蔡巧玉

方向晨

40年前一提到石油，大多數(shù)人只會(huì)聯(lián)想到大慶油田、“鐵人”王進(jìn)喜和黑油這3個(gè)關(guān)鍵詞，那時(shí)老百姓對(duì)石油用途的認(rèn)知還很淺顯。而今天隨著人們生活水平的提高，石油已讓更多人會(huì)首先將之與自己的生活聯(lián)想到一起。

要將石油變?yōu)槿藗內(nèi)粘Ｉ钣玫漠a(chǎn)品，需要在煉廠進(jìn)行一系列加工，其中加氫技術(shù)是不可或缺的一環(huán)。加氫技術(shù)一方面是生產(chǎn)清潔油品所必須的技術(shù)，另一方面它也是將煉油與化工結(jié)合在一起的必要手段?？梢哉f在綠色發(fā)展理念深入人心的今天，加氫技術(shù)更顯示出其重要性，目前新建煉廠大多數(shù)采用全氫型加工流程就是證明。中國石化要走綠色發(fā)展的道路，做有責(zé)任有擔(dān)當(dāng)?shù)钠髽I(yè)，更是將加氫技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用擺在重要的位置。為中國石化企業(yè)提供綠色技術(shù)支撐的中國石化大連（原撫順）石油化工研究院就一直在這條路上砥礪前行。

作為大連石油化工研究院原院長(zhǎng)，近40年，方向晨潛心于關(guān)于石油煉制技術(shù)的研究，積淀了深厚的理論和技術(shù)功底。他堅(jiān)持從基礎(chǔ)研究入手，在我國煉油工業(yè)發(fā)展的不同關(guān)鍵時(shí)期，圍繞高硫原油加工、低成本汽柴油質(zhì)量升級(jí)及提高工業(yè)加氫裝置運(yùn)行效率等方面，創(chuàng)造性地將催化反應(yīng)工程知識(shí)應(yīng)用于解決生產(chǎn)中的難點(diǎn)問題，主持開發(fā)了十幾項(xiàng)具有引領(lǐng)性意義的煉油加氫新技術(shù)，并使其得到廣泛應(yīng)用，為我國加氫技術(shù)跨入國際領(lǐng)先行列，從跟跑、并跑到領(lǐng)跑做出了重要貢獻(xiàn)。

科研起步厚積薄發(fā)

方向晨出生于安徽桐城，這是江淮文化圈的發(fā)祥地和集中地?！锻┏顷扰f傳》記載：“城里通衢曲巷，夜半誦聲不絕”。這句話道出了桐城人“窮不丟書”的文化傳統(tǒng)。方向晨愛讀書，一方面與家鄉(xiāng)的文化環(huán)境有關(guān)，另一方面也與家庭環(huán)境有關(guān)，從當(dāng)教師的父母身上，他耳濡目染，從小就養(yǎng)成了勤于讀書、思考的習(xí)慣，所以即使在安徽太湖縣岔路鄉(xiāng)高沖大隊(duì)插隊(duì)，這種好習(xí)慣也未被改變。正是由于這樣的積累，1978年恢復(fù)高考后，他順利考入華東化工學(xué)院（現(xiàn)華東理工大學(xué)）化學(xué)工程系，由此開啟了在石化領(lǐng)域鉆研不輟的求學(xué)和科研歷程。

在石油煉制專業(yè)求學(xué)的4年時(shí)間里，他沒有滿足于課堂上的求知，而是將課余時(shí)間利用起來，泡圖書館，跑實(shí)驗(yàn)室，盡可能地豐富自己的知識(shí)儲(chǔ)備。1982年，躊躇滿志的方向晨從華東理工大學(xué)畢業(yè)，被分配到撫順石油化工研究院。到研究院后，在具體選擇哪個(gè)科研方向的問題上，他面臨著抉擇。加工工藝、催化劑是當(dāng)時(shí)院里最主要的專業(yè)，但他并未去追尋熱點(diǎn)，而是選擇了“坐冷板凳”，他覺得自己在這兩個(gè)方向的發(fā)展，缺乏相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的支撐。為了讓自己打好基礎(chǔ)，也為了把支撐加氫過程反應(yīng)內(nèi)核的知識(shí)了解清楚，他選擇了關(guān)于加氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究。

方向晨主動(dòng)要求到最艱苦的試驗(yàn)場(chǎng)從事煉油加氫試驗(yàn)運(yùn)行工作。在這里，他虛心向老師傅學(xué)習(xí)，認(rèn)真對(duì)待每一次試驗(yàn)，細(xì)致觀察和研究實(shí)驗(yàn)過程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，配合課題組做了大量的工藝研究，積累起深厚的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。作為新中國最早成立的煉油技術(shù)研究院，撫順石油化工研究院沐浴在改革開放的春風(fēng)里，這里正孕育著勃勃生機(jī)。

