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闵恩泽院士印象:心远阔绩丰硕全情皆为石化搏
科技日报        

  如释重负,没有想到,自己的专业兴趣和国家建设、人民需要相吻合,是最大的幸福!

  出人意料的获奖感言

  在迄今为止所有国家最高科学技术奖获得者中,闵恩泽的获奖感言可能是最出人意料的——面对在场的十几位大小媒体记者,他用“如释重负”来表述他确定自己已获该奖之后的第一感。

  负重感并非来自对能否获奖本身的焦虑,而是“大家的期望对我形成了压力”。闵恩泽被推荐为最高科学技术奖候选人之后,在相关学术界、企业界,碰到同事、朋友、学生,人人都会问上一句“怎么样了?”真正使他感到,这个奖不只代表自己,而是代表整个石化、化工领域。这副“重担”他一直扛着,“恐怕只有到人民大会堂把奖拿到手里,才能真正卸下!”

  颇能说明闵恩泽个性的,还有他的夫人陆婉珍女士在他获奖之后的感言——“以前看王选、袁隆平获国家最高科学技术奖,总有神秘之感;而闵恩泽对我来讲很平常。我要说的是,有平常人的能力,加上系统训练和勤奋,人人都能获得成功。”——有科学证据说夫妻共同生活日久,连性格甚至长相都会趋同。而闵、陆作为为数不多的院士伉俪中的一对,即将迈入“钻石婚”的殿堂。

  “没有想到”,是闵恩泽获最高奖之后的第二感。“没有想到”的还有,他所在的中国石化石油化工科学研究院50年来变化之大。上世纪50年代闵恩泽刚到这里,放眼望去一片麦田;50年间,他和他的学生以及学生的学生的学生,五六代人精诚合作,做到今天的境界。“大家都变了,就我的四川话没变。”

  奠基人、先行者和开拓者

  由中石化集团和侯祥麟、师昌绪、张存浩、李静海四名院士联署的《国家最高科学技术奖推荐报告》,在概括闵恩泽科技成就和贡献时用了这样的言语:“他被公认为我国炼油催化应用科学的奠基人,石油化工技术自主创新的先行者和绿色化学的开拓者。”这三项中的任意一项,可能都足以把他推上最高领奖台。

  新中国石油工业创建人余秋里在其《回忆录》中曾多次提到闵恩泽:“1960年开始,苏联逐步减少以至最后停止了对我国的催化剂供应,当时库存的催化剂只能维持一年,直接威胁到我国航空汽油的生产,形势十分严峻……我把研制催化剂的重担,交给了石油科学研究院从美国回来不久的闵恩泽同志。”危难之际,闵恩泽毅然领受了紧急开发催化剂的重任。他全身心投入,发明表面张力控制方法,设计控温控湿干燥箱,使催化剂完整率达到92%,高于进口剂的86%;其后,又参与催化剂工厂的设计和试运转,制定开工方案、操作规程,并解决了油柱成型柱冒泡、干燥带上湿胶球干燥不均匀、小球漏入焙烧炉进气管等难题。1964年5月工厂投产时,库存催化剂仅够用两个月,国防和民用航空汽油供应终得及时保障。这座工厂年产催化剂2400吨,催化剂完整率、抗磨强度和杂质含量等技术指标均优于苏联进口催化剂,而且价格只有进口剂的一半,每年节省移动床催化裂化装置运转费用上千万元。

  闵恩泽的专业领域,在绝大多数非专业人士看来,晦涩难懂,许多名词甚至读起来都有些拗口。但我们的日常生活,几乎没有一天离得开他的那些催化裂化、聚合、重整、加氢反应、分子筛等。比如,我们现在很难想象没有汽车的生活,可是如果没有石油炼制和化工过程中占80%以上的催化工艺,原油就变不成汽油、柴油、煤油,汽车就一步也动弹不得;比如我们也很难想象没有塑料、橡胶和化纤的生活,可是如果没有聚合催化剂将小分子转化为大分子,这些人工材料就永无出头之日,要养活现在这么多人,把树砍光、粮田全种上棉花,恐怕也未必应付得了。

  炼油催化应用科学、石油化工技术自主创新和绿色化学,分别涵盖了闵恩泽科学人生的三个主要阶段,同时也跟我国石化、化工产业发展的脉搏合拍。这是闵恩泽科学人生的最大闪光点——作为奠基人、先行者和开拓者,他在自己的专业领域内造诣精深,成就非凡,并在每一阶段都有属于自己的标志性贡献;但他又不是孤芳自赏,自娱自乐,他在专业领域的所作所为,都是紧扣国家重大需求,并及时提供解决之道。“自己的专业兴趣和国家建设、人民需要相吻合,是最大的幸福!”这是他获最高奖之后面对记者所说的唯一具“豪言壮语”意味的话,但却是大实话。

  创新来自联想

  2006年秋天,闵恩泽和来自四川家乡的画家古月摆龙门阵,问起他:“在绘画中是如何创新的?”画家脱口而出:“创新来自联想!”

