石油化工的科学研究

石油化工的科学研究

石油化工的科学研究是指以石油或天然气为原料制造化学产品的科学研究与技术开发工作。

中国的石油化工是在化学工业发展的基础上建立起来的。中国对石油化工技术的研究开始于1956年，经历了50年代的准备，60年代的创业和发展。〔63〕70年代开始，大批科技成果不断涌现并应用于生产，使科学研究成果转化为生产力。这时，科研工作还配合国外石油化工装置的引进，本着“一学二用三改四创”的精神，消化、吸收、改造、提高引进技术，为引进装置的迅速投产和投产后提高装置综合利用及深度加工水平做出了贡献。

1．石油化工科研工作的准备和创建

约在20世纪40年代末、50年代初，美国的石油化工技术开始向世界范围发展。从此以后，新型合成材料逐渐代替天然材料，促进了以石油为原料的基本有机化学工业的大发展，使之在化学工业中的比重愈来愈大。

50年代初期，中国的炼油工业有了初步发展，可以提供大量的炼厂气。尤其是60年代初，大庆油田的开发成功为石油化工提供了丰富的石油资源，促使国内化学工业向石油原料路线的转变。而发展石油化学工业，首先就要解决基础原料的来源，即解决有机合成工业所需的烯烃、炔烃、芳烃等原料来源，其中又以解决乙烯来源为主。有了这些基础原料，才可以发展有机合成工业，从而进一步发展塑料、合成橡胶、合成纤维等高分子材料以及其他石油化工产品。(www.guayunfan.com)为解决基本有机合成工业发展急需的原料问题，根据《1956—1967年全国科学技术发展规划》的要求，化学工业部对化学工业科学的发展提出了113项主要科研项目要求，其中，石油化工方面列入了综合利用石油气和天然气资源的研究课题，还提出了开展合成橡胶、合成纤维、合成树脂等高分子合成材料方面的研究。

综合利用石油气资源，重要的是从石油气中分离出能供发展有机合成工业所需的基础原料，因此，首要的是研究石油气分离技术。1956年，沈阳化工研究院首先开展了石油气超吸附分离烯烃、乙烯直接氧化制环氧乙烷、直接法合成丙烯腈、石油烯烃制仲烷硫酸酯类洗涤剂以及低压聚乙烯等课题研究。1957年，北京石油学院开展了石油烯烃制丁醇和戊醇、中国科学院长春应用化学研究所开展了丁二烯的定向聚合、石油工业部四川天然气研究室开展了天然气空气氧化制甲醛、四川省永川天然气化工研究所开展了天然气氰化制氢氰酸等项课题的研究。1958年，北京化工研究院成立，以石油化学科技研究为中心开展研究工作，主要的课题有：乙烯氧化制环氧乙烷及乙二醇、丁烷及丁烯脱氢制丁烯及丁二烯、丙烯高温氯化试制环氧氯丙烷、异丙苯法制苯酚和丙酮、碳6—碳8混合烯烃羰基化、氯乙烯乳液连续聚合制聚氯乙烯、加油低温丁苯橡胶等。后来又开设了原油蓄热炉裂解制烯烃、石油裂解气深冷分离、丙烯氨氧化制丙烯腈、直接法合成三异丁基铝、乙丙橡胶、聚丙烯、悬浮法聚苯乙烯可发性泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫人造革等研究课题。上海化工研究院开展了以乙烯、中压铁剂合成汽油、裂化汽油、迭合汽油为原料合成异辛醇、丙醛和丙酸，以及管式法高压聚乙烯等研究课题。辽宁省化工研究所研究石油烃裂解和脱氢技术。中国科学院石油研究所研究熔盐炉高温热解石油裂化气制乙烯技术，中国科学院燃料化学研究所研究石油馏分脉动氧化裂解制烯烃、芳烃和合成气技术。以上不少研究课题，是以酒精发生乙烯为原料的，是中国石油化工科学研究的基础性工作。

