为了氯碱产业的“中国心”东岳全氟离子膜产业化历程

2014-05-10 18:23:49 admin 314
来源:《中国化工报》记者 危丽琼 / 时间:2010-8-12 11:30:22

  据中化新网2010年8月11日讯 中国是当今世界氯碱产能第一大国,但全球第一的光环并不能掩饰中国氯碱人的一块心病。
  离子膜电解法是目前最先进的氯碱生产工艺,离子膜电解槽是氯碱工业的核心装置,而其中发挥关键作用的是安装在电解槽上的全氟磺酸羧酸离子膜(简称全氟离子膜)。这张薄如蝉翼的离子膜被认为是氯碱装置的“心脏”。一直以来,全氟离子膜生产技术被美国和日本垄断,中国氯碱装置安装的只能是洋“心脏”。从“六五”时期起,我国一代代化工人开始了漫长的离子膜国产化征程。
  全氟离子膜,这枚化学工业“皇冠上的明珠”,曾是共和国几任化工部长、几代化工人未偿的夙愿。
  全氟离子膜,这张含金量极高的薄膜,曾经阻滞了多少氯碱人自主自强、实现完全国产化的脚步。
  直到2010年6月30日,一个民营科技化工企业——山东东岳集团100%国产化的全氟离子膜,在万吨级氯碱装置上一次通电成功。从此,中国氯碱行业终于有了“中国心”!
  一次偶然的相遇   开创了一段艰辛的探索
  东岳集团与离子膜结缘始于一个偶然。2003年,在杭州的一次会议上,东岳集团总裁刘传奇作了一个报告,介绍了东岳集团聚四氟乙烯产品的发展情况。当时中国聚四氟乙烯还徘徊在低档次、小规模水平,能大规模涉足的企业并不多。听着刘传奇的报告,有一个人心潮澎湃,他就是当时上海交通大学化工学院张永明博士,如今的上海交通大学教授和东岳集团离子膜项目首席专家。当时张永明正在从事全氟离子膜研究,东岳集团要做的聚四氟乙烯的单体四氟乙烯也正好是离子膜的关键原料之一。并且张永明觉得刘传奇“这个山东人讲话很实在,掷地有声”,而且东岳集团还有一位退伍军人——张建宏任董事长,合作干一番事业的念头已然在胸中升起。
  2003年7月12日,张永明怀着试试看的心情给刘传奇打电话,谈了自己想与东岳集团合作搞离子膜研发的想法。没料到第二天,东岳集团的刘传奇总裁和张恒副总裁就代表公司来到了上海,邀请张永明去东岳集团进行离子膜产业化工作。张永明提出了几个去东岳的前提条件,包括为其准备实验室和实验条件等。当时东岳的科研基础条件比较艰苦,张永明认为要达到他提出的实验要求,东岳怎么也得准备几个月。再次出乎意料,东岳在一星期内打电话来,说筹建好了他要求的实验室。张永明半信半疑地第一次来到东岳。当他看到东岳为他创造的科研条件,特别是感受到张建宏那种爱才惜才的热情时,心里便认定要在东岳把离子膜的产业化进行到底。
  说起两人的第一次会面,张永明教授记忆犹新:“董事长给我的见面礼很大,一个是让我享受国家的部长生活待遇。再一个是给我‘三定大权’:项目研发用什么样的人、安排什么工作岗位、给予什么样的工资待遇,完全由我决定。”2003年8月,张永明在第一次接触刘传奇短短的20多天后,便满怀激情地来到了东岳投身离子膜事业。
  有了这个一拍即合的开始,接下来的路怎么走?为了争取国家方面的支持,2003年底,张建宏、张永明、张恒等赴京参加科技部的专家项目论证会。也正是在这次会议上,张建宏进一步了解了离子膜项目科技攻关的难度之大、意义之重。上世纪八九十年代,我国也曾尝试引进国外技术,但遭到断然拒绝。外国公司看家的本领怎能轻易转让给中国?自己攻克难关,成为中国人唯一的选择。当时,这个项目已经由国家组织了“六五”、“七五”两个5年重大科技攻关计划,由于技术和工程难度实在太大,一直没能成功产业化。会上,很多专家善意提醒张建宏放弃,不要冒这个险。因为“一个民营企业想攻下离子膜项目,简直比登天还难”。
  一时间,外界也出现了众多质疑的声音。有人说这是东岳打着科技创新旗号的一次自我炒作。质疑,东岳的当家人张建宏和刘传奇并非第一次遇到。他们的几次重大决策,几乎都饱受争议。1998年,当他们与清华大学合作,开发环保型制冷剂时,被人称为“老乡结皇亲”,但事实证明,他们的决策是正确而超前的。由于抢先一步,东岳成为全球最大的环保制冷剂生产企业。2000年,东岳决定要上3000吨/年“塑料王”——聚四氟乙烯项目时,有人竟说“东岳要建3000吨的聚四氟乙烯,我还要造原子弹呢”。但2002年4月,经过仅仅11个月的建设,东岳3000吨/年聚四氟乙烯装置投产了。第二年,东岳就把产能规模扩大到了6000吨/年。张建宏欣慰地说:“我们一举走了中国聚四氟乙烯过去50年的路。”
  正是有了之前每次决策的底气,这次张建宏认准了全氟离子膜项目。因为一方面全氟离子膜是四氟乙烯的下游高端产品,符合东岳延伸产业链实现高附加值的发展思路;另一方面中国是氯碱生产第一大国,其核心材料全氟离子膜掌控在外国人手里是可怕的,中国市场迫切需要国产的离子膜。“因此离子膜是个好东西,一定要做。”
