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李文怀:从事化学研究的一些感想

来源:中国化学会      2024-01-08
导读:2023年,正值中国化学会青年化学奖设立40周年,这是中国化学会设立最早的学术奖励,40年来,已产生362位获奖者。为庆祝中国化学会青年化学奖设立40周年,特别企划了“化学青春在路上”专题分享,将陆续推出获奖人与青年化学奖相关的故事及感言。期待这些分享能为更多正在化学科研之路前行的青年人带来启迪与共鸣。

从事化学研究的一些感想

——纪念“中国化学会青年化学奖”30周年

作者:怀


2001年中国化学会青年化学奖获得者


我获得中国化学会青年化学奖的时间是2001年,那时我35岁。十多年时间转眼过去,现在回想起来,似乎就在昨天。

我获得中国化学会青年化学奖,主要是基于我在2000年获得的中国科学院技术发明奖一等奖的研究成果“超临界相合成甲醇新工艺”。这个题目的构想是由彭少逸先生和钟炳研究员提出的,其核心思想是利用超临界流体独特的传质传热特性,实现甲醇合成过程的“反应分离一体化”,在打破热力学平衡、提高甲醇单程转化率的同时,也将反应热顺利移出反应器,这样就实现了在同一过程中同时解决化学问题和工程问题的目的。

我藉以获得中国化学会青年化学奖的研究成果终究没能实现产业化,但是,青年化学奖获得者的荣誉一直伴随和鼓励了我,成为我矢志不渝从事科学研究的动力之一。今年恰值青年化学奖创建30周年,中国化学会邀请曾经获得过这一奖项的人写点东西。借此机会我想把我从事科学研究工作二十多年来的一些感悟,同从事化学研究事业的青年朋友们分享。

1988年我从复旦大学化学系毕业,听从中科院山西煤化所彭少逸先生的建议,考取了这个研究所的研究生,1991年硕士毕业,从此一直在这个研究所工作,主要研究领域是C1化学与工程,甲醇下游技术及与石油化工衔接性技术研发。1991年刚一入所,我就跟随彭先生和钟炳研究员,做超临界相合成甲醇新工艺的研究。那时,全国的甲醇产能大约只有200~300万吨/年,10万吨/年的甲醇装置在国内就算是大装置了。我们当时已经认识到,甲醇作为一种能源和化工产品,在中国必将出现持续的需求增长,因此,试图努力开发一种更先进的大规模甲醇合成技术。在我和同事们的共同努力下,“反应分离一体化”概念得到了验证,迄今,“超临界相合成甲醇新工艺”的概念仍具有很高的学术价值。

然而,新工艺的推广和应用却遇到了较大的困难,并且最终没有能够实现产业化应用。其中有很多原因,最重要的因素是业主和工程公司对新技术新工艺的认可问题。尽管国家很早就在倡导自主知识产权,但是在十年前,我们的工程公司普遍愿意接受国外成熟的工艺设计包进行施工设计,或者在获得国外的第一套装置的工业实践后,经过自身的消化吸收,再进行自主的工程设计。对于研究所和大学自主创新的技术,业主和工程公司很少有人愿意冒险做“第一个吃螃蟹的人”。当然,我们必须反省自身,我们的创新是不是完善,是不是解决了工程化的所有问题。

现在回头看这件事情,颇有一些感触。当年我国甲醇产能只有区区每年二三百万吨的时候,每当我们建议大力发展先进甲醇技术时,甲醇产能即将过剩的声音不绝于耳。今天,我国的甲醇实际产能已经超过6000万吨/年,但是业界上马大甲醇项目的热情依然高涨。当然,依然有不绝于耳的产能过剩论调。德国人在这几年当中,终于推出了他们的Mega-Methanol技术,年产180万吨的单套甲醇装置,已经在中国大地矗立了好几套,我们内心的无奈和惭愧也只能自己不时去品尝一下了。

做应用研究,战略方向和技术路径的选择很重要。我们国家的一次能源很独特,煤炭多油气少,经常讲的“富煤少油缺气”就是这个意思,所以,在我国发展煤化工技术,发展以煤炭为原料的任何石油化工产品都可能存在巨大的发展空间。对这样一个方向的认识应该是坚定不移的。大方向确定后,技术路径的选择就成为你能否有所突破的关键。我的课题组在开发甲醇合成技术的同时,对甲醇下游技术领域给予了高度关注,并将之作为持续发展的战略目标。清洁汽油是国际上马达燃料发展的必然趋势,从甲醇出发生产清洁汽油的MTG技术早在20世纪80年代就由国外公司开发成功。中国科学院山西煤炭化学研究所在MTG领域有多年的技术积累,在整合这些技术资源之后,我们开发了具有自主知识产权的“固定床绝热反应器一步法甲醇转化制汽油新工艺”,在工艺和催化剂方面都面向产业化做了详尽扎实的工作,取得了实实在在的突破。

这次,在技术推广方面我们吸取了之前的教训,我把工艺的知识产权送一半给工程公司,再联合有远见的煤化工老牌企业,共同分享知识产权,发展具有我国自主知识产权的新技术,通过这样的联合,加上十来年时间的不懈努力,我们的技术如今已经实现了产业化。

在这里,我有一个自己的看法,年轻人必须有自己的创新思维和创新实践,但在大部分情况下,我们的创新都是在前人的基础上产生的,罔顾前人的贡献,不仅是不厚道的,有时还会十分可笑。

从事应用研究是一件辛苦的事情,也是一件充满挑战和令人向往的事情。在通往产业化的路径上,有很多个关卡,我们将之比喻为一个管道上的一百个阀门,只要其中的任何一个阀门不通,整个管道就不能通畅,你就无法通向产业化的最终目标。要打通每一个阀门,需要坚忍不拔的意志,如果遇到困难就产生放弃的念头,作回头打算,可能会一事无成。

做应用研究的人,还应该有一个认识,那就是基础研究的重要性。要想打开通往成功的那一百个阀门,对每一个阀门的原理必须有深刻的认识。基础研究者开展的工作,往往能告诉我们,某一个阀门究竟是什么工作原理,告诉我们如何管理这个阀门,基础研究工作者为我们提供了科学体系和海量的科学信息,是我们赖以做出技术创新的必要条件。没有基础研究,就无从谈论技术创新。

开展技术创新,也不必被某些技术的“日臻完善”所吓倒。任何技术都不是完美无瑕的,都存在发展的空间。十年前,我国粗苯加氢精制技术刚刚兴起,业主选择的加氢催化剂100%来自外国某公司,我的课题组和宝钢化工联合,依托山西煤化所在加氢方面的技术积累,很快研发出具有自主知识产权的新型催化剂,迄今,我们的催化剂已经占领这个领域的大半市场,外国催化剂也只好“屈尊”和我们分享,而其价格也降低了一半以上。

中国化学会青年化学奖激励了多少化学领域的英才,成就了多少院士,我没有“修成正果”,但在我的人生中,这个奖项对我的激励使我铭记。以上是我自己从事化学领域科研工作的一些感想,絮絮叨叨说来,希望能对青年人有所裨益。


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