石油石化百年 創新之火正旺

文／傅向升

艱苦創業、持續創新，成就了我國石油石化工業百年歷史。

中國石化工業從范旭東創辦永利堿廠算起已過百年，但在建國前夕產業規模只有1.77億元，用范旭東對妻子的話說“那是一個讓人害羞的數字”。新中國建立后，我國化學工業開啟了新紀元，1978年達到355.2億元。改革開放以后，我國石化產業邁上了快速發展的軌道，2010年高于8.76萬億元，從此中國成為世界第二的石化大國和世界第一的化工大國。2021年，石化規上企業營業收入14.45萬億元，創歷史紀錄。

回顧我國石化工業百年歷程，離開了創新就不會有今天現代化的石化工業。石化工業百年史就是一部創新發展史。

精細化工：農藥

據國家統計局數據，2010年以來我國農藥年產量一直超過200萬噸，始終穩居世界第一。就今天“四分天下”的世界農藥格局看，中國也已經邁入農藥強國序列。新中國之所以能夠成長為世界農藥大國，創新是關鍵要素。

世界農藥工業從上世紀40年代進入化學合成的現代農藥工業快速發展階段。中國農藥工業在新中國成立前幾乎是空白，新中國成立后在推動經濟社會發展中發揮著重要作用。

新中國成立以后，為解決近5億人的吃飯、穿衣問題，國家十分重視農藥產品的創新與農藥工業的建設與發展。重工業部化工局化工實驗所（后來的化工部沈陽化工研究院）于1952年開始了農藥的研發與創新。新中國最早投產的有機合成農藥品種是有機氯類殺蟲劑滴滴涕和六六六，為抵御當時的蝗災以及衛生蟲害都發揮了重要作用。在有機氯農藥品種快速建設投產的同時，有機磷殺蟲劑也加快了研發和創新速度，對硫磷、敵百蟲相繼研發成功并投入生產。到上世紀70年代，有機磷農藥產量占當時農藥總產量的1/3，為建國后約30年時間的糧棉果蔬應急供應作出了重要的貢獻。

為解決有機氯農藥品種六六六、滴滴涕的高毒性和殘留時間長給人畜和環境造成的危害，國家決定從1983年4月起停止生產和使用六六六和滴滴涕。當時這些品種的產量占全國農藥總產量的50%，停用之后能不能保證市場需求，會不會影響到農業收成，業界和社會都為之擔心。最終，我們用相對高效低毒的有機磷農藥品種的研發創新實現了快速替代，滿足了市場需求，打消了人們的疑慮。后來，有機磷殺蟲劑為防治蟲害撐起了半壁江山。但隨著使用時間的延長，甲胺磷、對硫磷、甲基對硫磷、久效磷和磷胺5種主要品種毒性高的缺點越發顯現，1998被列入嚴格控制清單，并于2007年全面禁止使用。截至2016年，我國共淘汰高毒高風險農藥老品種43個、限用23種，農藥產品結構調整取得明顯效果。安全、高效、低毒、低殘留新農藥產品的研發和創新，發揮了重要作用。

今天，我國農藥工業的產品結構得到持續優化和升級，從大的結構看已徹底改變上世紀90年代“3個70”的不合理狀況——由過去的殺蟲劑占農藥總產量70%、有機磷品種占殺蟲劑70%、有機磷殺蟲劑中的高毒品種占70%調整優化為今天的殺蟲劑只占約31%、除草劑約占60%，高毒高殘留品種由過去的70%下降到不到3%。正是通過不斷創新，農藥工業不僅為農業豐產豐收和國家“菜籃子工程”提供了重要保障，而且為保護人類健康和生態安全、生物多樣性作出了重要貢獻。

●創新，撐起我國現代石化工業的碧水藍天。 供圖/中國石化

化肥：合成氨

合成氨是德國化學家哈伯于1902年首先合成的，后與巴斯夫的工程師博施合作實現了工業化。從合成到實現工業化需要一系列創新，從工業化到大型化、現代化更是需要不斷創新。中國合成氨和化肥工業所走過的創新之路就更加艱難，也更具代表性。

我國化肥工業的起步是以“南吳北范”為代表——1933年，吳蘊初先生在上海成立天利氮氣公司，利用天原電解車間的氫氣制得合成氨再制得硝酸；1937年，范旭東先生在南京的永利硫酸铔廠生產出合成氨和硫酸銨。新中國化肥工業的起步是以“一五”計劃時期原蘇聯援建的“156項”中的蘭州氮肥廠、太原氮肥廠和吉林氮肥廠為標志。這三個氮肥廠年產5萬噸左右的合成氨，與今天的年產30萬噸、60萬噸的規模相比顯得很小很小，但在當時其合成氨技術達到世界先進水平、規模也是當年世界最大的。

