1月9日上午，北京人民大会堂，万众瞩目的全国科学技术大会上，2005年度国家技术发明奖唯一的一等奖授予“非晶态合金催化剂和磁稳定床反应工艺的创新与集成”。非专业人士念起来都有些拗口的此项技术究竟高明在哪里？它对我们支柱产业之一的石化工业究竟意味着什么？
    　　
    局限：一种催化剂“称霸”八十年
    
    众所周知，在化工领域，催化剂居于核心地位，反应工程则是其基础。1925年，被称为工业催化剂先驱的美国科学家雷尼发明了晶态型的雷尼镍催化剂，80年多来一直得到广泛应用，目前我国化工工业每年消耗就达1万吨左右。但这种催化剂催化性能低，制造过程污染环境，而且与之相配的釜式反应器反应效率低、分离困难。要彻底杜绝这些弊端，就必须从根本上突破现有工艺的科学和技术基础，即晶态结构非晶化，从而改变催化材料的科学基础；采用磁场控制催化剂，从而改变反应工程的技术基础。
    
    这一思路当然并非中国人才有。上世纪80年代初，非晶态合金已工业应用于磁性材料、防腐材料，但用于催化剂，国外仅见一篇非晶态合金催化材料性质的研究论文。虽然非晶态合金的催化活性高于相应的晶态合金材料，但由于始终未能突破其热稳定性差和比表面积小的技术难点，非晶态合金催化剂在国内外未能工业应用。
    
    磁稳定床是一种新的反应工程技术，它是以磁性颗粒为固相、在均匀磁场下形成的特殊床层形式，兼具固定床和流化床的优点，可以大大强化反应过程。作为世界上首屈一指的石油公司，美国埃克森公司在上世纪60年代就将磁稳定床纳入其导向性基础研究；国内一些研究机构、高等院校也陆续开始对磁稳定床技术开展研究。但他们的研究体系主要局限在磁性材料与空气的气固反应，而未延伸到非晶态合金催化剂。
    
    上世纪80年代中期，中国石化集团石油化工科学研究院在侯祥麟院士的积极倡导下，率先成立了基础研究部。侯祥麟曾以下棋中的闲棋“看似闲其实不闲”来比喻说：“国内大部分催化剂已经达到国际水平。但是要解决如何发展、如何超越国际水平的问题，就一定要加强导向性的基础研究。”1985年，闵恩泽院士读到一篇有关非晶态合金催化材料性质的研究报告，马上敏锐地意识到把晶态催化剂转移到非晶态合金的新科学知识上，可能开辟一个新的催化材料领域。此后，石科院基础研究部先后组织10余名年轻的博士、博士后开展相关的探索性研究，并在此基础上启动非晶态合金催化剂和磁稳定床反应工程的基础研究，拉开了一场延续20年的科技攻关大战的序幕。
    
    突破：两大核心技术全部自主创新
    
    由于非晶态合金催化剂是石化工业过去从未涉及的全新领域，没有现成的模式可以借鉴。其制造方法是冶金工业制造非晶态合金的骤冷发，其结构的表征对象是纯金属合金，而不是过去石油炼制中的负载型催化剂，因此在探索、研究、开发过程中经历了太多的坎坷，遇到了难以想象的困难与挫折。在两院院士的亲自指挥和带领下，石科院这个创新集体中一群生气勃勃的科技工作者迎难而上，1991年完成基础研究和实验室研究，1995年完成中型试验研究，1997年开始工业化试验。
    
    磁稳定床更是一项材料、磁学、流体力学等多学科交叉的世界性技术难题，没有成功的先例可循。石科院于1991年安排博士生进行磁稳定床技术的探索研究，他们自己动手设计建造小型装置，用五、六年时间，尝试了十几种反应，在不断的碰壁和失败中终于找到了具有工业应用价值的反应体系。1997年开始在中国石化巴陵分公司进行中试冷模试验，盛夏时节整天在装置上摸爬滚打的一名博士后甚至连皮带都被汗水腐蚀断了，就这样成功地解决了最佳操作参数和磁场均匀放大等问题，为以后的工业放大和应用建立了一套完整的数学模型。1999年率先进入工业示范阶段，打破了世界范围内此项技术20年徘徊不前的局面。2003年又在中石化石家庄分公司建成世界上第一套磁稳定床工业装置，标志着我国在该项技术的研发应用中走在了世界前列。
    
    中国石化上世纪80年代投资上百亿元引进三套己内酰胺生产装置，基于当时的技术背景，产品档次不高、质量不稳、市场价格低、消耗高，导致连年亏损，生产企业渴望新技术的出现。应用非晶态合金催化剂后，不仅成品己内酰胺的优级品率达到100%%，而且催化剂的消耗也明显降低。从1998年至今，仅此一项技术使中国石化巴陵分公司鹰山石化厂每年获得直接效益达上千万元。2000年至2003年，非晶态合金催化剂和磁稳定床技术相继应用于中国石化石家庄分公司，改造引进的己内酰胺氧化精制技术，彻底消除了引进技术采用的氧化法所带来的严重环境污染，而且降低了成本，显著改善了产品质量。靠这一技术，中国石化己内酰胺行业一举实现了扭亏，每年盈利达数亿元。
    
    拓展：科学思路和工艺路线质的跨越
    
    对于传统化工催化剂及其反应过程，非晶态合金催化剂和磁稳定床反应工艺技术的跨越是一种质的跨越。相对于前者而言，它的科学思路和工艺路线都是全新的，在我国制造业绝大多数核心技术仍沿用于人、受制于人的“困局”中，令人为之一振。该项技术在催化材料和反应工程技术创新的基础上实现了工业化集成，迄今为止，非晶态合金催化剂除用于中石化巴陵分公司己内酰胺加氢精制过程替代进口催化剂，用于中石化石家庄分公司将引进的己内酰胺氧化精制技术改造为加氢精制，还用于多家药物中间体和葡萄糖加氢的生产企业。整套技术共申请国内发明专利41项、实用新型2项；申请国外专利4项、19件，其中授权8件，建立了完整的自主知识产权保护网。
    
    据该项目第一完成人、中国石化集团石科院宗保宁博士介绍，该项技术目前正在进行拓展性研究，其应用空间除非晶态合金催化剂用于加氢外，正探索酸、碱性磁性催化剂与磁稳定床相结合，在合成气制液体燃料、生物柴油中的酯交换反应和选择性加氢反应等领域有所突破，有望成为生产替代能源的核心技术，使我国在国际科学和技术前沿占有一席之地。
    
    （本报记者 瞿剑）2006-01-11