綠色高效芳腈技術結碩果

上海石油化工研究院緊貼市場需求，研發(fā)并推動高水平、綠色化芳腈生產(chǎn)技術提升。

上海石油化工研究院技術團隊向傳統(tǒng)的有機合成法生產(chǎn)芳香腈發(fā)起挑戰(zhàn)。 攝影/周夢瑾

由中石化（上海）石油化工研究院有限公司（簡稱上海石油化工研究院）自主開發(fā)的氣相氨氧化一步法生產(chǎn)芳香腈技術入圍2024年度海灣能源信息卓越獎最佳石油化工技術獎提名，標志著該項技術受到全球化工領域同行的高度認可，對我國生產(chǎn)高端腈類化合物產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展具有重要意義。

美國海灣能源信息公司是全球著名出版商。2023年，公司將旗下品牌雜志《烴加工》《石油經(jīng)濟學家》《管道與天然氣》相關獎項合并，設立海灣能源信息卓越獎。最佳石油化工技術獎作為下設的29個獎項之一，具有較大影響力。

氣相氨氧化一步法生產(chǎn)芳香腈技術是一種生產(chǎn)重要精細化工品芳香腈的新技術，可將甲苯、二甲苯和鹵代甲苯等芳香烴通過氣相氨氧化一步法合成芳香腈，理想副產(chǎn)物僅為水和碳氧化物，可顯著降低物耗能耗和“三廢”排放。

勇?lián)邪l(fā)重任

芳香腈是一類十分重要的高端精細化學品，品種多樣，可廣泛用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料、樹脂及高端新材料等領域。20世紀80年代以來，我國化工行業(yè)快速發(fā)展，尤其是高附加值的精細化工產(chǎn)品需求迅猛提升，芳香腈產(chǎn)業(yè)也是如此。

彼時，芳香腈的生產(chǎn)大多采用傳統(tǒng)的有機合成法，即通過芳香烴氧化成芳香酸再氨化成芳香酰胺，經(jīng)脫水制取芳香腈；或芳香烴經(jīng)側(cè)鏈鹵化，再經(jīng)氨化后脫水成芳香腈。但是，這種方法反應工藝步驟復雜、副產(chǎn)多、產(chǎn)品純度差、“三廢”排放嚴重、技術落后，嚴重阻礙了我國高端腈類產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

隨后，國內(nèi)有科研單位開發(fā)了擋板流化床連續(xù)法生產(chǎn)技術，但存在催化劑壽命短、產(chǎn)品收率低、單套裝置規(guī)模僅百噸、生產(chǎn)效率低、反應過程需大量添加水、物耗能耗和“三廢”排放較高的問題，與發(fā)達國家相比技術差距明顯、產(chǎn)品市場競爭力低。

為了破解上述難題，上世紀末，上海石油化工研究院勇?lián)厝危_始了芳香烴氣相氨氧化技術的研究工作。二十余載，如白駒過隙。研究團隊持續(xù)創(chuàng)新，成功開發(fā)了系列芳香腈生產(chǎn)技術及其配套的氨氧化催化劑，形成了完整的芳香腈生產(chǎn)平臺技術，顯著提升了我國芳香腈生產(chǎn)技術水平和產(chǎn)品市場競爭力。

實現(xiàn)工業(yè)轉(zhuǎn)化

研究團隊從芳烴氨氧化反應特性著手，研究了動力學和熱力學等反應規(guī)律特點，制定了以具有高效撤熱的湍流流化床反應工藝和細顆粒催化劑作為技術核心的開發(fā)方案。事實證明，這一方案研究起點高，技術行之有效。

在催化劑開發(fā)中，研究團隊基于多功能協(xié)同的催化劑設計思路，創(chuàng)制了系列高效芳烴氣相氨氧化催化劑，突破了高耐磨長壽命細顆粒湍流床催化劑的關鍵制備技術；在反應工藝開發(fā)中，遵循高負荷、低接觸時間技術指標，強化氣流流態(tài)化質(zhì)量，開發(fā)出無水低氨比高效生產(chǎn)工藝，形成了芳香腈生產(chǎn)平臺技術并拓展至多種芳腈產(chǎn)品生產(chǎn)，成功實現(xiàn)了工業(yè)應用。該技術的成功開發(fā)，一方面解決了此前擋板流化床工藝中流化質(zhì)量差、催化劑磨損嚴重壽命短的問題；另一方面解決了撤熱難度大，裝置規(guī)模小、效率低以及物耗能耗高等技術問題。