中蘇關系破裂蘇聯撤走專家之后，中國合成氨和化肥工業走出了一條自力更生自主創新之路。1958年年初，毛主席在討論國民經濟計劃和預算的會上提出，中央、省、專區三級可以設立化學肥料廠。當時的化工部第一任部長彭濤親自組織技術研討會，因為生產硫銨或硝銨都必須配套建設硫酸或硝酸裝置，投資多、建設周期長，還需要鉛和不銹鋼材料。在當時的條件下，生產碳酸氫銨更具有可行性，而且在使用過程中也發現碳酸氫銨的肥效較好，侯德榜博士又在“侯氏制堿法”基礎上發明了“合成氨原料氣與氨直接碳化反應獲得碳酸氫銨”的新工藝，于是分別在上海和北京開展年產合成氨2000噸和1萬噸實驗，隨后兩年在全國建成約200個800噸級和2000噸級的小型氮肥廠。在取得實際運行經驗和教訓的基礎上，當時的氮肥設計院提出了1萬噸/年合成氨和4萬噸/年碳酸氫銨的設計方案。為解決五、六億人的吃飯問題，1961年國務院在杭州召開氮肥工業座談會以后，在全國掀起了加快建設氮肥廠的高潮，碳酸氫銨成為世界化肥工業領域中國獨有的氮肥品種。進入上世紀90年代以后，隨著“碳銨改尿素”氮肥品種結構的調整加快，碳酸氫銨才逐步退出了中國氮肥的歷史舞臺。

我國合成氨與化肥工業創新發展進入第三個階段——1973年國民經濟恢復時期、國家“四三方案”的制定和實施，以引進13套大型合成氨和尿素裝置為標志，真正實現了大型化。這一階段的創新內容主要是引進消化吸收再創新，包括催化劑、凈化劑以及關鍵和核心設備等的國產化。在之后的“七五”時期，原國家計委、化工部依托四川化工總廠組織的“20萬噸/年合成氨大型國產化工程”國家攻關項目在1992年底通過國家驗收，不僅技術水平、操作工培訓模擬系統都達到20世紀80年代末國際先進水平，而且通過該項目大型工程化“一條龍”攻關，還掌握了大型氨合成塔、汽提塔、造粒塔、換熱器等關鍵設備的制造技術，于1994年11月獲得全國最佳工程設計獎和國家優秀工程設計項目金質獎。在此基礎上，我們今天新建60萬噸/年合成氨、100萬噸/年尿素大型化裝置，實現了完全立足于自有技術、自主設計、關鍵設備自主制造、催化劑自主配套的“交鑰匙工程”。多年來，我國合成氨和氮肥、磷肥產能產量世界第一，整體技術、物耗能耗以及廢棄物排放水平均居世界領先，都得益于我們幾十年來不斷創新和持續創新，凝聚著幾代化肥人的智慧、付出甚至犧牲。

●創新，根植于我國石化工業的基因之中。

傳統產業：氯堿

氯堿工業的兩大主導產品是燒堿和聚氯乙烯。中國的氯堿工業起步以1929年吳蘊初先生在上海創辦天原電化廠為標志，以電化學法生產燒堿、氯氣和氫氣，因為當時需要燒堿為天廚味精提供原料，不生產聚氯乙烯。我國聚氯乙烯的生產與發展是新中國成立以后的事了。

上世紀50年代初的重工業部化工局化工實驗所開始了電石乙炔法制氯乙烯、聚合制聚氯乙烯的研發和試驗，錦西化工廠是國內第一個開展聚氯乙烯中試和生產的工廠。1954年，年產100噸聚氯乙烯的中試在錦西化工廠試驗成功，1958年我國第一套年產3000噸聚氯乙烯生產裝置在錦西化工廠投產，從此我國氯堿工業開啟了快速發展新時期。氯堿工業的創新集中在“三大難點”。

燒堿關鍵設備電解槽用離子膜創新。燒堿生產采用電解工藝，電解槽就成為燒堿生產過程的核心與關鍵設備。進入上世紀80年代以后，各工業化國家紛紛用離子膜電解槽置換原來的隔膜電解槽。我國工業化的加快和氯堿工業的技術進步以及燒堿企業提升競爭力，也要求加快離子膜電解槽的應用。可是，當時我們不掌握離子膜的制備技術，離子膜及其所需的磺酸樹脂、羧酸樹脂和全氟磺酸樹脂核心技術和關鍵配套材料。因此，從上世紀80年代開始持續20多年的時間，國內建成投產的所有燒堿生產電解槽所用的離子膜都是靠花費大量外匯引進和進口的，代價巨大。“七五”開始，原國家計委和原化工部就把離子膜國產化列為國家重點攻關課題。進入新世紀以后，山東東岳集團與上海交大聯合技術攻關，通過國家“863”計劃、國家科技支撐計劃以及山東省舉全省之力的支持，終于在2009年9月第一張國產氯堿用工業化離子膜下線，2010年5月兩張國產化離子膜在黃驊氯堿試用、6月70張國產離子膜在東岳集團投入商業運行。經過20多年的持續不斷創新，終獲成功。