化学工业部在1959年编制的科学技术发展纲要中，进一步明确提出要利用石油烃制造各种关键化工原料，要求继续进行石油烃分离与精制研究，完成环氧氯丙烷、甘油、苯酚、丙酮、丁二烯等中间试验研究；深入开展聚乙烯、丁二烯等聚合催化剂的研究；还提出积极开展沸腾床氧化制顺丁烯二酸酐、超吸附分离烯烃、羰基合成高级醇等化工新技术的研究。承担主要研究任务的单位有北京化工研究院、锦西化工设计研究分院、上海化工研究院、吉林化学工业公司设计研究院等。随后，又在1960年编制的三年科学技术发展规划及八年科技发展纲要中，明确提出要重点发展石油化学，并把开发四川天然气的综合利用作为主要科研任务。

到20世纪50年代末，中国不仅有了研究石油化工的专业研究院和一支专业科学研究队伍，而且在开展综合利用石油、天然气为原料试制合成洗涤剂用烷基苯、石蜡氧化制高级脂肪酸等的研究方面取得了进展，对有机化工原料、高分子合成材料的研究也初见成效。

利用乙烯和其他烯烃作原料，可以试制有机化工原料和合成材料。1962年初，兰州化学工业公司的石油乙烯装置投产，开始生产出代表石油化工的乙烯产品，为中国石油化工的科学研究和技术开发开拓了广阔前景。第三个五年计划期间，三项石油化工科研任务列入了国家第一批重点研究项目。这三个项目是：从石油中制取基本有机原料与合成材料，从石油、天然气中制备合成氨和尿素，建立天然气化工利用的研究基地。

1966年，试验研究乙烯生产技术有了突破。在方箱管式炉裂解和中压油吸收技术取得成功的基础上，北京化工研究院开发了深冷分离烯烃技术，使乙烯的收率和质量有了显著提高。上海、北京、大连的一些化工企业利用这项技术制得了聚合级乙烯和丙烯，还试制成功了苯乙烯、环氧乙烷、乙二醇、环氧丙烷、丙二醇等有机原料，并有小批量生产。此外，丁烯氧化脱氢制丁二烯、丙烯氨氧化制丙烯腈、羰基合成高级醇、异丙苯法制苯酚和丙酮等13个重点项目，有关单位也完成了中间试验，取得了成套技术数据，为工业化试验创造了条件。至此，中国石油化工科学研究到了一个转折时期，为下一步发展奠定了基础。

2．石油化工科学研究与技术开发的进展

20世纪60年代中期，随着科技工作的进步，中国石油化学工业已向前迈出了一大步。但总的来说，中国当时的石油化工技术水平与国外的差距还很大，尤其在加工工艺、综合利用、仪表自控程度、分析测试方法等方面都还比较落后。为了缩短同国外技术水平的差距，化学工业部于1966年3月召开了全国化工科研工作会议，要求科学研究工作在1968年以前完成32项中间试验项目；5年内解决石油裂解制乙烯、丙烯、丁二烯、异戊二烯、苯和萘，解决分离、精制技术问题。同时，加强对合成材料的开发研究，试产腈纶、低压聚乙烯、顺丁橡胶、乙丙橡胶等品种；适当建立中小型石油化工装置，生产聚丙烯、低压聚乙烯、聚苯乙烯、涤纶和锦纶，并突破几个技术难题，做到自力更生地发展合成材料工业。当时预计总目标实现后，到1970年，中国石油化工的科学技术水平可赶上国外60年代的水平，在石油裂解和分离技术上可以接近当时世界先进水平。可惜的是，十年动乱的干扰和破坏，造成科研机构搬迁下放、科技人员被迫离开研究单位，致使科研工作丧失了大好时机，延缓了中国石油化工的发展进程。尽管如此，在广大科技人员的努力下，这一时期的科研工作还是取得了一定的成绩。

