从催化材料的创新到新技术的突破

        近日，第十六届中国专利金奖评选结果揭晓，共有20个项目获奖，其中中国石化股份公司和上海石油化工研究院的发明专利“C4烯烃催化裂解生产丙烯的方法”榜上有名。这是中国石化获得的第16个中国专利金奖，也是上海石化研究院的发明专利第5次荣获金奖。

        近年来，我国炼油能力和乙烯产能位居世界前列，炼化装置每年副产的C4资源总量在2000万吨以上，而这些C4资源的利用途径单一，大多用作燃料等低值消耗，影响企业的经济效益。与此同时，乙烯、丙烯用途广泛，市场需求量大，如何有效提高资源的利用率成为行业内重点课题。

        面对国家和企业的重大需求，在中国石化的支持下，上海石化研究院迎难而上，2000年即展开C4烯烃催化裂解生产丙烯技术攻关，并先后得到“十五”科技攻关计划、“973”计划和科技支撑计划等多项国家级科研课题的支持。

        具有均匀微孔的分子筛是一种性能优异的催化材料，常应用于催化裂解反应中。而该项目的目标产物乙烯、丙烯的化学性能非常活泼，在反应条件下非常容易结炭而导致催化剂失活，采用现有的催化剂无法解决活性低、寿命短等问题。

        以“973”首席科学家谢在库教授为首的项目攻关团队及时转变思路，在世界上首次提出全结晶分子筛催化材料新概念，创制了分子筛催化剂复合孔道构建技术，发明了一种高结晶度分子筛催化剂制备方法，合成了具有稳定结晶骨架、大孔—介孔—微孔复合的新型多级孔分子筛材料。

        “这项发明的独特之处是催化剂实现了完全的晶化，整体都是有效组分，具有更多的有效活性中心和更多的扩散通道，具备高反应活性，保持了高选择性和稳定性。”发明人之一的滕加伟教授说。试验结果表明，该催化材料反应空速是同类技术的3倍以上，催化剂稳定性达到同类技术的7倍。

        在此基础上，上海石化研究院建立起高结晶度分子筛催化材料制备技术平台，申请相关专利30余项，形成自主技术的专利保护网络，并进一步将该分子筛材料拓展到其他材料应用领域，用于制备高性能的催化剂、吸附剂等，在新型煤化工、石油化工等领域具有良好的应用前景。

        新型催化材料是新工艺的先导和基石。新型全结晶催化材料的成功研发，带来了C4烯烃催化裂解工艺的技术突破。以该催化剂为核心，反应器开发、工艺流程设计、工程放大等技术难关相继得到攻克，形成了烯烃裂解成套工艺技术。而C4烯烃裂解技术的开发，开创了一条从催化材料创新带动工艺创新并进一步实现产业化的创新之路。

        按照新型催化技术的特点，技术攻关团队开发了大型绝热式固定床反应器技术和内循环工艺流程。针对烯烃裂解反应特征，成功开发了新型的低床层阻力降的反应器。开发的内循环工艺把单次通过后未反应的C4烯烃重新循环回反应器，而无须外加稀释剂，技术效果显著。

        为加快技术的转化，上海石化研究院与中原石化、工程建设公司紧密合作，先后完成该发明专利技术工业实施方案可行性研究与装置设计。他们成功开发集成C4烯烃催化裂解制丙烯成套技术，并于2009年11月在河南濮阳建成6万吨/年工业装置，成功实现工业转化。2011年，该装置又与甲醇制烯烃（MTO）装置实现集成，使MTO装置的双烯收率从81%提高到87%。目前该发明专利技术已经在国内多套大型煤化工装置建设中推广应用。

        业内专家评价道：“项目总体技术指标达到国际领先水平，具有显著的经济效益和良好的推广应用前景。”

        该项目相关技术先后获得中国石化集团公司技术发明一等奖、上海市技术发明一等奖、国家技术发明二等奖等荣誉。