20世紀(jì)80年代初，我國的煉油工藝存在著很多技術(shù)盲點(diǎn)，面對(duì)這些不足，方向晨暗下決心，一定要在胡永康、趙琰、譚漢森、廖世剛、童廣明等老一輩科學(xué)家的帶領(lǐng)下，通過不斷學(xué)習(xí)、深入研究把這些盲點(diǎn)補(bǔ)足。1988年，一個(gè)繼續(xù)求學(xué)的機(jī)會(huì)降臨，方向晨被派往英國天鵝海大學(xué)反應(yīng)工程專業(yè)進(jìn)修。他格外珍惜這次難得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，在異國他鄉(xiāng)刻苦鉆研了1年的時(shí)間。1989年，方向晨帶著所學(xué)回到祖國，不久便承擔(dān)起了中國石化重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“緩和加氫裂化動(dòng)力學(xué)實(shí)用數(shù)學(xué)模型”的科研任務(wù)。他在實(shí)驗(yàn)室夜以繼日做了大量試驗(yàn)研究，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)探討模型的可行性，經(jīng)過“實(shí)驗(yàn)—計(jì)算—實(shí)驗(yàn)”的無數(shù)次循環(huán)往復(fù)研究，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)終于取得了突破性成果，建立起的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型能夠利用常規(guī)油品分析數(shù)據(jù)精確預(yù)測(cè)加氫反應(yīng)結(jié)果。因應(yīng)用前景廣闊，該成果榮獲1994年度中國石化科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。此后，以此為基礎(chǔ)開發(fā)的各種油品加氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中。可以說，時(shí)至今日仍屬先進(jìn)的這一加氫裂化動(dòng)力學(xué)模型，著實(shí)為國內(nèi)加氫裂化技術(shù)趕上國際先進(jìn)水平做出了重要貢獻(xiàn)。

這些基礎(chǔ)研究工作給了方向晨繼續(xù)從事科研的動(dòng)力，對(duì)即將到來的種種挑戰(zhàn)，他已做好知識(shí)的積淀和心理準(zhǔn)備。他不無自豪地說：“正是這十幾年的‘冷板凳’塑造了我的職業(yè)生涯，為我應(yīng)用催化反應(yīng)工程知識(shí)指導(dǎo)煉油加氫系列技術(shù)的開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！?/p>

開辟含硫原油加工新途徑

如果開發(fā)加氫裂化動(dòng)力學(xué)實(shí)用數(shù)學(xué)模型是方向晨科研航程的起點(diǎn)，那么含硫（高硫）劣質(zhì)原油加工則開啟了他事業(yè)騰飛的里程。

20世紀(jì)90年代中期，隨著國家改革開放進(jìn)程的加快，在經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長(zhǎng)和人民生活水平不斷提高這一趨勢(shì)的推動(dòng)下，石油這一國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的血液，其消費(fèi)水平進(jìn)入快速增長(zhǎng)時(shí)期。由于國內(nèi)產(chǎn)量增長(zhǎng)緩慢，中國日益依靠進(jìn)口原油來滿足國內(nèi)不斷增長(zhǎng)的石油需求，進(jìn)口原油特別是含硫劣質(zhì)原油的數(shù)量明顯增加。而當(dāng)時(shí)國內(nèi)煉廠大多是以中國低硫原油的性質(zhì)為依據(jù)設(shè)計(jì)建設(shè)的，如何對(duì)含硫原油進(jìn)行加工工藝的改進(jìn)及提升成為煉油科技攻關(guān)的堡壘，亟須全力打造。

方向晨回憶，當(dāng)時(shí)含硫原油加工的理想工藝路線是加氫裂化，但20世紀(jì)90年代適應(yīng)含硫原油加工的加氫裂化裝置在全國僅有7套，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足對(duì)進(jìn)口原油進(jìn)行加工的需求。怎么辦？當(dāng)時(shí)剛被提為副總的方向晨主動(dòng)請(qǐng)纓，帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)通過運(yùn)用動(dòng)力學(xué)模型和流程模擬等基礎(chǔ)工具，綜合推演了各種加氫新技術(shù)集成應(yīng)用的可行性和效果，對(duì)企業(yè)進(jìn)行了脫瓶頸擴(kuò)能改造，使7套裝置的總加工能力增加了近1倍。其中，鎮(zhèn)海加氫裂化裝置在改造中還集成應(yīng)用了新催化劑及其級(jí)配、循環(huán)氫重復(fù)利用、緩和加氫裂化、物料和熱量并聯(lián)耦合等技術(shù)，僅用新建裝置1/5的投資就將80萬噸/年裝置改造成為220萬噸/年加氫裂化-靈活加氫處理裝置，相關(guān)技術(shù)在2000年獲中國石化科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