根据国民经济发展的需要和集中力量打歼灭战的指导思想，当时石油化工科技工作的迫切任务是配套解决有关中小型石油化工企业的技术问题。化学工业部从1964年起到1973年，连续组织了全国有关科研、设计、高等院校和生产单位各方面的技术力量，对石油化工重大科技项目进行攻关会战，努力争取用较短的时间取得重大的突破。

(1)合成纤维的攻关会战

1964年，化学工业部组织了聚丙烯腈、锦纶、聚氯乙烯等合成纤维的技术联合攻关，包括合成纤维配套所需的助剂、染料方面的科研会战。通过技术攻关会战，解决了生产中的许多技术难题，形成了一定的生产能力。1965年，北京有机化工厂和四平维尼纶厂的聚乙烯醇、天津合成纤维厂、锦西化工厂和南京化工公司的己内酰胺、吉林化学公司的丙烯腈、北京合成纤维实验厂的聚氯乙烯纤维等装置，相继建成并顺利投产。

(2)丙烯腈的攻关会战

1965年，化学工业部在上海市石油化学研究所组织了丙烯腈催化剂会战，经过10个月的共同努力，达到了预期目的，筛选出优良的催化剂，并取得了20公斤放大制备的工艺条件，丙烯腈单程收率稳定在66％左右。上海试剂总厂、兰化公司和锦州石油六厂还进行了催化剂扩大制备试验。1970年秋，山东淄博石油化工厂在原有的300吨规模丙烯腈装置的基础上，建成2000吨规模的新装置，具有工艺简单、设备造型小、布置紧凑等特点。

为了进一步研制收率高、副产乙腈少的催化剂，燃料化学工业部于1970年6月决定在淄博石油化工厂进行丙烯腈新型催化剂的会战。1971年研制成一种固定床催化剂，1972年开始向流化床过渡，先后突破了成型、活化、寿命等关键指标，研制成功微球新型催化剂，丙烯腈单程收率稳定在70％～75％。这种新型催化剂已用于生产装置。

1970年4月，国务院决定采用国内技术在大庆石油化工总厂新建一套年产5000吨丙烯腈装置。会战由燃料化学工业部组织，该部第一设计院承担主设计工作，轻工部、建材部、黑龙江省所属设计院和北京化工学院等大专院校参加。这套装置采用丙烯氨氧化法工艺路线，使用大型导向挡板沸腾床反应器，采用五塔萃取流程，利用自主开发成功的催化剂进行生产。这套装置的建设仅用了一年时间，于1971年8月试车投产一次成功，产品质量达到国家一级标准，在技术上胜过兰化公司从联邦德国引进的万吨级装置。这是国内自行研究、自行设计、自行建设的第一套大型丙烯腈装置，工艺先进，产品质量好，科研放大效果也较好。

(3)低压聚乙烯的攻关会战

1966年，化工部组织全国13家单位在广州塑料厂和上海高桥化工厂进行全国性低压聚乙烯技术攻关会战，历时两个多月。会战结束，产量、成本、消耗、催化剂收率等均达到会战要求指标，并提供了从原料到成品的一整套分析方法。会战期间，他们还对广州塑料厂150吨规模、高桥化工厂2000吨规模、广西化工研究所150吨规模、浙江湖州150吨规模、厦门50吨规模的装置设计进行了审定，吸取各单位的先进经验，总结出一套较先进的低压聚乙烯工艺流程。

(4)顺丁橡胶的攻关会战

1966年，为加快合成橡胶的开发速度，在国家科委的领导下，由化工部、第一机械工业部、石油部、中国科学院和高等教育部联合组织顺丁橡胶技术攻关会战。会战内容包括单体、催化剂制备、聚合、后处理，“三废”治理，分析测试，仪表控制，设备制造等全套技术。参加会战的单位有兰化公司研究院、锦州石油六厂、长春应用化学研究所、兰州化学物理研究所、太原燃料化学研究所、石油部北京设计院、化工部第一设计院、北京橡胶设计院、北京石油学院、大连工学院、天津大学、浙江大学等几十家单位。1968年，兰化公司研究院参加了石油六厂千吨级中试装置会战，通过了以苯为聚合溶剂的100天长周期运转流程，解决了聚合挂胶的问题。但以苯作溶剂，毒性大，有损操作工人的身体健康，因此，长春应用化学研究所会同石油六厂在千吨级装置上继续试验研究，最后实现了采用汽油溶剂生产的长周期运转，取得了工业装置所需的全套设计数据。