聚氯乙烯關鍵設備聚合釜創新。不論是乙烯氧氯化工藝還是電石乙炔工藝，都有一個共性而關鍵的設備即氯乙烯單體聚合的反應釜。反應釜的創新過程最具有代表性。中國聚氯乙烯第一套裝置3000噸/年規模、6000噸/年定型設計，后逐步擴大到3～5萬噸/年。聚合釜從7～15立方米再到30立方米，通過創新不斷升級，但直到90年代初聚合過程的粘釜問題始終沒有很好解決。后來，一邊研發創新聚合釜的制備與內拋光技術，一邊同步研發創新防粘釜助劑，由1釜1開蓋清理到十幾釜、幾十釜再到過百釜一開蓋，直到2000年的70立方米、今天的105立方米、108立方米和110立方米聚合釜。正是不斷地創新，奠定了我國15年來一直是世界聚氯乙烯第一生產大國的地位。

低汞與無汞催化劑創新。電石乙炔工藝在乙炔合成氯乙烯單體的反應過程中需要氯化汞作催化劑。全國人大常委會于2016年4月正式批準了旨在全球控制和減少汞排放的國際公約《水俁公約》進入履約程序，對原生汞礦關閉時限和電石法聚氯乙烯用汞工藝提出了約束性要求。第一步要求全部改用低汞催化劑，第二步在技術和經濟成熟的情況下改用無汞，這都需要開展大量的研發與創新工作。到“十三五”末，經過大量研發與試驗，國內電石法聚氯乙烯生產裝置全部實現了低汞工藝，單位產品用汞量比2010年減少50%，在保障生產穩定的前提下降低了催化劑消耗、降低了汞污染。無汞催化劑和無汞新工藝都取得了階段性創新成果，為下一步電石法聚氯乙烯全部推廣無汞催化劑和無汞新工藝創造了條件。

石油化工：乙烯

“二戰”以后，世界石油化工進入了快速發展期。我國石油化工的發展以大慶油田的發現為標志，伴隨著改革開放的深化邁上了大型化、規模化和現代化的快車道。通過不斷創新，我國石油化工的整體技術水平與世界先進水平并肩。乙烯，是石油化工的重要基礎化學品，以乙烯為基礎原料經過氧化、羰基化、水合、聚合等化學反應，可以衍生出一系列有機化學品、精細化學品和高分子聚合物，因此乙烯的工業化水平以及產能產量已成為一個國家石化產業發展水平的標志。目前，美國乙烯的產能產量世界第一，中國乙烯的產能產量居第二位。

我國的乙烯工業也是從自主創新起步。從史料看，1970年1月，蘭化公司3.6萬噸/年乙烯砂子裂解爐建成投產，開啟我國乙烯工業化的進程。

為適應國民經濟的快速發展，乙烯工業大規模工業化是以1973年1月國家“四三方案”中確立引進的3套大型石化裝置和4套大化纖裝置為標志的。上海石化總廠一期工程中的11.5萬噸/年乙烯裝置1977年上半年建成投產，遼陽石油化纖的7.3萬噸/年乙烯裝置1979年9月建成投產。最具代表性的是北京燕山石化總廠引進的30萬噸/年乙烯裝置1976年6月建成投產，是我國石油化工歷史上建成投產的第一套30萬噸/年乙烯裝置，是中國當時規模最大、技術最復雜的乙烯裝置，號稱“超級石化工程”。1978年，我國又引進4套30萬噸/年乙烯及其配套石化裝置，分別建在大慶、齊魯、南京和上海。我國乙烯工業從此邁入世界先進國家序列。

我國對乙烯裂解爐及其裂解技術的研發與技術攻關一直沒有停步，“七五”期間開始的乙烯新型蒸汽裂解爐被列入國家重大技術裝備研制項目，1988年獲中國實用新型專利，1990年2月4萬噸/年規模在齊魯石化試車成功，1991年獲國家重大技術裝備辦特等獎和國家科技進步二等獎；1993年開始，又先后開啟4萬噸/年II型爐、6萬噸/年III型爐的研發與技術攻關。2001年，10萬噸/年大型裂解爐在燕山建成投產，獲得2006年國家科技進步二等獎。經過近20年的持續創新和技術攻關，我國自主研發的乙烯新型裂解爐技術水平和設計水平都不斷提升，爐型逐步成熟并已形成系列化。目前，我國自主研發的復雜原料百萬噸級乙烯成套技術獲得2020年度國家科技進步一等獎，不僅為天津石化、鎮海煉化2套100萬噸/年乙烯裝置提供了成套裂解技術，而且也使我國成為乙烯裂解技術的國際專利商，產品成功出口馬來西亞和泰國。這都是我國乙烯工業30年持續創新實現的跨越。