但加氫裂化裝置的擴(kuò)能改造遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)加工進(jìn)口含硫原油的需求，只有開辟新的途徑，才能深度解決加工能力不足的問題?！拔覈鵁拸S絕大多數(shù)是催化裂化型煉廠，但催化裂化裝置因環(huán)保、產(chǎn)品質(zhì)量、催化劑中毒等欠缺無法適應(yīng)加工高硫原油的要求，行之有效的途徑就是對(duì)原料進(jìn)行加氫預(yù)處理。但單純的加氫脫硫經(jīng)濟(jì)效益不高，一般的加氫處理難以應(yīng)對(duì)原料變重、雜質(zhì)含量增加的問題。”方向晨介紹。

為更加深入地了解實(shí)際情況，切實(shí)解決這一難題，他駐扎到以加工進(jìn)口含硫原油為主的鎮(zhèn)海煉化公司很長(zhǎng)時(shí)間，了解、掌握了具體情況后，主持開發(fā)出劣質(zhì)蠟油加氫處理部分轉(zhuǎn)化技術(shù)，通過從催化劑到工藝的系列創(chuàng)新，成功地解決了傳統(tǒng)加氫脫硫或加氫處理存在的問題。鎮(zhèn)海煉化公司采用該技術(shù)后，率先建成國內(nèi)首套180萬噸/年含硫蠟油加氫脫硫裝置，于2002年8月開車一次成功，開辟了含硫原油加工的新路線，整體性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。之后，國內(nèi)又相繼建成14套裝置，總加工能力達(dá)到2410萬噸/年。

深入企業(yè)了解情況

創(chuàng)新清潔汽柴油生產(chǎn)新技術(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，綠色環(huán)保理念深入人心，環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格。尤其隨著機(jī)動(dòng)車經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車的生產(chǎn)和使用量急劇增長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)車排氣對(duì)環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重，許多大城市的空氣污染已由燃煤型污染轉(zhuǎn)向燃煤和機(jī)動(dòng)車混合型污染，機(jī)動(dòng)車排氣污染對(duì)環(huán)境和人們身體健康的危害已相當(dāng)嚴(yán)重，解決機(jī)動(dòng)車尾氣污染問題已經(jīng)迫在眉睫，而改善燃油質(zhì)量就是一個(gè)解決問題的最有效途徑。

在此背景下，企業(yè)對(duì)汽柴油產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)的技術(shù)需求越來越迫切，如何破解汽柴油質(zhì)量升級(jí)的技術(shù)難題成為煉油科技的重點(diǎn)。已在含硫（高硫）劣質(zhì)原油加工領(lǐng)域摸爬滾打了多年的方向晨迅速捕捉到這一熱點(diǎn)，深感責(zé)任重大，他帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)加班加點(diǎn)開展了執(zhí)著的攻堅(jiān)戰(zhàn)。

催化裂化柴油在我國柴油中的占比高達(dá)三分之一，但由于其芳香烴含量高，致使柴油的十六烷值低，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)效率降低，顆粒物排放大，成為柴油產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)的重要瓶頸之一。

為破解這一難題，2000年，方向晨承擔(dān)了國家科技攻關(guān)項(xiàng)目“劣質(zhì)柴油加氫改質(zhì)技術(shù)（MCI）”，在項(xiàng)目攻關(guān)中通過大量的試驗(yàn)及表征，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出將稠環(huán)芳烴的加氫反應(yīng)控制在“開環(huán)而不斷鏈”，即在一個(gè)單元過程中實(shí)現(xiàn)加氫精制和受控加氫裂化兩種功能，兼具加氫裂化過程柴油質(zhì)量高和加氫精制過程柴油收率高、氫耗低的優(yōu)點(diǎn)，為我國開辟了一條經(jīng)濟(jì)合理的柴油質(zhì)量升級(jí)路線。

憶起當(dāng)時(shí)的研究，方向晨介紹：“現(xiàn)在我們可能很少看到柴油車尾氣的黑煙現(xiàn)象，但在那時(shí)候車一上路，后面是滾滾的黑煙。針對(duì)這個(gè)問題，大家對(duì)影響因素做了分析，發(fā)現(xiàn)冒黑煙主要是稠環(huán)芳烴引起的，要解決問題，第一件事就是把芳烴飽和掉。但芳烴飽和又面臨氫耗高、生產(chǎn)效率低、經(jīng)濟(jì)性不好等問題，我們必須尋找一條新途徑。在不斷摸索中，我們發(fā)現(xiàn)把稠環(huán)芳烴飽和，再把它開環(huán)，變成單環(huán)芳烴，而不是把它完全飽和，一樣可以解決冒黑煙的問題，所以就有了MCI技術(shù)，它的好處是能最大量生產(chǎn)柴油，改善柴油的組成，在能耗、物耗都非常低的條件下，解決柴油車冒黑煙的問題?！?/p>

