工业催化的意义（原创工业催化）

工业催化就是利用催化和化工的原理，实现规模化生产化学品的科学和技术。人类消耗的大量食物、轻量化跑鞋、生病时吃的医药、汽车的燃料、好玩的乐高积木、…这些与我们生活息息相关的东西都与工业催化有着千丝万缕的联系。

工业催化开始于基本科学研究成果的工业应用，它的出现甚至早于“催化”概念的提出。1746年，罗巴克（J. Roebuck）在铅室法制造硫酸时，首先在工业上使用催化剂，工业催化由此而生。随后研究人员发现了类似方法可以使许多原有的工业生产变得更加高效，这就是瑞典化学家贝采里乌斯（Berzelius）于1836年提出的“催化”作用。这种作用加速了原来很缓慢的化学反应，好像从城市拥堵路段进入高速公路一样。这种神奇的现象引起了科学家和工业界的强烈兴趣，此时，发生在19世纪的合成氨研究充分展示了工业催化这门理论实践相结合的艺术。

在19世纪以前，农业上所需氮肥的来源主要来自有机物的副产品，如农家肥。一些有远见的化学家指出，考虑到将来的粮食问题（1847年德国发生粮食危机），为了使子孙后代免于饥饿，我们必须寄希望于科学家能实现大气固氮。因此将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式，于是合成氨成为一项受到众多科学家注目和关切的重大课题。1900年法国化学家勒夏特列（Le Chatelier）最先研究氢气和氮气在高压下直接合成氨的反应。然而很可惜，由于他所用的氢气和氮气中混进了空气，在实验过程中发生了爆炸，炸死了一名研究人员，因此放弃了这项实验。虽然在合成氨的研究中化学家遇到的困难不少，但是，德国的物理学家、化工专家哈伯（Haber）仍然坚持该研究。他通过大量的实验发现，锇和铀具有良好的催化性能，如在17.5～20 MPa 和500~600 ℃ 的条件下使用该催化剂，氮和氢能较为高效的生成氨。尽管这一成果在展示过程中出现多次事故，甚至在展示完成第二天就发生了爆炸，却仍然引起了巴斯夫（BASF）公司的强烈兴趣，斥巨资并请化工专家博施（Bosch）帮助这一成果工业化。他整整花了5年的时间做了两万多次实验，筛选了几千种催化剂，找到了合成氨生产最有效、最实用的催化剂，建造了能够进行高温和高压的合成氨装置。于是，在巨大经济价值和社会需求的驱动下，以及大量科学家的努力下，经历150年的历程，合成氨在1913年成功工业化。

由此可见，在社会需要和经济效益的驱动下，研究人员结合掌握的自然科学和化学工程知识，克服未知困难，开发出新催化剂或新工艺过程，这就是一般工业催化的研究模式。目前，能源、环境及化学品生产过程中大约90%伴随着催化过程，工业催化对经济发展及人类生活的作用不可替代。在当前全球经济一体化的大框架下，工业催化不仅受自然科学所影响，而且也受商业、经济、市场及政治所影响。一个优秀的工业催化研究人员需要经历大量的知识积累和工业实践，甚至要有对经济和市场的把握能力。就我国国情而言，工业催化工作重点在于开发化石能源洁净高效转化技术，利用新技术、新催化过程和新型催化剂，为国家能源安全和能源保障战略提供科学和技术支持，不仅要不断优化现有工艺，而且要研发开创性的新工艺，兼顾当下需要和未来发展方向，在能源、化工和环境等领域开展工作，继续为我国经济转型和发展提供助力。

中国科学院大连化学物理研究所基于在工业催化领域的优势和积累，长期致力于解决我国能源战略重大需求，在煤化工、石油化工等领域取得了系列研究成果，并取得了显著的经济和社会效益，主要表现在：

完成了世界首次万吨级甲醇制烯烃（DMTO）技术工业性试验，开发了 DMTO 成套工业化技术，实现了 DMTO 技术的首次工业化应用和世界上煤制烯烃工业化“零”的突破。此外又进行了新一代甲醇制取低碳烯烃（DMTO-II）技术的研究开发。2010年完成工业化试验，接受了72小时连续运行考核和标定，并通过国家级鉴定。2015年2月，世界首套 DMTO-II 工业装置，蒲城清洁能源化工有限公司建设的67万吨/年煤制烯烃项目，顺利打通全流程。 DMTO-II 的成功，进一步巩固了我国在世界煤基烯烃工业化产业中的国际领先地位。目前， DMTO 技术已经许可了20套工业装置，烯烃规模达到1126万吨/年，已经投产了10套装置，合计产能580万吨烯烃/年。尚有10套装置处于在建或待建状态，这些装置计划将在未来5年内相继投产。全部投产后，预计可新增产值约1500亿元/年，拉动上下游投资约2500亿元，这些项目的建设，标志着 DMTO 技术带动并引领了我国新兴的以煤或甲醇为原料的烯烃工业的快速兴起，对国家石油替代战略的实施和保障国家能源安全具有重要意义。该技术荣获2014年国家技术发明奖一等奖，并被列入《烯烃工业“十二五”发展规划》等国家计划。

另外，大连化物所还研制成功了多项具有自主知识产权的新技术并实现产业化。包括催化裂化干气制乙苯成套技术（已投产21套装置，合计乙苯产能140万吨/年），润滑油加氢异构脱蜡催化剂及技术（已投产1套装置，合计产能20万吨/年），固体酸催化中压丙烯水合制异丙醇技术（已投产2套装置，合计产能8万吨/年），正丁烯与醋酸直接加成生产醋酸仲丁酯技术（已投产1套装置，产能5万吨/年），甲醇制二甲醚技术（已投产2套装置，合计产能30万吨/年）。还有两个项目处于工业示范阶段，分别是甲苯甲醇制对二甲苯联产低碳烯烃（20万吨/年对二甲苯），甲醇经二甲醚制乙醇技术（10万吨/年）。积极推动科技成果转化，完成世界第一套1万吨/年合成气制乙醇和3万吨/年乙酸加氢制乙醇工业性中试，1万吨/年风能氢基合成气合成石脑油和柴油工业性中试和10000吨/年合成气合成脂肪伯醇联产油品工业性中试；精细化工催化研究领域有：1万吨/年和3万吨/年一乙醇胺临氢氨化制乙二胺工业化生产，2万吨/年对苯二甲酸二甲酯加氢制1,4-环己烷二甲醇工业化等，30万吨/年醋酸和丙烯酯化加氢制备乙醇和异丙醇技术。此外，针对我国环境保护和燃料油品质升级的迫切需求，大连化物所与陕西延长石油集团合作研发出分别针对汽油和柴油的超深度脱硫技术，可生产硫含量符合国 V 标准要求的清洁汽柴油，分别在40万吨/年和20万吨/年工业装置上试运行成功。大连化物所的工业催化技术每年创造约1000亿元的工业产值。

参考文献：

1. B.E.利奇，工业应用催化，1990，烃加工出版社

2. 吴越，应用催化基础，2009，化学工业出版

3. 张子锋，合成氨生产技术，2011，化学工业出版

作者系中国科学院大连化学物理研究所低碳催化与工程研究部研究人员