时代重任。”