該技術(shù)相繼在國內(nèi)近30套裝置中使用后，不僅全面改善了柴油質(zhì)量，而且大大減少了車用柴油對(duì)大氣的污染。該技術(shù)引領(lǐng)了劣質(zhì)柴油加氫改質(zhì)的技術(shù)創(chuàng)新，直到5年后國外才有類似技術(shù)的應(yīng)用報(bào)道。因貢獻(xiàn)突出，該技術(shù)榮獲2001年度國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

人們對(duì)環(huán)境和健康的重視程度日益提高，世界各國也紛紛制定了嚴(yán)格的燃油規(guī)格和排放標(biāo)準(zhǔn)，柴油的硫含量標(biāo)準(zhǔn)也在逐年提升。2000年12月，美國環(huán)保署發(fā)表了柴油低硫化規(guī)定，要求在2006年9月，美國80%柴油的硫含量要降低到15μg/g以下，2010年要全部達(dá)到該限定目標(biāo)。亞太的日本、泰國、澳大利亞等國家和中國香港地區(qū)也執(zhí)行柴油硫含量不大于10μg/g的標(biāo)準(zhǔn)。在此背景下，超低硫柴油（硫含量小于10μg/g）生產(chǎn)技術(shù)成為柴油產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)的另一個(gè)急迫需求。

但即使是先行一步的國外相關(guān)技術(shù)也存在著氫耗高、加工費(fèi)用高、裝置運(yùn)行周期短等缺陷。如何在低氫耗、裝置不改動(dòng)的條件下實(shí)現(xiàn)柴油產(chǎn)品低成本質(zhì)量升級(jí)，成為縈繞在方向晨心中的大問題。

通過實(shí)驗(yàn)與分析，方向晨發(fā)現(xiàn)在硫化物的反應(yīng)中，有一類硫特別難反應(yīng)，這一類硫化物中的硫分子由于屏蔽作用被其他的分子包圍了起來，所以不太容易把它轉(zhuǎn)化掉。國外的方式是深度加氫，因?yàn)榉紵N飽和需要比較低的溫度，所以國外催化劑的使用溫度都比較低。溫度低的話，催化劑的壽命就會(huì)縮短，國外的方法不可取。方向晨想，能不能把包圍著硫的那些分子挪開，讓它暴露出來，這樣不用加氫飽和，就直接把硫脫掉。

在帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行催化反應(yīng)構(gòu)效關(guān)系和催化劑級(jí)配協(xié)同反應(yīng)研究中，他發(fā)現(xiàn)“烷基轉(zhuǎn)移再脫硫”可實(shí)現(xiàn)超低硫柴油的生產(chǎn)。這一發(fā)現(xiàn)令他興奮不已，馬上進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上發(fā)明了一系列催化材料制備和工藝技術(shù)，進(jìn)而開發(fā)出柴油超深度加氫脫硫集成創(chuàng)新技術(shù)，為一個(gè)世界性的難題提供了一條較低成本的解決途徑。該技術(shù)不僅被國外多家知名公司評(píng)為頂級(jí)水平，更迅速成為我國柴油深度脫硫主流技術(shù)，在國內(nèi)外60多套裝置上使用，總加工能力超過國內(nèi)同類裝置的60%，僅1套裝置3年中累計(jì)減少操作成本達(dá)1.9億元。

順應(yīng)社會(huì)和企業(yè)需求，闖過一個(gè)又一個(gè)難關(guān)，接連開發(fā)出一個(gè)又一個(gè)清潔汽柴油生產(chǎn)技術(shù)，方向晨帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)為我國汽柴油產(chǎn)品低成本質(zhì)量升級(jí)做出了重要貢獻(xiàn)。但他清楚，用清潔化、低排放的工藝來生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品是一條無止境的路，唯有步履不停才能抵達(dá)遠(yuǎn)方。

引領(lǐng)煉油加氫技術(shù)邁向一流

隨著加氫裂化催化劑技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，催化劑的穩(wěn)定性大幅提高，使得加氫裂化裝置的設(shè)計(jì)壓力有可能大幅度降低，從而降低裝置的投資、能耗和物耗。但任何事有一利必有一弊，壓力降低也使產(chǎn)品的品質(zhì)保障出現(xiàn)了問題。方向晨發(fā)現(xiàn)在加氫裂化產(chǎn)品中只有部分產(chǎn)品質(zhì)量受壓力的影響較大，從而提出了通過局部改變催化劑和反應(yīng)環(huán)境，就可實(shí)現(xiàn)把氫氣加給那些需要深度加氫的產(chǎn)品的技術(shù)方案。

但由于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的局限，方案用到工業(yè)裝置后曾出現(xiàn)了各種各樣的問題，于是在實(shí)際解決問題的過程中，方向晨團(tuán)隊(duì)與企業(yè)的互動(dòng)頻繁起來，中間經(jīng)歷了失敗、收獲了企業(yè)的包容和認(rèn)可，更使研究更加深入。