  闵恩泽对此感同身受。作为催化剂大师的他,曾由自己的专业联想到烹调:“做菜,是个技巧;吃着好,就想怎么做。催化剂,也是技巧,经验、艺术多于科学!”不明白个中原委,可以从2005年度国家技术发明奖唯一的一等奖“非晶态合金催化剂和磁稳定床反应工艺的创新与集成”体味其奥妙。

  上世纪80年代初,闵恩泽负责组建石科院基础研究部,特意邀请美国美孚公司的中心研究实验室主任来访。当问及美孚在分子筛领域为何一直处于世界领先水平时,对方回答,工业催化剂基础研究的关键在于新催化材料。闵恩泽大受启发:“这就好比布料和服装的关系,有好的布料才能做出好的服装。”

  具体到选择哪一类具有发展前景的新催化材料,闵恩泽从1976年美国纽约州科学院“固态无机物的催化化学”专题讨论会报告中得到启示:首先应分析催化材料的物质结构特点和对催化反应可能带来的影响;在催化材料物质结构稳定的前提下,允许材料元素、组成变化的范围要大,这涉及寻找优异催化材料范围的大小和成功的机会;还要考虑材料的耐热、耐水蒸气、抗氧化性能,这涉及新催化材料可以应用的催化反应种类的多少。闵恩泽联想到,非晶态合金表面缺欠多、形成的催化活性中心数目多,表面原子配位不饱和、催化活性高,所有的金属和类金属均可以形成非晶态合金,组成变化范围大,于是选择目标逐渐指向非晶态合金。

  晶态型的雷尼镍催化剂由美国科学家雷尼于1925年发明,80多年来广泛用于有机合成中的加氢反应。经50多年不断改进,其制备方法已趋成熟。但其制造过程易污染环境,其催化性能也有待进一步提高;而且工业应用中只能采用釜式反应器,反应效率低,分离困难。

  1984年开始,闵恩泽与复旦大学化学系和原东北工学院材料系合作,采用冶金工业的急冷法来研制共熔点低的镍-硼、镍-磷非晶态合金。镍-硼、镍-磷非晶态合金的结构是亚稳态,其比表面积不足1平方米/克,比雷尼镍的140平方米/克低许多,活性也不够高。于是联想到采用雷尼镍的镍-铝体系来制备非晶态镍合金,并且用化学抽铝的办法来提高比表面,这才走上创新之路。以后又优化制造工艺,提高成品率,终于开发成功具有工业化价值的非晶态合金催化剂。同时利用化学法抽铝生成的偏铝酸钠溶液来合成分子筛,实现零排放清洁生产。

  非晶态镍合金催化剂发明后,闵恩泽开始思考如何开发配套的新反应器。由于非晶态镍合金具有优异的低温加氢活性,同时又具有磁性,正符合磁稳定床加氢催化剂的要求,他联想到将非晶态镍合金与磁稳定床集成。

  2000年,磁稳定床冷模实验装置建立。通过冷模研究,闵恩泽认识到要控制磁稳定床操作,实现链式状态。设计一个均匀磁场的磁稳定床反应器还要取得优化线圈设计,优化线圈安装间距,设备磁格栅内构件,强制水冷等工程知识,最后把这些知识联想到一起,才将非晶态镍合金催化剂与磁稳定床反应器应用于己内酰胺加氢过程,首次在国际上实现工业化。

  可见,联想并非胡思乱想。非晶态合金催化剂和磁稳定床反应器开发成功,是对市场需要、科研开发经验、新催化材料、新反应工程、新反应及其他交叉学科知识综合联想而来。闵恩泽从中得到的最终启示是:自主创新来自联想,联想源于博学广识和集体智慧。

  技术进步S型曲线

  闵恩泽在其科学人生的每一阶段,在我国石化、化工产业发展的每一阶段,都有属于自己的标志性贡献,其原动力在哪?

  面对本报记者的这一提问,他的答案中首要一条是,作为科学家,就要了解世界学科前沿,知己知彼,才能适应现在的全方位竞争。

  他的学生和同事何鸣元院士为这一答案提供了一个佐证:石科院订有不少国际学术期刊,每一期新刊来了,第一个看的,总是闵老;他不光看看而已,还要挑出国际最新动向,复印几份,送给同事、学生及其他相关的人。“总是他拿来送给我们,很少有我们送给他的。”

