双氧水制环氧丙烷“出龙”记

    耗时15年，仅固定设备投资就达12.8亿元，中国石化双氧水制环氧丙烷项目历经的艰难过程可视为我国基础性、原始性自主创新的一个缩影。

    双氧水制环氧丙烷是什么？

    15年前，中国石化迈开了双氧水制环氧丙烷的第一步，此后将这一项目列入中国石化科技攻关“十条龙”计划，成为中国石化的顶级科研项目。中国石油化工集团公司董事长、党组书记戴厚良多次参加项目评议会，督促项目进展，重要性可见一斑。

    双氧水制环氧丙烷技术到底牛在哪里？要搞清这件事，先要了解一下环氧丙烷。这是一个非专业人士一看就懵的专业名词，作为一种基础性石化原料，在石化业内大名鼎鼎，是位居聚丙烯和丙烯腈之后，排名第三的丙烯类衍生物。

    中国石化长岭炼化（下称“长岭炼化”）副总经理陈斌介绍，环氧丙烷用途广泛，主要用于生产聚醚多元醇、丙二醇和各类非离子表面活性剂，比如聚醚多元醇，就是“做聚氨酯泡沫、保温材料、涂料等这些材料的主要原料之一，冰箱、空调、汽车里都要用，工业生产和日常生活中都很常见”。

    这还仅是环氧丙烷诸多用途的一小部分。在化工、纺织、日化、农药等多个产业中，常常能看到环氧丙烷的身影，几乎贯穿于人们的衣食住行等方方面面。作用如此之大且不可或缺，环氧丙烷多年来一直供不应求，但环氧丙烷的生产制造一直存在着高污染、高危险等问题。

    湖南长岭石化科技开发有限公司第二研发部主任何驰剑介绍，环氧丙烷本身就是易燃易爆化学品，采用氯醇法生产环氧丙烷需要用到的氯气是一种剧毒气体，生产过程对环境尤其是对水的污染严重。“生产一吨环氧丙烷，要用40吨水以上，耗水量极大，同时产生40吨以上的含氯废水，极难处理，环保风险高”。

    外资巨头走在前列，

    买技术不行吗？

    当前，国内占比超过80%的环氧丙烷都是采用氯醇法。为此，国家2011年产业结构调整目录明确限制发展氯醇法，从2015年开始禁止新建氯醇法装置。世界上其他国家也纷纷强制淘汰氯醇法环氧丙烷生产线。

    国内外都在探索环保安全的新方法，国际化工巨头巴斯夫和德国赢创走在了前面，先后掌握了双氧水制环氧丙烷技术。陈斌说，“业内把这种技术叫作HPPO，副产物极少，污染少，投资也少，优势非常明显。”

    既然有了这么好的技术，买过来不就行了吗？的确，身为我国石化业龙头的中国石化就动过这个心思，更别说其他石化企业。

    但国际巨头凭借垄断优势，技术转让要价极高。据中国石化内部人士透露，中国石化曾讨论购买HPPO,一谈判，对方仅环氧丙烷制备部分的技术转让费就要价上千万欧元。

    不止于此，双氧水制造技术还要捆绑销售、单独计价。何驰剑介绍，东北一家企业上马双氧水制环氧丙烷新产线时，外资合作方转让条件之一就是捆绑销售其高浓度双氧水，“双氧水卖得很贵，外资巨头赚得盆满钵满。”

    更重要的是，陈斌介绍，“现在国内规划的环氧丙烷新产线基本以HPPO技术为主。”这意味着，如果依赖进口技术，我国就可能在这一基础石化领域失去话语权。

    经过15年攻关，2018年12月，中国石化“10万吨/年双氧水法制环氧丙烷成套技术开发”的项目飞越关山，技术鉴定结论认为，中国石化“总体技术达到国际先进水平，其中催化剂技术和物耗达到国际领先水平”，中国石化成为全球第三家掌握HPPO的公司。

    从原始创新到商业运营，

    自主创新为何难？

    2004年，中国工程院院士舒兴田希望在国内找一个实验室，探索双氧水制环氧丙烷技术。

    2019年，该项目有望正式投入商业运营，中国石化内部称之为“出龙”。

    据了解，早在1991年，当时的石化总公司就提出把科研、设计、生产、设备制造、施工组织起来进行科技创新，叫作“一条龙”联合攻关。当时选择了10个联合攻关项目，被称为“十条龙”。此后，“十条龙”成为中国石化重点项目攻关的代名词。

    研发环氧丙烷新型制备方法，中国石化选择了偏居一隅的长岭炼化作为牵头单位。陈斌回忆，长岭炼化接下双氧水制环氧丙烷这副重担，首先是因为在中国石化内部，长岭炼化素有重视研发的名声，先后有6项技术在长岭炼化实现国内首次工业应用，5项技术填补国内空白。此外，双氧水制环氧丙烷与长岭炼化已有的己内酰胺相关技术一脉相承，长岭炼化就主动去中国石化总部争取项目。