“工業(yè)裝置的情況和我們實(shí)驗(yàn)室的等溫反應(yīng)器是完全不一樣的。出現(xiàn)問題后，我們和企業(yè)一起分析原因，在這個(gè)過程中，我們首先提出了級(jí)配技術(shù)，就是把不同的催化劑在不同的溫度下應(yīng)用，想得挺好，但真正做起來我們是有失敗教訓(xùn)的。級(jí)配時(shí)，由于只考慮到催化劑對(duì)氮含量的影響，結(jié)果本來應(yīng)該用在低溫下的催化劑用到高溫上去了，該用在高溫下的催化劑用到低溫上去了，第一次進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用時(shí)，我們做得一塌糊涂?！狈较虺空f。

工業(yè)裝置不是用來做實(shí)驗(yàn)的，新方案會(huì)不會(huì)再次失敗？一次次失敗后還會(huì)不會(huì)獲得企業(yè)的認(rèn)可？再次攻關(guān)時(shí)，團(tuán)隊(duì)上下都頂著巨大壓力。沒想到新方案做好后，又出現(xiàn)了一個(gè)小插曲。生產(chǎn)催化劑時(shí)，由于技術(shù)人員的疏忽，導(dǎo)致不同批次的催化劑性質(zhì)產(chǎn)生了差異，為保證正常的催化效果，這些催化劑必須區(qū)分開來使用。所幸由于之前有過失敗，團(tuán)隊(duì)對(duì)催化劑級(jí)配技術(shù)已掌握得很清楚，根據(jù)級(jí)配原理可以將不同批次的催化劑在工業(yè)裝置上進(jìn)行合理裝填，雖能解決問題，但過程卻相當(dāng)復(fù)雜。

會(huì)上討論實(shí)驗(yàn)方案

“工業(yè)裝置里裝一次催化劑要好幾千噸，讓工人按照不同批次一次次裝，是很煩的，但企業(yè)卻一直信任我們，為我們提供了很大的支持?！狈较虺空f。費(fèi)工夫裝好后，裝置一開動(dòng)就獲得了很好的效果。當(dāng)時(shí)出乎所有人預(yù)料，能耗降低了20%，而且產(chǎn)品分布和產(chǎn)品性質(zhì)得到大幅度提高。

有了這個(gè)成功的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，方向晨團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能夠靈活地調(diào)整產(chǎn)品分布和產(chǎn)品質(zhì)量了。這時(shí)企業(yè)又給他們提出了新任務(wù)。石化企業(yè)有兩大生產(chǎn)目標(biāo)，一個(gè)是生產(chǎn)汽柴油材料，一個(gè)是生產(chǎn)化工原料（包括芳烴、乙烯），加氫裂化裝置是連接煉油和化工的關(guān)鍵裝置。企業(yè)在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),想多生產(chǎn)芳烴原料，乙烯原料就會(huì)減少，反之亦然；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)如果最大量的生產(chǎn)芳烴原料，那么芳烴原料的性質(zhì)會(huì)變差，最大量生產(chǎn)乙烯原料也是如此，就像一個(gè)蹺蹺板，解決了一個(gè)問題，另一個(gè)問題就照顧不了。

企業(yè)找到方向晨團(tuán)隊(duì)，向他們尋求既能夠多生產(chǎn)化工原料，又能夠多生產(chǎn)乙烯原料，而且讓它們性質(zhì)都好的辦法。這雖然是個(gè)棘手的問題，但是結(jié)合之前開展的工作，基于對(duì)烴類組成與結(jié)構(gòu)隨反應(yīng)進(jìn)程動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，方向晨還是迅速找到了解題方法。他發(fā)現(xiàn)催化劑活性中有一個(gè)特點(diǎn)，它對(duì)芳烴的選擇性吸附比較強(qiáng)，但是對(duì)芳烴的轉(zhuǎn)化又比較弱；它對(duì)飽和烴的選擇性比較弱，但是轉(zhuǎn)化性又比較強(qiáng)。能不能利用這個(gè)特點(diǎn)來解決問題？

通過開展大量實(shí)驗(yàn)，方向晨帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)摸索出了門路，精準(zhǔn)把握住了選擇性吸附和選擇性轉(zhuǎn)化之間的微妙關(guān)系。他們發(fā)現(xiàn)加氫裂化的原料芳烴含量是比較多的，這時(shí)候催化劑的表面基本是被芳烴覆蓋的，盡管這些飽和烴容易裂化，但是它接觸不到催化劑，因此催化劑的重點(diǎn)就是怎樣提高芳烴的轉(zhuǎn)化能力。另外，經(jīng)過一段反應(yīng)后，原料中的芳烴已經(jīng)少了，傳統(tǒng)的催化材料選擇性吸附能力不夠強(qiáng)，所以這時(shí)候大量的飽和烴就要裂化，怎么辦？“我們考慮能不能一方面提高催化材料表面對(duì)芳烴的吸附能力，另一方面讓裂化的活性少一些，這樣的話用少量的芳烴就能把它覆蓋住?！狈较虺拷榻B。

