特等奖背后的故事

苏桂琴

摘要 ：

　　20世纪60年代初，中国的橡胶产业极其落后，所需主要依赖进口。中科院兰州化学物理研究所的科研人员与其他单位密切合作，攻克了一个又一个技术难关，1985年“顺丁橡胶工业生产新技术”获国家科技进步奖特等奖。截至1990年底，这一重大科技成果已累计为国家生产100多万吨顺丁橡胶，创造产值50多亿元，创利税逾26亿元。这一科研成果的取得，体现了科研人员敢于承担、坚忍不拔、艰苦奋斗的科研精神，可歌可泣，为后人做出了榜样。

　　20 世纪60年代初，中国的橡胶产业极其落后，所需主要依赖进口。橡胶是重要工业原料和战略物资，国家迫切需要发展橡胶工业。顺丁橡胶韧性好、抗拉强度大、耐高低温、应用广泛，优先发展顺丁橡胶成为急需解决的迫切任务。

　　生产顺丁橡胶，首先必须生产“单体丁二烯”，有了“单体丁二烯”通过聚合反应才能制得顺丁橡胶。中科院兰州化学物理研究所(1958年建所，当时称为中科院石油研究所兰州分所，下文简称“兰州化物所”)急国家所急，接受了生产顺丁橡胶所需要的“单体丁二烯”的任务，当时国外对制备“单体丁二烯”技术进行封锁，可借鉴的资料也没有，科技人员只好自力更生，探寻制备方法。

　　首先是生产“单体丁二烯”原料的选择，最初是采用丁烷脱氢制丁二烯，可是这个反应由于受热力学平衡限制，技术和经济指标都达不到要求，只好停下来。开始探索用丁烯氧化脱氢制“单体丁二烯”的研究。

　　丁烯是无色气体，与空气混合会产生爆炸，是一项非常危险的工作。科研人员经过多次试验找到了空气与丁烯爆炸安全比例范围，艰苦仔细地进行丁烯氧化脱氢试验。这是一个催化过程，因此，首先研制了多种催化剂，直到1964年确定了P-Mo-Bi[磷-钼-铋]为丁烯氧化脱氢制“单体丁二烯”第一代催化剂。催化剂性能很好，通过了小试、中试试验后，又在石油工业部锦州六厂已建成的6000吨/年生产装置试验获得成功，接着在北京燕山石化公司胜利化工厂、齐鲁石化公司、岳阳化工厂等地建成年产万吨级生产装置。

　　可就在第一代催化剂P-Mo-Bi在工业化装置上运行一段时间后，暴露了催化剂的一些问题，出现了一堵二漏三污水，收率和选择性还需进一步提高，需要尽快解决这些问题。正在解决这些问题时,“文革”开始了，正常的科研工作受到影响。在这种情况下，课题组科技大员下定决心一定要完成任务，只能断断续续坚持工作，开始研制能替代P-Mo-Bi的催化剂。曾试验过Sn-P-Li[锡-磷-锂]、钼系七组分催化剂等，但都没有解决P-Mo-Bi催化剂所存在的问题。直到20世纪70年代，国家提出抓“整顿”以经济建设为中心的较好形势下，科技人员开始探索用铁系尖晶石作为丁烯氧化脱氢制“单体丁二烯”的第二代催化剂，经过反复试验，铁系催化剂在活性和选择性上比P-Mo-Bi催化剂有很大提高。但因铁系催化剂是无载体催化剂，机械强度不够，影响催化剂寿命。又经过两年的研究，不仅进一步提高了催化剂的性能，也解决了催化剂的机械强度和寿命问题。

　　1981年9月，中科院专家组鉴定认为，该项工作在国内首先开发了丁烯氧化脱氢制“单体丁二烯”无载体铁系尖晶石催化剂，单程收率为60%~70%，选择性为90%~93%，副产物生成率低于美国PETRO-TEX公司，原料丁烯单程损耗可降15%左右，在经济上有较大收益，又在小试硫化床上通过了1000小时寿命试验。鉴定会后，有关同志又到锦州石油六厂1000吨/年中试装置上对整个实验过程进行验证。就在验证时，工程上又遇到了难题，这个难题只能在试验进行中找原因求解决。可是在中试装置上每试验一次都要花费几十万元。当时国家经济非常困难，这样花钱搞试验，遭到来自各方面的非议，有人主张停下来，但科技人员还是顶住压力，经过几次失败后，最终解决了一切问题，经得住6000吨/年、10000吨/年大型装置的考验。

　　1983年12月，在北京由中国石油总公司组织鉴定，鉴定意见:完成了催化剂每批200kg的工业放大制备工作，在2600mm流化床上连续运转1000小时以上，重复了小试结果，这说明了铁系催化剂在流化床上进行的丁烯氧化脱氢制“单体丁二烯”技术与当时世界先进水平的美国PETRO-TEX绝热床在主要技术指标方面相当。而铁系催化剂在流化床反应技术方面，反应温度低、水比小、炔烃生成量少、无机酸及含氧化物生成少等，优于美国 PETRO-TEX绝热床技术。