  尽管饱受质疑,但事情还是有了转机。由于离子膜项目事关中国氯碱产业的自主性,所以为了明确全氟离子膜项目的可行性,科技部专门派人到东岳进行现场考察,当他们看到东岳已经取得的成果和科技人员的艰苦攻关时,还是对这个项目给予了肯定。2004年1月,这一项目成为紧急启动的国家“863”重大项目。
  东岳集团全氟离子膜项目正式上路了……
  一段艰辛的探索  换取了一个难忘的时刻
  全氟离子膜从一块普通的萤石开始,到能够满足氯碱生产选择性要求,中间要经历氢氟酸、四氟乙烯、全氟磺酸单体和树脂、全氟羧酸单体和树脂,再到全氟离子膜的过程,这需要进行几十步的复杂反应和分离过程。张永明说:“全氟离子膜的生产设备摆起来有几千米长。”
  高自宏,北京大学化学专业的博士后,5年前从北京来到东岳离子膜项目组做研究工作。她只是东岳离子膜项目上百人研发团队中的一员。当记者问起她的研发经历,她没有惊人之语,只说自己年复一年、日复一日总是在一遍遍摸索实验条件,一次次改变反应路径,一点点提高产物收率。她早已记不清自己做了多少次尝试,记不得实验失败了多少回。以至于最后的成功在她看来就是“水到渠成的事”。“因为我们上百人的科研团队的探索,早已摸清了复杂反应的每一个环节。”
  张永明数不清自己在实验室度过了多少个不眠之夜,自己遇到了多少棘手的难题。他感到自己时常会遇到一个个难以迈过去的坎儿,自己总是在黑暗中摸索、时常碰壁。他每每带着负疚的心情去见张建宏,张建宏总是安慰他说:“做成了算你的,做不成算东岳的。”
  张建宏把压力揽到了自己身上,是想让科研团队放下思想包袱。他自己承受的压力无疑是巨大的,难怪他说:“有几次我也不想干了,感到特别孤立无援,找不到出路,很痛苦。”在全氟离子膜关键材料羧酸树脂试车时进展很不顺利,头三批料都没有成功。一天晚上,在试车现场的车间里,员工们看见张建宏在墙角一直用力地踢墙壁,可想而知他的压力有多大。张建宏坦言,在离子膜研发和产业化过程中,自己每天就像走在钢丝上。
  在一次次的探索中,东岳离子膜研发的环境也有改善。2005年9月8日,山东省人民政府召开东岳集团离子膜项目产业化现场办公会,离子膜项目被列为举全省之力支持的山东省高新技术一号工程;2006年3月19日,东岳离子膜研究项目顺利通过国家“863计划”验收;2006年12月18日,全氟离子膜工程技术研究被列为国家“十一五”科技支撑计划重大项目。胡锦涛、温家宝、李克强、李源潮等党和国家领导人先后视察东岳,对东岳自主创新特别是离子膜研发给予充分肯定。
  2009年9月22日,是值得东岳人铭记的日子。这一天凌晨2点,1.35米×2.65米工业规格的全氟离子膜在东岳集团成功下线。当看见离子膜缓缓走下生产线时,东岳人眼里充满了喜悦的泪水。这时候,所有的科研人员体力已经完全透支。张永明更是由于长时间的科研工作,眼睛已经看不清东西,当产品成功下线时,他已经晕倒在地。
  一个难忘的时刻 成就了一桩伟大的事业
  离子膜下线后,东岳集团对产品的性能进行了全面检测分析,同时为大规模工业化应用作准备。张永明说:“2009年9月22日之后,我们在工程化、标准化过程中又解决了48个难题,其中主要是设备难题。由于中国设备制造水平有限,有的这儿不合适,有的那儿不合适,所以我们一直在改造。”
  当然,国产离子膜最关键的还是要在氯碱工业装置上获得应用。2010年5月,同样经过艰苦努力将离子膜电解槽成功国产化的蓝星(北京)化工机械有限公司,同意在其设在中化集团沧州大化黄骅氯碱公司5000吨级的实验装置上试用东岳离子膜,做了“第一个吃螃蟹”的人。
  当时在黄骅氯碱公司现场5000吨级装置上主持试验工作的蓝星(北京)化机公司服务总监苏克勤心里也是犯嘀咕的:此前20多年,曾有科研机构和企业为此做过不懈努力,但由于诸多原因未能工业化。这次东岳做出来的离子膜,真的就能成?苏克勤坦言,为了防止发生意外,确保实验装置和整个厂区的安全,他们做好了最坏的打算和最周全的预案。
  2010年5月14日,黄骅氯碱厂采用东岳离子膜的氯碱生产装置正式开车。开车的结果,大大出乎所有人的意料。东岳离子膜在黄骅氯碱公司实验装置上一次通电成功,并且生产出合格的工业产品。从运行的结果来看,东岳离子膜与某外国公司的同类型离子膜性能相当。苏克勤长长地松了一口气,他说:“开车成功的那一刻,先前的担心被巨大的开心和喜悦取代了。”
  此后,东岳集团又花一个多月时间,在集团内自建了一套万吨级氯碱生产装置。万吨级已经是氯碱装置的最大单套生产规模。该生产装置采用的是蓝星(北京)化机公司的离子膜电解槽和东岳集团的离子膜,实现了所有的装备、原料、技术的100%国产化。2010年6月30日晚9点48分,东岳离子膜在完全国产化的万吨级工业氯碱生产装置上一次通电成功,产出合格的工业产品。
  至此,我国成为除美国、日本外世界上第三个掌握离子膜电解法烧碱整套复杂生产技术的国家。

膜分离设备

工作人员和专家们展示国产离子膜