膜過(guò)濾用于空心鈦硅分子篩生產(chǎn)成就國(guó)家級(jí)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)
2014-04-21 20:59:54
admin
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據(jù)經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)網(wǎng)2011年5月4日訊 “催化氧化新材料——空心鈦硅分子篩”項(xiàng)目已獲得2010年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。該項(xiàng)目經(jīng)過(guò)近20年研究，取得了4方面的創(chuàng)新。一是發(fā)明重排技術(shù)，首創(chuàng)了世界上獨(dú)特的空心鈦硅分子篩；二是首創(chuàng)無(wú)需成型可直接用于催化氧化反應(yīng)的納米/亞微米多空心鈦硅分子篩原粉催化劑，實(shí)現(xiàn)了跨越式技術(shù)進(jìn)步；三是開(kāi)發(fā)硅鈦酯匹配水解和脫醇成核2項(xiàng)技術(shù)，為重排工藝提供質(zhì)量穩(wěn)定的鈦硅分子篩中間體；四是首次移植膜過(guò)濾和微波干燥技術(shù)用于分子篩生產(chǎn)，解決了納米/亞微米分子篩收率低易污染難干燥等工業(yè)難題。依據(jù)以上創(chuàng)新，2003年實(shí)現(xiàn)空心鈦硅分子篩工業(yè)化，建成50噸/年生產(chǎn)裝置。產(chǎn)品和技術(shù)具有自由運(yùn)作權(quán)，突破了國(guó)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘，標(biāo)志著我國(guó)擁有空心鈦硅分子篩及催化劑全套生產(chǎn)技術(shù)。
我們?nèi)粘Ｉ钪幸玫酱罅康幕瘜W(xué)品，而化學(xué)品生產(chǎn)過(guò)程中大多要使用催化劑，開(kāi)發(fā)利用適宜的催化劑可以通過(guò)提高反應(yīng)速度和目標(biāo)產(chǎn)品的收率，提升生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。分子篩催化劑是以分子篩為催化活性組分或主要活性組分之一的催化劑，具有活性高、選擇性好、穩(wěn)定性和抗毒能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，近幾十年來(lái)，在石油煉制和石油化工等領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。
“通俗地講，分子篩就是一種能篩分子的‘篩子’。”空心鈦硅分子篩的第一發(fā)明人、石油化工科學(xué)研究院林民博士形象地說(shuō)，“分子篩是一種結(jié)晶體，帶有大小固定均一的孔道，孔徑的尺寸一般以?xún)|分之一厘米計(jì)，和許多物質(zhì)的分子大小相近，這樣就可以將混合物中的分子按大小加以篩分。”
分子篩又分為天然存在與人工合成兩種，工業(yè)應(yīng)用中通常為人工合成分子篩。從上世紀(jì)60年代開(kāi)始，分子篩就已成為石油煉制催化裂化的主要材料，并可廣泛應(yīng)用于石油化工的多個(gè)領(lǐng)域。目前，分子篩作為催化劑的主要活性組分，對(duì)分子篩的創(chuàng)新性研究開(kāi)發(fā)成為科技界尤其是催化領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。研究*廣泛的分子篩是硅鋁分子篩。
早在上世紀(jì)80年代，意大利就已率先研制出鈦硅分子篩TS-1，由于其可用于烴類(lèi)催化氧化過(guò)程，并具有工藝簡(jiǎn)便、過(guò)程清潔等優(yōu)點(diǎn)，受到世界各國(guó)石化研究人員的關(guān)注。但常規(guī)鈦硅分子篩本身性能不穩(wěn)定，導(dǎo)致它很難走出實(shí)驗(yàn)室，雖然世界許多國(guó)家都在研究鈦硅分子篩，但是真正能投入到工業(yè)應(yīng)用的卻是鳳毛麟角。
