记中科院大连化物所高效纳米金属催化剂团队
(1)“高效纳米金属催化剂的创新及其在绿色化工中的工业应用”项目组。
(2)通过丙烯和乙酸的酯化和氢化制备乙醇和异丙醇的工业装置。
(3)乙醇胺加氢氨化制乙烯胺工业装置。
我们的记者沈春雷通讯员关嘉宁
日前，中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化学物理研究所)研究员、单碳化学与精细化工催化研究组组长丁、研究员、大连化学物理研究所高级工程师、化工新流程工程研究组组长带领“高效纳米金属催化剂创新及其在绿色化工中的工业应用”，荣获“2016年中国科学院科技促进发展奖科技贡献奖”。
该项目首席执行官丁在《中国科学》杂志上对记者表示:“我们自主研发了一系列高效纳米金属催化剂，应用于乙醇胺加氢氨化制乙烯胺、对苯二甲酸二甲酯(DMT)加氢制1.4-环己烷二甲醇(CHDM)、乙酸和丙烯酯化加氢制乙醇和异丙醇的清洁高效生产技术，并已完成工业化生产。”
然而，取得成果的过程经历了许多困难。“问题、困难、磨合、困惑、疲劳、纠结、纠纷、失败、重复...只有通过后，我们才能看到光。”这是陈曙光在接受《中国科学报》记者采访时所说的。正如歌词所说，“风雨过后，阳光总会照耀”。
从进口到出口
在2011年之前，乙胺加氢氨化的生产技术和催化剂被美国、日本和欧洲等几家大公司垄断，并拒绝转移到中国市场。陈曙光指出:“乙二胺系列产品中的乙二胺和无水哌嗪全部进口。许多国内研究机构多年来一直在解决关键技术问题，但没有取得突破。”
丁告诉记者:“氨化高效催化剂、滴流床反应工艺和无脱水剂的绿色加压脱水技术是我们研究乙烯胺生产技术项目的三个主要核心。”
为此，项目组创新性地采用原子级可控制备工艺，利用纳米尺度金属组分之间的协同效应，实现双金属组分的纳米尺度分散，开发出高效加氢氨化催化剂。
同时，团队还设计了高效滴流床反应器气液分布器的内部组件，实现了催化剂性能与反应过程的有机结合，使催化剂性能得到充分发挥。"我们开发的乙二胺选择性高达80%以上."丁对说:
为了解决反应中间体亚胺易聚合和结焦导致催化剂稳定性差的问题，该团队首次采用催化剂表面官能团接枝技术，改变催化剂表面的酸碱性能，抑制和减少中间体亚胺的聚合和结焦，加强载体与活性组分的相互作用等。因此实现了催化剂的高稳定性，催化剂寿命约为5年。
该团队自主开发了无脱水剂的加压绿色脱水技术，创造性地开发了一种更环保、更清洁的膜电极法制备乙烯胺，实现了更绿色的脱水工艺，大大提高了主要产品乙二胺的纯度(99.9%以上)。
2011年8月和2015年4月，大连化工学院成功地将山东联盟1万吨/年乙烯胺装置和3万吨/年乙烯胺装置一次投产，生产出高质量的乙烯胺产品，结束了乙烯胺在中国近50年的进口历史，为中国乙烯胺下游企业提供了可靠的原料保障。
2016年3月，大连化工学院与印度公司签署了一套完整的技术许可合同，从乙醇胺通过脱氨化生产乙烯胺，响应国家“一带一路”战略，并带动大量机电产品从中国出口。
打破外国垄断
作为高端聚酯聚乙二醇、PETG和高端涂料的主要原料，1，4-环己烷二甲醇(CHDM)产品在美国希斯曼首次通过两步加氢工艺进行商业化生产。经过近30年的工艺改进，它已在全球申请了200多项专利，成为CHDM工艺的绝对领导者和垄断者。
