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李文懷:從事化學研究的一些感想

來源:中國化學會      2024-01-08
導讀:2023年,正值中國化學會青年化學獎設立40周年,這是中國化學會設立最早的學術獎勵,40年來,已產生362位獲獎者。為慶祝中國化學會青年化學獎設立40周年,特別企劃了“化學青春在路上”專題分享,將陸續推出獲獎人與青年化學獎相關的故事及感言。期待這些分享能為更多正在化學科研之路前行的青年人帶來啟迪與共鳴。

從事化學研究的一些感想

——紀念“中國化學會青年化學獎”30周年

作者:


2001年中國化學會青年化學獎獲得者


我獲得中國化學會青年化學獎的時間是2001年,那時我35歲。十多年時間轉眼過去,現在回想起來,似乎就在昨天。

我獲得中國化學會青年化學獎,主要是基于我在2000年獲得的中國科學院技術發明獎一等獎的研究成果“超臨界相合成甲醇新工藝”。這個題目的構想是由彭少逸先生和鐘炳研究員提出的,其核心思想是利用超臨界流體獨特的傳質傳熱特性,實現甲醇合成過程的“反應分離一體化”,在打破熱力學平衡、提高甲醇單程轉化率的同時,也將反應熱順利移出反應器,這樣就實現了在同一過程中同時解決化學問題和工程問題的目的。

我藉以獲得中國化學會青年化學獎的研究成果終究沒能實現產業化,但是,青年化學獎獲得者的榮譽一直伴隨和鼓勵了我,成為我矢志不渝從事科學研究的動力之一。今年恰值青年化學獎創建30周年,中國化學會邀請曾經獲得過這一獎項的人寫點東西。借此機會我想把我從事科學研究工作二十多年來的一些感悟,同從事化學研究事業的青年朋友們分享。

1988年我從復旦大學化學系畢業,聽從中科院山西煤化所彭少逸先生的建議,考取了這個研究所的研究生,1991年碩士畢業,從此一直在這個研究所工作,主要研究領域是C1化學與工程,甲醇下游技術及與石油化工銜接性技術研發。1991年剛一入所,我就跟隨彭先生和鐘炳研究員,做超臨界相合成甲醇新工藝的研究。那時,全國的甲醇產能大約只有200~300萬噸/年,10萬噸/年的甲醇裝置在國內就算是大裝置了。我們當時已經認識到,甲醇作為一種能源和化工產品,在中國必將出現持續的需求增長,因此,試圖努力開發一種更先進的大規模甲醇合成技術。在我和同事們的共同努力下,“反應分離一體化”概念得到了驗證,迄今,“超臨界相合成甲醇新工藝”的概念仍具有很高的學術價值。

然而,新工藝的推廣和應用卻遇到了較大的困難,并且最終沒有能夠實現產業化應用。其中有很多原因,最重要的因素是業主和工程公司對新技術新工藝的認可問題。盡管國家很早就在倡導自主知識產權,但是在十年前,我們的工程公司普遍愿意接受國外成熟的工藝設計包進行施工設計,或者在獲得國外的第一套裝置的工業實踐后,經過自身的消化吸收,再進行自主的工程設計。對于研究所和大學自主創新的技術,業主和工程公司很少有人愿意冒險做“第一個吃螃蟹的人”。當然,我們必須反省自身,我們的創新是不是完善,是不是解決了工程化的所有問題。

現在回頭看這件事情,頗有一些感觸。當年我國甲醇產能只有區區每年二三百萬噸的時候,每當我們建議大力發展先進甲醇技術時,甲醇產能即將過剩的聲音不絕于耳。今天,我國的甲醇實際產能已經超過6000萬噸/年,但是業界上馬大甲醇項目的熱情依然高漲。當然,依然有不絕于耳的產能過剩論調。德國人在這幾年當中,終于推出了他們的Mega-Methanol技術,年產180萬噸的單套甲醇裝置,已經在中國大地矗立了好幾套,我們內心的無奈和慚愧也只能自己不時去品嘗一下了。

做應用研究,戰略方向和技術路徑的選擇很重要。我們國家的一次能源很獨特,煤炭多油氣少,經常講的“富煤少油缺氣”就是這個意思,所以,在我國發展煤化工技術,發展以煤炭為原料的任何石油化工產品都可能存在巨大的發展空間。對這樣一個方向的認識應該是堅定不移的。大方向確定后,技術路徑的選擇就成為你能否有所突破的關鍵。我的課題組在開發甲醇合成技術的同時,對甲醇下游技術領域給予了高度關注,并將之作為持續發展的戰略目標。清潔汽油是國際上馬達燃料發展的必然趨勢,從甲醇出發生產清潔汽油的MTG技術早在20世紀80年代就由國外公司開發成功。中國科學院山西煤炭化學研究所在MTG領域有多年的技術積累,在整合這些技術資源之后,我們開發了具有自主知識產權的“固定床絕熱反應器一步法甲醇轉化制汽油新工藝”,在工藝和催化劑方面都面向產業化做了詳盡扎實的工作,取得了實實在在的突破。

這次,在技術推廣方面我們吸取了之前的教訓,我把工藝的知識產權送一半給工程公司,再聯合有遠見的煤化工老牌企業,共同分享知識產權,發展具有我國自主知識產權的新技術,通過這樣的聯合,加上十來年時間的不懈努力,我們的技術如今已經實現了產業化。

在這里,我有一個自己的看法,年輕人必須有自己的創新思維和創新實踐,但在大部分情況下,我們的創新都是在前人的基礎上產生的,罔顧前人的貢獻,不僅是不厚道的,有時還會十分可笑。

從事應用研究是一件辛苦的事情,也是一件充滿挑戰和令人向往的事情。在通往產業化的路徑上,有很多個關卡,我們將之比喻為一個管道上的一百個閥門,只要其中的任何一個閥門不通,整個管道就不能通暢,你就無法通向產業化的最終目標。要打通每一個閥門,需要堅忍不拔的意志,如果遇到困難就產生放棄的念頭,作回頭打算,可能會一事無成。

做應用研究的人,還應該有一個認識,那就是基礎研究的重要性。要想打開通往成功的那一百個閥門,對每一個閥門的原理必須有深刻的認識。基礎研究者開展的工作,往往能告訴我們,某一個閥門究竟是什么工作原理,告訴我們如何管理這個閥門,基礎研究工作者為我們提供了科學體系和海量的科學信息,是我們賴以做出技術創新的必要條件。沒有基礎研究,就無從談論技術創新。

開展技術創新,也不必被某些技術的“日臻完善”所嚇倒。任何技術都不是完美無瑕的,都存在發展的空間。十年前,我國粗苯加氫精制技術剛剛興起,業主選擇的加氫催化劑100%來自外國某公司,我的課題組和寶鋼化工聯合,依托山西煤化所在加氫方面的技術積累,很快研發出具有自主知識產權的新型催化劑,迄今,我們的催化劑已經占領這個領域的大半市場,外國催化劑也只好“屈尊”和我們分享,而其價格也降低了一半以上。

中國化學會青年化學獎激勵了多少化學領域的英才,成就了多少院士,我沒有“修成正果”,但在我的人生中,這個獎項對我的激勵使我銘記。以上是我自己從事化學領域科研工作的一些感想,絮絮叨叨說來,希望能對青年人有所裨益。


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