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朱博超:20 年专注催化剂研究,用努力诠释匠人

2019-05-15 12:40 出处:未知 人气: 评论(

兰州日报社全媒体记者 颜娜 文 / 图

说到茂金属催化剂、后过渡金属催化剂、稀土金属催化剂这些名词,很多人都觉得听上去有点陌生。然而近些年茂金属催化剂及其应用技术已成为聚烯烃产业界最引人注目的技术进展之一。而朱博超就是这个领域的带头人之一,他和自己的团队用自身不懈的努力诠释了匠人精神,是为这一科学领域的发展增砖添瓦的人。

记者了解到,目前我国茂金属催化剂的开发已经驶入了产业化的快车道:中石化北京化工研究院与齐鲁石化公司密切合作,自主茂金属催化剂已在齐鲁石化的聚乙烯生产装置上,累计生产出了 40 多万吨的茂金属聚乙烯产品,其中,茂金属 PE-RT 管材专用料已得到了国内市场的广泛好评;中石油石化院兰州化工研究中心,以茂金属催化剂全流程研究为抓手,在主、助催化剂研究,催化剂载体研究,催化剂负载化研究,聚合工艺与工程研究,聚合物加工应用研究等方面均取得了突破性进展,自主开发的茂金属聚乙烯催化剂 -PME-18 已在中石油大庆化工研究中心完成了催化剂的长周期中试试验,现已具备开展工业试验的条件;民营企业——淄博新塑化工公司,借助已有的钛镁系淤浆、钛镁系干粉、铬系干粉 3 大系列共 12 个牌号的聚乙烯催化剂生产与开发的基础,自主开发的茂金属聚乙烯催化剂已建成了百吨级生产线,已开始在国内气相法聚乙烯装置上开展工业应用试验。

朱博超作为原中石油石化院兰州化工研究中心聚烯烃领域的技术负责人,多年来一直致力于茂金属催化剂及新型烯烃聚合催化剂的研发工作,他带领的研发团队是国内最早以产业化为目标开展茂金属催化剂的开发工作的。经过自 1995 年至今二十多年的刻苦攻关,已完成了茂金属催化剂成套技术的中试开发(包括:茂金属化合物合成技术、助催化剂 MAO 的中试技术、催化剂载体硅胶的百吨级生产技术、满足万吨级茂金属聚乙烯生产线的催化剂负载化技术等),他带领的项目组与中科院化学所、辽阳石化研究院等单位密切合作,使茂金属催化剂制备技术在 " 乙烯原位聚合制备高支化聚乙烯 " 及 " 汽车材料单一化关键技术 " 等两项国家 "863" 科技攻关项目中得到应用。在近期的采访中,朱博超也分享了他们项目组在茂金属催化剂研发中的体会及取得的关键性突破。

" 与传统 Ziegler-Natta 催化剂相比,茂金属催化剂每个组份的合成难度及对空气和水分的敏感性均远高于传统催化剂。催化剂的制备、结构与组成分析、聚合评价等环节的影响因素更多。同样的主、助催化剂及催化剂载体,同样的催化剂负载化方法、同样的聚合评价条件,但要得到同样的聚合评价结果,却不是一件容易的事,因为它往往受到称量、转移、加料、置换等这些表面上看非常简单但实际影响极大的操作技巧的影响。在获得有说服力的试验数据方面,项目组可谓吃尽了苦头。当试验数据与理论构想产生背离时,必须要用更多的重复试验去排除过程操作的偏差。另外,分析人员的技术水平及工作责任心在催化剂制备研究中起着非常重要的作用,分析是技术开发过程中的 " 眼睛 ",当眼睛出了问题,不能明辨 " 黑白与曲直 ",再多的试验都是徒劳 "。朱博超如是说。

" 也同样是分析这双眼睛,在之前的淤浆聚合评价中,我们始终没有发现茂金属催化剂催化乙烯聚合的脱氢问题,直到 2010 年大庆化工研究中心的可模拟 Unipol 工艺乙烯气相聚合的中试装置建成投用后,我们的 " 眼睛 " 才得以矫正,在中试聚合评价的反复比对试验中,我们发现了之前开发的催化剂在催化乙烯聚合时,的确存在脱氢问题 . 脱氢使聚合物的熔指无法得到有效控制,换句话说,我们无法用这种催化剂获得质量稳定的产品。这几乎是对项目组多年来研究进展的毁灭性打击 "。