近年来，大连化工学院一直在研究开发对苯二甲酸二甲酯(DMT)加氢制备CHDM的技术。丁·说:“该技术要解决的难点包括加氢催化剂的研发、加氢反应放热强、沸点高、凝固点高、热分解和热自聚合。”
经过近三年的潜心研究，大连化工学院的获奖团队在成功开发加氢催化剂的基础上，发明并采用了独特的专利滴流床反应器内件，有效地消除了反应热，消除了温升，大大减少了热分解和热自聚合等副反应的产生，提高了产品收率。同时，该团队发明并采用了专有的产品分离技术，以确保产品的高质量性能，满足聚酯行业的质量要求。
2014年，大连化工学院在江苏张家港成功实现了年产2万吨CHDM装置的一次性生产，生产出高质量的CHDM产品。“我们不仅结束了希斯曼在技术和产品方面的多年垄断，还为下游产品客户(聚酯和高端涂料行业)提供了稳定可靠的原材料来源。”陈曙光坦率地说。
除了打破外国垄断，项目团队还在与外国同行的竞争中占据主动。该团队完成的合成气制乙醇示范项目采用原子级控制制备工艺制备具有高效纳米合金催化活性位点的催化剂，大大提高了催化剂的活性和选择性。
丁·自豪地告诉记者:“我们的分离工艺与低能分子筛膜脱水技术相结合，可以生产无水乙醇(99.7%)，能耗和物耗基本相当，而塞拉尼斯公司的技术只能生产95%的乙醇。”
他还指出，工业示范项目的成功投产不仅实现了催化剂和工艺的验证，而且改变了传统的乙醇生产路径，解决了传统乙醇生产成本高的问题，节约了粮食，是煤制乙醇技术大规模产业化的一大进步。
成为世界第一
丁团队针对国内丙烯水合制异丙醇的能耗高、价格高、原料波动大的缺点，开发了丙烯/乙酸与异丙醇和乙醇液相酯化加氢制乙酸异丙酯的固定床工艺。这套工业生产设备是世界上第一套具有原子经济性的能够分离乙醇和异丙醇的工业生产设备。
丁及其团队研制的活性炭负载钴基FT合成催化剂虽然性能优异，但在工业生产中仍面临许多工程和技术问题。
例如，由于使用活性炭作为载体，催化剂在焙烧过程中产生的强氧化性的氮氧化物很容易导致催化剂燃烧，从而导致催化剂在焙烧过程中温度升高。催化剂焙烧后，由于部分还原的金属钴颗粒的存在，空气必须严格隔离，否则会发生自燃，催化剂会燃烧和损坏。催化剂还原是一个强放热过程，快速传热是一个必要环节，否则也会因温度失控而导致催化剂失去活性。
尽管国际企业，如英国壳牌公司和南非萨索公司都致力于解决这一技术问题，但它们并没有突破商业化生产的技术瓶颈，只是停留在实验室和中试阶段。从2013年开始，课题组利用丁课题组提供的催化剂煅烧还原试验和中试数据，采用流体力学计算和冷态模型试验相结合的研究方法，设计了每批煅烧还原5立方米催化剂的反应器。与此同时，它开发了煅烧催化剂的密封转移技术，该技术具有许多核心专有工程和工艺技术。
项目组在2014年提供了一整套催化剂焙烧和还原工艺包。作为年产15万吨FT合成示范装置的配套技术，在陕西榆林建成投产，生产出性能优异的钴基FT催化剂，这是世界上首次实现活性炭负载钴基FT催化剂的工业化生产，也为2016年12月年产15万吨FT合成示范装置的顺利生产提供了有力保障。
"互相合作，克服困难是团队的力量和智慧."陈曙光说:“获奖不是目的，只有已经完成的工作才能得到认可。最高荣誉只是一种激励，我们会互相鼓励，坚持不懈。”
《中国科学报》(第五版《创新周刊》，2017-05-08)