北京石油化工总厂胜利化工厂在石油六厂千吨级中试装置基础上，建设了一套年产1.5万吨的顺丁橡胶装置。但是，这套装置投产后，运转不正常。1973年，燃料化学工业部召集当年参加会战的有关单位，对顺丁橡胶的生产工艺、设备、质量进行了全面调查，决定再次组织全国十几家单位在胜利化工厂开展攻关会战，内容包括减轻挂胶、延长运转周期、提高产品质量、解决污染四个难题。经过两年多的攻关会战，终于在1976年初解决了以上四个问题，聚合釜运转周期由7至10天延长到240天，达到国际先进水平；产品质量接近国外同类产品水平；主要原材料和动力消耗，达到或低于设计指标；聚合生产能力，达到年产顺丁橡胶1.5万吨的设计指标。顺丁橡胶工业装置技术攻关的顺利完成，开发了以丁烯氧化脱氢、乙腈萃取蒸馏制丁二烯和以汽油为聚合溶剂的顺式聚丁二烯工业生产全流程的新技术，并为顺丁橡胶生产技术赶上世界先进水平创造了条件。

(5)聚丙烯的攻关会战

1967年，化工部召开了聚丙烯科研、设计会战会议，有15家单位、41位代表参加了会议。这次会议明确了会战目标是在国内现有聚丙烯研究的基础上，集中力量攻关，为中南化工厂聚丙烯设计提供数据。会战着重解决原料净化、聚合堵釜堵管、活化剂制备等工艺流程中存在的一些问题，并对聚丙烯加工、抽丝、防老化等方面加强研究。这次会战由化工部第五设计院、南京长江炼油厂、兰化公司石油化工厂、北京化工研究院、上海高桥化工厂等单位约50余人，分别在北京、上海、南京三个地区进行。通过这次会战，提出了聚丙烯装置初步设计方案，为国内建设中小型聚丙烯企业创造了条件。

1970年，北京化工研究院接受了为北京燕山石油化工公司向阳化工厂建设年产5000吨聚丙烯(包括催化剂)生产装置的设计任务。为使装置迅速建成投产，燃料化学工业部于1973年组织有关单位在向阳化工厂进行会战，使工艺得到进一步完善，同年投产，生产出合格的产品。这是中国采用国内科研成果，自行设计、自行建设的第一套中型聚丙烯工业装置。通过全国性的科研、设计、生产三结合技术攻关会战，攻克了一系列技术难关，改进和完善了工艺流程，促使科研项目迅速向生产力转化，建立工业装置，为国家创造了物质财富。此外，会战成果还为国内发展中小型企业和老厂技术改造奠定了技术基础。

进入20世纪70年代，国内自主研究、开发的科技成果，开始陆续推广应用到生产中去。据不完全统计，应用国内科技成果建立起来的石油化工中小型装置，到1970年，已经生产的基本有机合成产品品种达50多种，其中有一半是以石油为原料制成的，如乙烯、丙烯、丁二烯、环氧乙烷、乙二醇、环氧丙烷、丙二醇、丙烯腈、环氧氯丙烷、苯酚、丙酮、苯、甲苯、苯乙烯等主要石油化工产品。这些装置的建立使有机原料产量增加，合成材料的生产也有了较大的发展。兰州化学工业公司最先采用北京化工研究院开发的石油气深冷分离技术，将原来由苏联援建的油吸收装置改造成深冷分离装置，这是国内第一套万吨级深冷分离装置。这家公司还利用国内科技成果建设了其他生产装置。此外，国内开发的科技成果还在北京燕山石油化工公司和上海、岳阳、齐鲁、大庆、高桥等石油化工、化纤联合企业的建设和生产中发挥了作用。但是，在这些装置的建设过程中，因受极左思潮的影响，有些装置在材料、设备和工程放大等方面，不完全符合技术要求，以致建成后不能正常运转，有的甚至无法开车，不仅造成巨大浪费，还在一定程度上影响了石油化工的发展速度。