檢查加氫裝置

按照這種思路去開發(fā)了幾類催化劑，把這幾類催化劑放在合適的反應(yīng)器中，結(jié)果最后取得了非常好的效果，打破了產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量不能同時(shí)提高、芳烴原料產(chǎn)量與乙烯裂解原料產(chǎn)量存在著的蹺蹺板現(xiàn)象，破解了石腦油和加氫尾油產(chǎn)率和質(zhì)量不能兼顧的難題。

近40年風(fēng)里來雨里去，方向晨帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)用執(zhí)著和堅(jiān)持走出了一條技術(shù)創(chuàng)新的可持續(xù)發(fā)展道路。這是一條漫長(zhǎng)而充滿艱辛的道路，很多人在困難面前止了步，但他卻在風(fēng)雨中練就了特有的自信和從容，他不怕研究中遇到困難，相反覺得這是件好事。多年的經(jīng)驗(yàn)告訴他：只有前期把遇到的問題都搞清楚了，才能在最后工業(yè)生產(chǎn)的過程中少走彎路?！叭绻銢]有解決這些問題，或者是留了余地，到工業(yè)上去實(shí)踐的時(shí)候，這些問題一定會(huì)回來找你?！狈较虺空f。

能耗是他始終關(guān)注的一個(gè)問題。加氫裂化是強(qiáng)放熱反應(yīng)，能否充分利用反應(yīng)熱來降低加氫裂化裝置的能耗？這是一個(gè)系統(tǒng)工程的問題，傳統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)也是在考慮安全、穩(wěn)定、可操作性等方方面面因素后積淀下來的知識(shí)。如何破解這一困局，方向晨做了進(jìn)一步研究。“其實(shí)我們是有些基礎(chǔ)的，因?yàn)槲覀兦懊骈_發(fā)的級(jí)配技術(shù)，就是這個(gè)目的，但是只做到那一步還不行，我們還需要更高效地?fù)Q熱，盡可能多地把反應(yīng)熱利用起來。”

反復(fù)琢磨后，他們把過去的多極并流換熱變成了逆流換熱，在換熱溫度達(dá)到盡可能高的情況下，讓原料和產(chǎn)品換出來的熱直接達(dá)到反應(yīng)所需要的熱量。有人問：“為什么過去不這么做？”“是因?yàn)樵显诟邷叵氯菀捉Y(jié)焦把換熱器堵住?！狈较虺看鸬馈?/p>

要實(shí)現(xiàn)逆流換熱首先要解決結(jié)焦問題。通過觀察換熱過程，方向晨發(fā)現(xiàn)，只要管子里的流速超過一定值后，就不會(huì)結(jié)焦了。因?yàn)楣鼙诘臏囟群土魉偈浅梢欢P(guān)系的，流速越慢，管壁溫度越高就越容易結(jié)焦。當(dāng)流速高的時(shí)候，管壁熱量被帶走，就不會(huì)出現(xiàn)結(jié)焦的問題。在這樣的原理下，他們?cè)O(shè)計(jì)出了一種新型的逆流換熱器。

但問題并未徹底解決，開工的時(shí)候，都是冷物料怎么辦？方向晨發(fā)現(xiàn)有些物料反應(yīng)熱特別大，于是開工時(shí)利用這種物料，用一個(gè)小加熱爐，就可以把反應(yīng)啟動(dòng)起來。最終，方向晨主導(dǎo)開發(fā)的低投資、低能耗的加氫裂化（改質(zhì)）成套技術(shù)，首次在煉油裝置集成使用高溫高壓逆流傳熱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)熱高效利用；利用首創(chuàng)的加氫裝置“自供熱”工藝技術(shù)解決了裝置開工能量不足的問題，建成了世界首套工業(yè)化新型加氫改質(zhì)裝置，在支撐柴油質(zhì)量升級(jí)的同時(shí)，使能耗降低了67%。

循環(huán)氫系統(tǒng)的能耗一般占裝置總能耗的1/3左右，能否不用循環(huán)氫系統(tǒng)，取而代之以將氫氣溶解在油中實(shí)現(xiàn)加氫反應(yīng)。在此方面，杜邦公司進(jìn)行了積極的探索，但由于其應(yīng)用的效果很不穩(wěn)定，當(dāng)時(shí)業(yè)界對(duì)這一技術(shù)路線持否定態(tài)度。