在芳香腈系列產(chǎn)品中，苯甲腈、間苯二甲腈和鹵代苯甲腈是幾種需求量較大的高端化學品。上海石油化工研究院于本世紀初分別開發(fā)了BN型苯甲腈、NC型間苯二甲腈和鹵代苯甲腈催化劑及工藝技術并于2001年先后開展了相關催化劑的工業(yè)推廣應用。這一系列催化劑的工業(yè)應用均獲得成功，顯著提升了催化劑的穩(wěn)定性和產(chǎn)品收率，取得了良好的經(jīng)濟效益。

其中，2009年，新一代NC型間苯二甲腈催化劑及工藝技術在泰州百力化學股份有限公司開展工業(yè)應用試驗，順利完成了試驗標定，達到預期指標。新一代催化劑經(jīng)過6年使用，與原擋板流化床技術相比，工業(yè)生產(chǎn)間苯二甲腈收率提升了24個百分點，催化劑使用壽命由半年延長至6年，且提升了生產(chǎn)負荷、降低了生產(chǎn)過程運行成本，經(jīng)濟效益顯著。目前，本項目芳腈系列催化劑及工藝技術已占據(jù)相關產(chǎn)品在國內(nèi)主要生產(chǎn)市場，技術水平國際領先。

近年來，上海石油化工研究院加快創(chuàng)新步伐，進一步提高催化劑反應性能，同時不斷升級芳腈生產(chǎn)裝置的效率和規(guī)模，通過大型冷模實驗結合理論計算等研究方法，開發(fā)出了大型湍流床反應器。2023年，采用上海石油化工研究院開發(fā)的國內(nèi)首套萬噸級間苯二甲腈生產(chǎn)裝置在蘇利（寧夏）新材料科技有限公司一次投料成功，產(chǎn)品收率達到96.5%，標志著我國芳香腈產(chǎn)業(yè)又邁出了重要的一步。

摘取豐碩成果

隨著芳烴氣相氨氧化技術成功工業(yè)應用，催化劑生產(chǎn)和客戶生產(chǎn)過程中也不斷遇到一些問題。二十多年來，不論是大雪紛飛的寒冬還是烈日當頭的酷暑，只要客戶有問題、有需求，科研人員便會背上行囊奔赴現(xiàn)場，為客戶解決問題。

“我們永遠要把客戶的需求和問題放在首位”，這是團隊負責人顧龍勤常掛在嘴邊的一句話。二十余載如一日，他始終踐行把生產(chǎn)企業(yè)的需求和問題放在首位，將需求問題和創(chuàng)新有效結合，時刻戰(zhàn)斗在實驗室科研、催化劑生產(chǎn)和工業(yè)裝置應用一線，為我國芳香腈產(chǎn)業(yè)的進步付出了巨大努力。

功夫不負有心人！國產(chǎn)芳烴氣相氨氧化技術不斷進步，形成的芳香腈平臺技術得到了國內(nèi)諸多上市公司的一致好評。目前，該技術已在國內(nèi)17套芳烴氣相氨氧化生產(chǎn)裝置實現(xiàn)工業(yè)應用。應用結果表明，裝置能耗、物耗和“三廢”排放大幅度降低，產(chǎn)生了顯著的環(huán)保和經(jīng)濟效益。

該系列成果獲得國家發(fā)明專利授權20余項、PCT國際專利授權1項。相關技術獲得中國專利優(yōu)秀獎、中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會科技進步獎一等獎、上海市優(yōu)秀產(chǎn)學研工程項目一等獎、上海市科學技術進步獎二等獎、上海市發(fā)明創(chuàng)造專利獎二等獎、中國石化科技進步獎三等獎等獎項。

展望未來，上海石油化工研究院研究團隊將不斷夯實已有技術基礎，繼續(xù)提高現(xiàn)有芳香腈生產(chǎn)技術水平，拓展多種高端腈類化學品的生產(chǎn)技術，開發(fā)出更加高效、環(huán)保、安全的催化劑和反應工藝。

責任編輯：鄭 丹

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