" 好在项目组没有被这突如其来的试验现象所压倒,经过整整 3 年对主、助催化剂、催化剂载体及催化剂负载化方法的比对研究,首先发现了主催化剂的结构是主要影响因子,以这个结论为依托,又从较大幅度改善主催化剂的空间位阻及电子效应的角度出发,大范围调整了主催化剂的结构,最终通过试验选择出了两种几乎没有脱氢作用的催化剂体系,三次完整的中试聚合试验完全验证了这个催化剂体系的可靠性,中国石油自主知识产权的茂金属聚乙烯催化剂— PME-18 终于应运而生!"。" 道路是曲折的,但前景是光明的 " 朱博超满怀自信地对着我们说。

目前,国内发展较快的是乙烯聚合用茂金属催化剂,中国石化基本上产业化了,中石油也接近产业化,民营企业—淄博新塑的茂金属催化剂离产业化也只有一步之遥。丙烯聚合用茂金属催化剂因其研发的难度较大,目前还处于研发阶段。要用茂金属催化剂生产高等规聚丙烯,其等规度未必能达到传统 Ziegler-Natta 催化剂的水平,意义不大;按理说,生产间规聚丙烯应该能充分体现出茂金属的优势,但间规聚丙烯的市场在哪里,目前在世界范围内尚未定论;开发无规聚丙烯(只用丙烯一种单体)、无规共聚聚丙烯、钳段共聚或杂相共聚聚丙烯、丙烯与极性单体的共聚物应该是今后的发展方向。关于乙丙共聚合用茂金属催化剂,朱博超以及他的团队已经有了初步的方案,并且在之前的国家 863 项目中已得到了验证。

" 我们与中科院化学所合作,选用一种简单的桥连茂金属化合物,通过茂金属催化剂与传统催化剂的复配,将聚合分为两个或三个阶段进行,第一阶段让传统 Ziegler-Natta 催化剂充分发挥作用,产生高等规度聚丙烯,第二或第三阶段让茂金属催化剂充分发挥其共聚能力,使均聚物的孔道里生成更多的橡胶相,从而可获得模量满足使用要求的高抗冲聚合物。这一试验构想在兰州化工研究中心的聚丙烯中试装置上得到了充分的验证,中试试验结果表明:茂金属催化剂的引入,可大幅度提高橡胶相的含量,而且聚合物形态良好,不发生粘结。"

2017 年 5 月,在规划好茂金属聚乙烯催化剂工业试验的相关工作后,朱博超非常荣幸地进入了中石油石化院国家千人科学家—辛世煊博士的课题组,在辛博士的教导和培育下,一年多的时间使他对单活性中心催化剂催化烯烃聚合的科学问题有了更深入的理解,丙烯聚合用茂金属催化剂的结构设计又成了这个团队急需攻克的技术难题,朱博超用他特有的亲和力,发挥了院部研究室 " 科学研究 " 与中心级研究所 " 技术开发 " 的桥梁作用,茂金属催化剂催化丙烯聚合的中试研究已经在兰州中心的 75kg/h 聚丙烯中试装置上开展了一次中试试验,也暴露出不少问题,之后要攻克的难题还很多,这项事业可谓任重而道远。

2019 年 4 月,作为迈瑞尔化学技术总监的朱博超,在兰州大学物理科学与技术学院与迈瑞尔实验设备(上海)有限公司共同组建的 " 材料工程专业学位研究生联合培养实践基地 " 签约仪式及揭牌仪式上深情地说:" 一项技术的产业化,除了要解决科学问题以外,还要解决很多工程问题,二者缺一不可!随着国家 " 绿色、环保、可持续发展 " 战略的进一步实施,开发高性能高附加值环境友好型材料,大力推进各类装置运行的智能化和高度自动化,推动化工装置的远程控制、远程诊断、仿真培训、应急救援等等体系的建设,必将成为今后相当长一段时间,化工类从业人员的终极目标;我是甘肃人,美丽的金城兰州是我人生启航时接触的第一座城市,那里的一条河、那里的一碗面、那里的一本书、那里的一座山 ........, 二十多年以来,无论我在哪里,她始终萦绕在我的心间,难以忘怀!"

" 不积跬步 , 无以至千里 ; 不积小流 , 无以成江海 "。正是这些怀着匠人情怀的专家,不断解决着一道道难题,攻克着一道道难关,才使我国的科技成果逐步走上国际竞争的舞台,实现着科技之光普惠人类的理想。

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