為此，方向晨又進(jìn)行了探索，在深入分析加氫過程的動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和流體力學(xué)的基礎(chǔ)上，他發(fā)現(xiàn)在一定的條件下是能夠?qū)崿F(xiàn)液相循環(huán)加氫反應(yīng)過程的。這些條件包括反應(yīng)過程中反應(yīng)物和產(chǎn)物能夠保持液態(tài)，否則將會(huì)使氫氣從油中快速析出；在加氫反應(yīng)中是氫氣的濃度對(duì)反應(yīng)結(jié)果產(chǎn)生影響，氫氣的量只有在缺氫的條件下才會(huì)產(chǎn)生影響，特別是硫化氫對(duì)加氫脫硫反應(yīng)的影響十分巨大，提高氫濃度可有效克服硫化氫影響。由此他建立了液相循環(huán)加氫技術(shù)及其應(yīng)用的原則，率先建成沒有循環(huán)氫系統(tǒng)的國V柴油工業(yè)裝置，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。與同規(guī)模傳統(tǒng)柴油加氫精制裝置相比，總投資降低20%，能耗降低54%。該項(xiàng)目已拓展至航煤加氫、重整生成油加氫領(lǐng)域，并已應(yīng)用于40多套工業(yè)生產(chǎn)裝置。

這些低能耗加氫技術(shù)能夠根據(jù)企業(yè)的實(shí)際需求進(jìn)行組合應(yīng)用，在國內(nèi)煉油企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，為我國清潔油品低成本快速質(zhì)量升級(jí)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

在創(chuàng)新路上越走越遠(yuǎn)

在近40年時(shí)間里，方向晨已然從撫順石油煉制研究所十室的實(shí)習(xí)員成長(zhǎng)為國內(nèi)煉油行業(yè)加氫催化反應(yīng)的工程專家。期間，他擔(dān)任過撫順石油化工研究院十室的副主任、高級(jí)工程師，撫順石油化工研究院副總工程師、副院長(zhǎng)、院長(zhǎng)，大連石油化工研究院院長(zhǎng)（2020年9月已卸任）。談到管理，方向晨認(rèn)為最大的事情，就是選擇正確的道路。“也就是說，每個(gè)時(shí)期干什么要把握好。一個(gè)人的知識(shí)積累是一二十年的，科研上最害怕的就是打一槍換一個(gè)地方，人沒有那么多的精力，必須專注于某個(gè)領(lǐng)域，所以管理人員最大的任務(wù)是引好路。如果給大家指到一個(gè)錯(cuò)誤的方向上去，這不單是浪費(fèi)了錢財(cái)，更可能是浪費(fèi)了一代人的生命。我管理很差，但在方向選擇上我非常注意，就怕給別人引偏路。”方向晨笑著說。

雖然工作崗位在變動(dòng)，但注重理論聯(lián)系實(shí)際，愿意長(zhǎng)期堅(jiān)守在石化行業(yè)攻堅(jiān)克難第一線的工作態(tài)度在他身上卻始終沒變。

早在2003年，擔(dān)任撫順石油化工研究院院長(zhǎng)時(shí)，上任之初方向晨就做出一個(gè)大膽決策——開發(fā)沸騰床渣油加氫技術(shù)。這是一種加工轉(zhuǎn)化重質(zhì)劣質(zhì)渣油的有效手段，撫順石油化工研究院的前輩們?cè)?0世紀(jì)60至70年代就傾力研究過，由于條件所限未能成功。面對(duì)新時(shí)期煉油行業(yè)加工原料日益重質(zhì)化、劣質(zhì)化的現(xiàn)實(shí)，這項(xiàng)技術(shù)一直令方向晨魂?duì)繅?mèng)繞。為開拓劣質(zhì)渣油深加工路線，方向晨帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)做出了不懈探索。

方向晨介紹：“劣質(zhì)高硫原油的渣油加工以焦化為主，資源利用率低，生產(chǎn)污染大。如果用沸騰床渣油加氫取代80%的焦化，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的同時(shí)，增產(chǎn)的成品油相當(dāng)于多進(jìn)口4000萬噸原油。目前世界上只有兩家擁有該技術(shù)，但系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備要求高和投資大，限制了其廣泛應(yīng)用。”對(duì)沸騰床加氫這項(xiàng)新技術(shù)的研發(fā)，方向晨其實(shí)已開展很多年。十年磨一劍，他帶領(lǐng)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)通過自主創(chuàng)新，突破了一系列關(guān)鍵技術(shù)，終于成功開發(fā)出了渣油沸騰床一體化的成套技術(shù)——STRONG沸騰床加氫技術(shù)，這一具有完整原始創(chuàng)新性質(zhì)的三相分離式沸騰床渣油加氫技術(shù)，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)和設(shè)備、降低了投資和運(yùn)行費(fèi)用，提高了裝置操作的穩(wěn)定性，將使我國的渣油加工技術(shù)引領(lǐng)世界的潮流，并開啟我國重質(zhì)劣質(zhì)渣油加工的新時(shí)代，為提高石油資源利用率和清潔生產(chǎn)做出重要貢獻(xiàn)。目前5萬噸/年渣油加氫沸騰床示范裝置在中國石化金陵分公司建成并成功進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用的試驗(yàn)研究工作，百萬噸級(jí)的工業(yè)裝置正在設(shè)計(jì)建設(shè)之中。