    不承想，这一干就是漫长的15年，从实验室到小试、中试，再到向工业转化阶段的 10万吨项目装置，哪怕是10万吨项目装置运行后，还要经历长达4年，才能最终达到稳定运营的状态，也才能宣布该项目正式“出龙”，对外推广。

    “每一步都很难。”参与该项目的民营企业——湖南长岭石化科技开发有限公司党委书记王伟回忆，“项目刚开始，在国际上查不到什么资料，就像是在一间黑屋子里，没有灯，不知道往哪里走。”

    第一道难关是寻找合适的催化剂，差不多花了一年时间。王伟说，丙烯是制造环氧丙烷的原料，可以与很多的催化剂发生化学反应后生成环氧丙烷，反应会有无数种形式，要选择，要控制，很麻烦。“巴斯夫曾花了10多年找催化剂。就算找对了催化剂，双氧水与丙烯反应，生产出来的可能只有一丁点环氧丙烷，大部分是副产品，要在沙子里挑芝麻，这种事情在石化行业很多。”

    试验是第一步；第二步是“小试”，也就是根据实验室效果进行放大；第三步是根据小试结果继续放大，即“中试”。

    真正的挑战是2012年中试以后。陈斌说，2012年4月6日，中国石油化工集团公司董事长、党组书记戴厚良批示，项目要抓紧时间推进，形成可商业化、可复制的成套HPPO技术。

    长岭炼化决定上马10万吨HPPO 项目装置，投资额超过12亿元。此时，中国石化的研发模式就显现出强大的优势。

    2018年，国家提出要推进产学研用一体化，支持龙头企业整合科研院所、高等院校力量，建立创新联合体。“我们自始至终就是靠这样的创新联合体才做成了自己的HPPO技术。”长岭炼化董事长、党委书记、总经理王妙云说。

    HPPO项目堪称高危项目。双氧水非常活跃，丙烯是易爆品，将两个非常危险的东西放在一起，“如果过程不可控，极容易爆炸。”何驰剑说，在国内，双氧水生产企业没有发生爆炸事故的是极少数。在项目中后期，长岭炼化双氧水制环氧丙烷项目也发生过安全事故。“当时对大家的打击比较大，感觉压力很大，但是，领导坚定支持，要继续干下去。”

    2014年12月6日，总投资12.8亿元，具有自主知识产权的国内首套10万吨/年HPPO装置建成投产一次成功。2015年4月，长岭炼化环氧丙烷项目配套装置15万吨/年双氧水装置建成投产。

    2018年底，长岭炼化环氧丙烷装置完成大负荷运行标定试验，环氧丙烷产品纯度稳定在99.95%以上，产品质量达到国家优级品标准，该技术进入成熟可推广的阶段。

    王妙云介绍，年产值已近500亿元的长岭炼化今后在化工方面，将以环氧丙烷、富含芳烃馏分利用为重点发展方向，扩大环氧丙烷装置生产能力，延伸聚醚等特色化工下游产业，力争在2025年左右基本完成产业结构调整和转型升级。 

    此外，除了长岭炼化本身，中国石化还计划在福建投建20万吨的双氧水制环氧丙烷项目。陈斌说，“来学习、洽谈的企业很多”。

    数据显示，2014—2018年我国环氧丙烷产能增长速度由高速转为平缓，5年复合年均增长率5.2%，对环境不友好的传统氯醇法工艺不允许再建，环氧丙烷依然处于供不应求的态势。

    专家点评

    中国工程院院士汪燮卿：

    双氧水制环氧丙烷成套技术将产生重要影响

    目前，生产环氧丙烷的工业化方法有氯醇法、共氧化法和双氧水直接氧化法。

    氯醇法转化率低，耗氯量大，设备腐蚀严重，污染严重，生产1吨环氧丙烷就副产2吨废渣和40～80吨含氯废水，国内环氧丙烷大多采用此法生产。由于环境污染严重，不再允许新建装置，已有装置也面临逐步淘汰的窘境，《国家产业结构调整指导目录2011》中已将其列为限制类。共氧化法工艺复杂，流程长，对设备要求高，投资大，副产多，有污染，特别是受到联产物市场的制约。

    国内外都投入大量的人力和物力进行无污染、低成本的环氧丙烷生产新方法研究。长岭炼化、中石化石油化工科学研究院和湖南长岭石化科技开发有限公司等历时15年共同研发的具有自主知识产权的双氧水直接氧化法合成双氧丙烷（HPPO）技术，打破了国际垄断，填补了国内空白。该工艺具有条件温和、工艺流程简单、产品选择性好、原子利用率高、环境友好等特点。HPPO工艺是国际公认的绿色环保生产技术，将成为新建环氧丙烷项目采用的主要工艺，是环氧丙烷合成技术的发展趋势。

    中石化自主研发的双氧水制环氧丙烷成套技术已获得授权发明专利17项，其中国外专利12项。该技术通过了中石化技术鉴定，具有显著的创新性和自主知识产权，总体技术达到国际先进水平，其中催化剂技术和物耗达到了国际领先水平。