  1991年,闵恩泽从《催化科学与技术》上首次看到一篇文章引用福斯特的“技术进步S型曲线规律”,即技术进步通常经历一个慢—快—慢的发展周期;而当某一技术达到或接近其发展极限时,技术进步将通过“非连续式”——即转移到一个全新的和完全不同的知识基础上来实现。闵恩泽发现,1930年至1980年间化学工业的重大新技术开发就遵循了这种S型曲线规律;并且,当“非连续式”技术进步发生时,70%的情况下技术领先地位易主,现有技术的拥有者不再是领先者;“非连续式”技术的发明创造人,要具有深刻的洞察力认识现有技术的极限,设想出绕过它们另行开拓的可能途径,并把这一构想变成现实。“喷气燃料加氢脱硫醇(RHSS)技术的开发和工业应用”,正是这一理念的成功范例。

  喷气燃料是民航和军用飞机燃料,其中的硫醇不仅使油品发出臭味,而且对飞机材质有腐蚀作用并影响燃料的热安定性。以往国外普遍采用液体碱作为催化剂,通过催化氧化反应加以脱除,但同时产生废碱排放,污染环境。上世纪80年代后期,国外尝试开发固体碱催化剂,以求缓解污染。

  闵恩泽率领他的博士生团队,一开始沿用固体碱催化氧化的思路,却屡屡走进死胡同。1996年年底的一天,闵恩泽下班回家路上跟人聊天时,灵感突现:喷气燃料中的硫醇最易于加氢脱除,可否利用这一原理另辟捷径,在比常规加氢工艺更缓和的条件下加氢脱硫醇?思路大开,流程一下子打通,短时间内开发成功RHSS新工艺,废渣排放降低99.8%,并显著降低操作费用,能从多种原料油生产合格的喷气燃料。目前已建成7套15~100万吨/年规模的工业装置,总加工能力420万吨/年。RHSS技术占国内新建或改建装置80%的份额。

  1995年,闵恩泽成为进入绿色化学这一前沿领域的科学家第一人,有意识地将自己在石油化工催化方面的才能引上了绿色化学之路,并逐渐把对单项绿色石化工艺的研究拓展为成套绿色石化技术的开发。在国内“绿色化学”概念提出以来仅有的十几年里,他已经策划和指导开发了一系列从源头根治环境污染的绿色新工艺。

  进入新世纪,已是资深院士的闵恩泽又在利用生物质资源生产车用燃料和有机化学品可降解油品和化工产品的全新领域焕发出科学青春。在被问到500万元大奖怎样花时,他的想法是,对“明、后天”的国家战略需求作一番有用的评估,有选择地进行前瞻性自主研究。比如第三代生物柴油技术,即超临界催化技术,可以处理很差的原料;比如生物柴油炼油化工厂,最终实现难度很大的以生物柴油制取大宗化工产品和精细化工产品;比如秸秆资源的利用乙醇,国际上普遍采用酶制剂,而我们考虑加氢的路线。“不过这是后天之后的事情了!”

  闵恩泽

  炼油催化应用科学、石油化工技术自主创新和绿色化学,分别涵盖了闵恩泽科学人生的三个主要阶段,同时也跟我国石化、化工产业发展的脉搏合拍。这是闵恩泽科学人生的最大闪光点——作为奠基人、先行者和开拓者,他在自己的专业领域内造诣精深,成就非凡,并在每一阶段都有属于自己的标志性贡献;但他又不是孤芳自赏,自娱自乐,他在专业领域的所作所为,都是紧扣国家重大需求,并及时提供解决之道。

  成果简述

  闵恩泽院士从1955年回国至今,一直在中国石化石油化工科学研究院从事炼油和石油化工催化技术的研究开发工作。

  从1956年起,他担任题目组长和室主任,先后开发成功小球硅铝裂化、微球硅铝裂化、铂重整等炼油第一代催化剂,打破国外的技术垄断和封锁,实现了我国炼油催化剂的自给,解决了国家经济建设和国防的急需。20世纪70年代,他担任副院长、总工程师领导全院炼油技术的开发,重点指导开发成功半合成裂化、渣油裂化以及钼镍磷加氢炼油第二代催化剂,迎头赶上世界先进水平,奠定了我国现代炼油催化剂生产技术的基础。后又指导炼油催化剂的自主创新,实现炼油催化剂跨出国门、走向世界。

  1978年,为了实现自主创新,他负责组建基础研究部。先后在新型分子筛、非晶态合金、负载型杂多酸等新催化材料,磁稳定流化床、悬浮催化蒸馏、超临界反应工程等新反应工程领域开展系统的导向性基础研究,取得多项重大的自主创新成果,获得国家技术发明一等奖等多项国家级奖励。

  上世纪90年代,他担任首席总工程师,为了从源头上根治环境污染,他进入绿色化学新领域,指导开发成功“环己酮氨肟化制环己酮肟原子经济新工艺”、“喷气燃料加氢脱硫醇新工艺”等催化新工艺和化纤单体己内酰胺生产成套绿色技术。进入21世纪,他已是资深院士,担任高级顾问,关注全院科研,还指导研发成功生物柴油清洁生产新工艺。