2020年7月28日，我國首套國產(chǎn)化50萬噸/年中低溫煤焦油STRONG沸騰床加氫裂化裝置在陜西神木開車成功,可提高液體收率15%以上,具有原料適應(yīng)性強(qiáng)、流程簡(jiǎn)單、投資低等特點(diǎn)?！爸械蜏孛航褂褪且环N煤化工產(chǎn)品，通過加氫技術(shù)，可進(jìn)一步生產(chǎn)為車用發(fā)動(dòng)機(jī)燃料油和其他化學(xué)品，是一種具有極大發(fā)展?jié)摿Φ氖吞娲a(chǎn)品?！狈较虺空f，我國煤焦油領(lǐng)域發(fā)展前景良好、市場(chǎng)空間巨大，僅陜西、新疆、內(nèi)蒙古等地就有大量煤化工企業(yè)，煤焦油年產(chǎn)量約2000萬噸。以上述50萬噸/年煤焦油加工裝置為例，利用STRONG沸騰床加氫技術(shù)和FEC-10催化劑，可為企業(yè)年增效3億元。隨著國內(nèi)能源需求的日益增大和石油對(duì)外依存度不斷攀升，大力發(fā)展煤焦油加氫技術(shù)，既符合國家煤炭產(chǎn)業(yè)政策和能源發(fā)展戰(zhàn)略，又能切實(shí)推動(dòng)煤炭清潔高效利用，促進(jìn)煤炭行業(yè)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換和高質(zhì)量發(fā)展，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

沸騰床渣油加氫技術(shù)的成功開發(fā)，也最終填補(bǔ)上了我國煉油行業(yè)自主創(chuàng)新技術(shù)中最后一塊拼圖——渣油加氫轉(zhuǎn)化技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的跨越。把沸騰床變成百萬噸級(jí)的工業(yè)裝置，是方向晨為自己定下的目標(biāo)，他說：“國家提出了碳減排、碳中和、碳達(dá)峰的目標(biāo)。我們石化企業(yè)如何響應(yīng)這種號(hào)召，如何去適應(yīng)這種發(fā)展的需求，是我們必須要考慮的問題?！?/p>

回顧從業(yè)近40年走過的路，方向晨的研究一直走在引領(lǐng)我國煉油加氫技術(shù)更快更好發(fā)展的前沿，能做到這些，與他幾十年瞄準(zhǔn)國際前沿，并長(zhǎng)期堅(jiān)守在石化行業(yè)攻堅(jiān)克難的第一線所做的不懈奮斗有關(guān)，是一步一步的累積，讓他在創(chuàng)新這條路上越走越遠(yuǎn)。

作為學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人，他學(xué)風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)、為人正派，具有開拓創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)合作精神，了解他的同事用“勤”“實(shí)”“通”3個(gè)字概括他身上的優(yōu)點(diǎn)。他組建了一支理論功底扎實(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的煉廠清潔生產(chǎn)過程創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。在他的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)科研碩果累累，開發(fā)的很多技術(shù)目前已在俄羅斯、捷克、泰國、印度尼西亞等國家及我國35個(gè)省區(qū)市的200余套加氫裝置和100余套環(huán)保裝置上成功應(yīng)用。

推動(dòng)煉油向綠色低碳方向發(fā)展功在當(dāng)代、利在千秋。實(shí)現(xiàn)碳中和是國家未來發(fā)展的戰(zhàn)略性摹劃，這不僅將對(duì)能源產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生革命性的影響，也將對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的方方面面產(chǎn)生革命性的影響。世界面臨百年未遇之大變局，在這樣的形勢(shì)下，舉國上下都意識(shí)到科技創(chuàng)新是破解未來發(fā)展難題的關(guān)鍵。

“十四五”及未來幾十年能源革命及新材料創(chuàng)新將成為科技發(fā)展主攻方向，新一輪科技創(chuàng)新熱潮的序幕已經(jīng)拉開。盡管已經(jīng)退休，但方向晨感覺到自己的時(shí)間更緊迫了，工作也更忙碌了。著力打造團(tuán)隊(duì)和培養(yǎng)人才，為在石化科技創(chuàng)新上做出更顯著的貢獻(xiàn)，他與團(tuán)隊(duì)一起就如何布局烴類結(jié)構(gòu)煉油、開發(fā)新型能源資源、高端材料創(chuàng)制等新技術(shù)、新方向，正進(jìn)行著奮力拼搏，一段科研新航程開啟了。