為了避開(kāi)已有技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制約，開(kāi)發(fā)出自有技術(shù)，從上世紀(jì)80年代鈦硅分子篩出現(xiàn)時(shí)起，中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)就幾乎同步開(kāi)始了鈦硅分子篩基礎(chǔ)研究。在大量試驗(yàn)基礎(chǔ)上，他們開(kāi)發(fā)出鈦硅分子篩重排處理過(guò)程并成功地實(shí)現(xiàn)了鈦硅分子篩的晶內(nèi)空心化，經(jīng)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)空心結(jié)構(gòu)的鈦硅分子篩在性能上更穩(wěn)定。這一發(fā)現(xiàn)為鈦硅分子篩的工業(yè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
功夫不負(fù)有心人，石科院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)用近20年時(shí)間完成了實(shí)驗(yàn)室探索、小試、中試放大、工業(yè)試驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)等過(guò)程，首創(chuàng)了世界上獨(dú)特的空心結(jié)構(gòu)鈦硅分子篩，開(kāi)發(fā)了全套工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、催化性能優(yōu)異、質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。
“鈦硅分子篩與通常由硅和鋁組成的分子篩不同，不具有明顯的酸性，能顯著改變現(xiàn)有傳統(tǒng)氧化過(guò)程工藝復(fù)雜、條件苛刻、選擇性差、污染嚴(yán)重等缺陷。空心結(jié)構(gòu)則使反應(yīng)分子更容易在分子篩內(nèi)部移動(dòng)，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)更易進(jìn)行。這種空心鈦硅分子篩是我們研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)的，獲得了中國(guó)、美國(guó)、歐洲、日本等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)。”林民說(shuō)。
空心鈦硅分子篩作為一種催化氧化新材料，其開(kāi)發(fā)過(guò)程首先是理念的創(chuàng)新，突破了常規(guī)鈦硅分子篩的局限，提出了空心結(jié)構(gòu)的概念，通過(guò)獨(dú)創(chuàng)的合成方法，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品本身的創(chuàng)新。其專(zhuān)利權(quán)的獲得，不僅僅是保護(hù)了合成制備這種分子篩的方法，還把將來(lái)不管用何種方法合成制備的空心鈦硅分子篩都置于我們的保護(hù)之列，這將為我國(guó)開(kāi)發(fā)各種烴類(lèi)催化氧化新過(guò)程及成套技術(shù)提供知識(shí)產(chǎn)權(quán)基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
林民解釋說(shuō)，烴類(lèi)選擇性氧化是生產(chǎn)高附加值化學(xué)品的一個(gè)重要過(guò)程，但傳統(tǒng)的氧化工藝十分復(fù)雜且污染嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)清潔高效的氧化新工藝勢(shì)在必行，而新工藝的核心則是催化材料。鈦硅分子篩催化材料的誕生不僅改變了氧化催化劑，而且使整個(gè)催化氧化工藝都發(fā)生了根本轉(zhuǎn)變，使用鈦硅分子篩作為催化材料的工藝路線簡(jiǎn)單，反應(yīng)緩和，提高了原料利用率。
例如，環(huán)己酮肟的制備技術(shù)是己內(nèi)酰胺合成的核心工藝，采用空心鈦硅分子篩作為催化劑，氧化過(guò)程中所使用的反應(yīng)原料是雙氧水，經(jīng)氧化分離后排除的廢物是水，對(duì)環(huán)境幾乎零污染，從源頭上做到環(huán)保。空心鈦硅分子篩的成功開(kāi)發(fā)應(yīng)用為我國(guó)實(shí)現(xiàn)己內(nèi)酰胺生產(chǎn)過(guò)程“零排放”提供了有力支撐。
目前，空心鈦硅分子篩工業(yè)產(chǎn)品不僅已用于兩套10萬(wàn)噸/年以上環(huán)己酮肟生產(chǎn)過(guò)程，而且用于1萬(wàn)噸/年苯酚羥基化、醛酮肟化以及醇氧化等多個(gè)工業(yè)過(guò)程，為湖南建長(zhǎng)石化股份公司、中國(guó)石化巴陵分公司等生產(chǎn)和應(yīng)用企業(yè)創(chuàng)造了上億元的經(jīng)濟(jì)效益。