　　这个结果表明了铁系催化剂性能已超过了国外工业化水平，实现了该催化剂在国内的工业化，丁烯氧化脱氢制“单体丁二烯”这一过程开发成功，使我国成为继美国之后第二个掌握这个技术的国家。

　　继铁系尖晶石催化剂实现工业化之后，1987年兰州化物所又承担了国家“八五”重大攻关项目，开展了丁烯氧化脱氢制“单体丁二烯”高效无铬第三代催化剂的研制。从环保角度考虑，催化剂含有铬等有毒元素，会对人体造成伤害，因此需要开展无铬催化剂的研制。经过两年时间，在科研人员努力下，1989年完成了实验室阶段工作，各项指标都取得较大进展。因研究所没有中试、工业级放大装置，只能与外单位合作继续进行工作。于是，1990年10月与锦州石油六厂签订了联合开发无铬催化剂的研制的协议。1991年春，完成了催化剂放大工作，制备近300吨催化剂，同年5月在2600mm流化床工业装置上试验取得成功，1992年6月在同装置上又进行了3600小时连续运转的寿命试验，各项指标达到合同要求。1993年4月通过中科院和中国石油化工公司联合鉴定。丁烯氧化脱氢制“单体丁烯”无铬第三代催化剂，由小试直接实现工业放大应用，为合作方取得了显著经济效益。

　　兰州化物所在研制丁烯氧化脱氢制“单体丁二烯”过程中，包括三代催化剂制备的探索，共完成研究课题17项，授权专利2项，获得国家科技进步奖特等奖、国家自然科学奖二等奖、全国科学大会奖、国家经委技术开发奖等共4项，中科院科技成果奖共8项，当这一项目完成时共获奖12项。

　　顺丁橡胶研制成功，实现了工业化。兰州化物所成功完成了丁烯氧化脱氢制“单体丁二烯”工作，同时又与长春应用化学研究所(以下简称“长春应化所”)合作完成了“单体丁二烯”在镍系催化剂、汽油溶剂下成功完成了聚合反应制得顺丁橡胶。

　　合成顺丁橡胶这项工作是在丁二烯氧化脱氢制“单体丁二烯”工作出现好的结果时，就开始与长春应化所合作进行“单体丁二烯”聚合反应制备顺丁橡胶的试验。当这两项工作在实验室阶段取得进展时，引起了石油界行家和领导人的重视，在他们的推荐下，国家科委批准了顺丁橡胶中试技术的开发，分别在兰州化工研究院和锦州石油六厂建成了两套中试装置，这也是世界最早建成的顺丁橡胶中间试验装置。1965年12月该装置投入运行1966年1月又组成了由石油工业部、化学工业部、高教部、第一机械工业部和中科院共同参加的“四部一院”顺丁橡胶大会战，集中力量完善和完成锦州六厂的顺丁橡胶全流程中间试验。1968年又计划在黑龙江大庆建成第一套顺丁橡胶工业生产装置，但由于“文革”和“珍宝岛”事件的影响，重新改换厂址，1971年才在北京燕山石化公司胜利化工厂建成了第一套合成顺丁橡胶工业生产装置。1973年至1975年在胜利化工厂进行顺丁橡胶工业化试验，在生产装置上全流程运转正常。这表明了我国独立自主完成顺丁橡胶工业生产新技术的开发，后来相继在辽宁锦州、甘肃兰州、山东淄博及湖南岳阳建成了万吨级顺丁橡胶工业生产装置。

　　丁烯氧化脱氢制“单体丁二烯”和顺丁橡胶工业生产技术开发成功，不仅解决了国家急需合成橡胶的一条先进生产途径问题，并为四碳烃分离和综合利用以及为溶剂聚合技术提供了理论基础和工业化经验。“顺丁橡胶工业生产新技术”这一研究成果，打破了国外的技术封锁和垄断，形成了我国独立自主的工业化技术，为我国创造了巨大的经济效益。截至1990年底，这一重大科技成果已累计为国家生产100多万吨顺丁橡胶，创造产值50多亿元，创利税逾26亿元。1985年“顺丁橡胶工业生产新技术”获国家科技进步奖特等奖。中科院兰州化学物理研究所和石油工业部锦州六厂并列第一名，合作单位有长春应化所等。

　　这一科研成果的取得，体现了科研人员敢于承担、坚忍不拔、艰苦奋斗的科研精神，可歌可泣，为后人做出了榜样。

　　注:苏桂琴，79岁，中科院兰州化学物理研究所研究员。

　　本文源自：《定格在记忆中的光辉70年：献给中国科学院70周年华诞》，科学出版社，2019年