随着天然气的开采，天然气化工的研究和开发逐步得到加强。中国天然气化工利用科研主攻方向有天然气空气氧化制甲醛、天然气制乙炔、天然气氯化制甲烷氯化物、天然气制氢氰酸和天然气提取稀有气体等几个方面。

稀乙炔提浓是天然气制乙炔的重要部分，是天然气综合利用和建立有机化工、无机化工联合企业的关键。为此，科研部门开展了活性炭超吸附提浓乙炔，以及采取丙酮法、二甲基甲酰胺法、N—甲基吡咯烷酮法、液氨法等溶剂法提浓乙炔的研究。到1965年，有些研究课题完成中间试验，取得成果，并通过了部级或省级技术鉴定。一些科研成果已在天然气资源较丰富的四川省推广应用，建立了一些中小型生产装置，发挥了作用。到1979年，取得成果并已用于生产的研究课题有天然气蒸汽转化制合成气、合成氨，天然气制甲烷氯化物、甲醛、氢氰酸、碳黑，以及天然气提取氦气等；处于设计建厂阶段的项目有天然气部分氧化法多管炉制乙炔，低温甲醇法乙炔提浓，浓乙炔制维尼纶、聚氯乙烯、氯丁橡胶，天然气氨氧化制氢氰酸、氰化钠和黄血盐钠等；已通过或达到部、省级技术鉴定指标的还有天然气部分氧化法稀乙炔水合制丙酮、天然气部分氧化旋焰炉制乙炔、天然气稀乙炔制氯乙烯中间试验、国产铜系催化剂低压合成甲醇扩大试验、乙炔气相合成醋酸乙烯新型催化剂、天然气制硝基甲烷、常温二甲基甲酰胺提浓乙炔、天然气乙炔提浓尾气非转化—催化法制甲醇等。这些成果表明，中国天然气化工科研已进入工业化的新阶段，开辟了一条由天然气生产氢氰酸、甲醛、四氯化碳等化工产品的新路线。

3．石油化工现代化的科学研究与技术开发

自20世纪70年代以来，中国陆续引进了不少大型石油化工生产装置，这些装置的建成，无疑将加速国内石油化工向现代化迈进的步伐。但是，引进装置所用的催化剂，大部分只购买了使用权(外商一般不出售催化剂制造技术)，投产后绝大多数装置只能使用进口催化剂。然而，进口催化剂价格昂贵，要耗费大量外汇。为此，有关科研单位开展了催化剂、助剂及其他重要配套项目的研究。

为了做好引进装置的配套科研工作，确保国内科学技术的迅速发展，燃料化学工业部于1973年元月召开了配合进口石油化工装置科研工作座谈会，参加会议的有15家科研单位，8家设计、建设单位，共60名代表。会上传达了中央有关人员对引进国外装置的指示和全面贯彻“一学二用三改四创”的方针。在弄清了引进国外技术与促进国内科研工作关系的基础上，制定了安排引进装置配套科研工作的原则。对于国内已有正常生产装置的引进项目(如裂解分离、聚丙烯、高压聚乙烯等)，着重研究不同点，如研究新型管式炉、高效催化剂等。对于技术路线与引进项目相同，且已完成或正在进行中试的项目，可借鉴国外技术，争取尽早工业化，如直接水合法制乙醇、乙烯制醋酸等。对于国内尚未建立中试装置的项目，集中力量扎扎实实搞好各项配合科研工作，如“三剂”研究，特别是催化剂的研究，要努力赶超世界先进水平。对于国内已有或正在建设中试装置而与引进项目技术路线不同的项目(如异戊橡胶、丁基橡胶等)，要结合国情，对各种技术路线作出技术、经济综合比较，力求尽快取得成果。按照安排配合引进装置科研工作的原则，具体落实了配合每套引进装置科研工作的归口科研单位和科研任务。

催化剂是引进技术的关键，燃料化学工业部重点安排了配套催化剂的研制工作。1974年，在北京召开了已签合同的引进石油化工装置催化剂研制工作会议。会议明确了科研任务和相应的基建任务，落实了研制单位，并制订了具体的科研计划。

1979年3月，在广州召开了引进石油化工装置所需催化剂研制工作会议。会议听取了有关研究院(所)对催化剂研制工作的汇报和技术总结报告，总结了自1977年以来各承担任务单位催化剂研制工作的情况，会上通过了“碳二馏分气相选择加氢除炔烃催化剂”的部级鉴定，以及碳三液相加氢除炔烃催化剂、裂解汽油一二段加氢催化剂、稀土分子筛甲苯歧化小球催化剂等6项技术总结，并认定可作生产装置设计和试生产的技术依据。

自开展石油化工引进装置催化剂配套研制工作以来，已取得可喜成绩。为进一步加强科研、设计、生产、使用单位的合作，尽快将催化剂科研成果推向工业化生产，1980 年5月，化工部科技局在苏州召开引进石油化工装置所需催化剂初步定型鉴定会议，化工部、纺织部、上海市化工局、苏州市化工局和有关科研、设计、生产、使用部门，包括高等院校，共52家单位的90多位代表参加了会议。经过认真讨论，大会同意二甲苯临氢异构化制对二甲苯催化剂、乙烯水合制酒精催化剂等6项催化剂的初步定型鉴定，并分别视不同情况推荐作为催化剂生产和使用的依据。会议还对如何尽快将研制的催化剂应用于工业生产装置开展了热烈讨论。会议期间，科研、生产、使用单位签订和商议签订了16种催化剂试生产和试用合同，为国产催化剂用于国外引进装置创造了具体条件。

20世纪70年代引进的国外先进装置的投产，在很大程度上改变了国内石油化工的落后面貌，而配套催化剂的研制成功，不仅使催化剂立足国内，为国家节约大量外汇，而且提高了国内科学研究水平。到80年代初期，用于石油化工引进装置的39种配套催化剂(包括干燥剂)全部完成了研制任务。其中，碳二及碳三加氢除炔烃催化剂、乙烯氧化制环氧乙烷催化剂、裂解汽油加氢催化剂、乙烯氧氯化法制氯乙烯催化剂等已应用于生产，低压聚乙烯研磨法催化剂已在不少中小型低压聚乙烯装置上使用，聚丙烯络合Ⅱ型催化剂已用于间歇法本体聚合生产装置。此外，还有许多研制的新型催化剂正在中试或放大试验，不久也将投入引进装置使用。

天然气化工科研方面，为配合引进的13套大型合成氨装置(其中8套是以天然气或油田气为原料的)所使用的催化剂完全立足于国内，西南化工研究院、南京化工研究院、化工部化肥工业研究所等单位进行了配套催化剂研究，研制出的大批优质催化剂产品已在大型合成氨厂试用。有9种催化剂已全部立足于国内，并研制成功性能更好的脱硫剂、氨合成催化剂等。其中，球形氨合成催化剂的制备工艺系国内首创，低压法合成甲醇催化剂已用于年产8万吨甲醇装置。西南化工研究院研制成功的一、二段转化催化剂Z107、Z204、Z204R，在四川泸州天然气化工厂、大庆化肥厂、吴泾化肥厂、湖北省化肥厂30万吨合成氨装置上试用，运行效果良好，基本上满足了生产要求。