“点石成金”,这是很多人的梦想,但是复旦大学化学系教授龙英才科研团队或许能将之变为实现,他们将天然辉沸石进行有效改性,成功地在煤制成的甲醇生产醋酸的新生产工艺中,使醋酸总含碘量从50ppb以上降低一个数量级至5ppb以下,符合精制醋酸指标要求,已成功用于生产醋酸乙烯,创造了数亿元的利润。
自筹资金研发完美分子筛
天然辉沸石是我国特有的一种储量丰富的矿产,仅广西北部,高品位辉沸石总储量就达到上亿吨。美国EXXON公司新泽西实验室曾对我国的辉沸石样品作过X射线结构鉴定,证实这种辉沸石纯度高、结晶完美。天然辉沸石晶体骨架含有十氧元环和八氧元环开放孔道,其孔道结构与工业上广泛用作择形催化剂和高效吸附剂的分子筛构造类型类似,在吸附分离、催化等领域有望作为分子筛来开发应用,大幅度提高其附加值。
长期从事分子筛催化剂和吸附剂研究的龙英才被这种奇异的石头所吸引,他自筹资金组成由硕士、博士生参加的科研团队,经过10多年的基础实验研究,发现用离子交换和焙烧等简单改性方法就可以制得结构超稳化的辉沸石。离子交换,就是用稀酸中的一价氢离子把天然辉沸石中的二价钙离子通过室温阳离子交换替代出来,制成氢型辉沸石。这种氢型沸石经500多摄氏度焙烧后,结构热稳定性便可提高至1000摄氏度以上,而其孔道结构完美,吸附能力和阳离子交换容量仍保持完好,实现了该沸石结构的“超稳化”。这项发明于2007年获得发明专利授权,一款完美的分子筛由此出炉。
弥补产业发展致命短板
醋酸在工业上用途广泛。以前,通过从石油炼制中提取的乙烯合成醋酸是生产醋酸最好和最主要的工艺路线,但随着石油资源日渐短缺,以煤制成的甲醇生产醋酸成为我国重要的新工艺路线。近年来,我国的石油对外依存度不断增大,而煤矿储量却是世界第一。实现醋酸制备路线的转变,对于我国的经济发展而言具有重大战略意义。然而,在该生产工艺中需要用碘化物作为催化剂,致使其醋酸成品中含有极其少量的碘。
因为约占总产量40%的醋酸通常被作为原料用于进一步生产下游产品——醋酸乙烯,如若原料醋酸中含有痕量的碘,将在后续生产过程中致使所用贵金属催化剂 “中毒”,严重缩短催化剂的使用寿命。因此,脱碘工艺是当今我国醋酸工业中重要的工序之一,可就是这一个小小的技术缺陷成为了阻碍这一完美产业链发展的短板,国外进口的碘吸附剂价格高昂。而龙英才团队所开发出的改性辉沸石弥补了这一产业技术缺陷,在我国的醋酸脱碘工艺中得到大规模应用。
面向市场的科研经得起检验
目前,改性辉沸石已成功应用于山东兖矿国泰化工有限公司、中石化北京燕山石化公司、河北忠信集团和上海吴泾化工公司的醋酸脱碘工业装置上,价格仅为国外进口吸附剂的一半,而质量却十分稳定。这些企业年处理醋酸的总能力超过60万吨。长时间的工业装置运行表明,以改性辉沸石为吸附剂载体制成的银沸石吸附剂的脱碘性能良好,符合精制醋酸指标要求,该技术已成功用于生产醋酸乙烯。
龙英才注重将具有应用前景的基础研究成果产业化。他说:“我不靠纳税人的钱来搞科研,我要研发出有生产价值、社会需要的产品,市场需求会主动为我的研究提供科研资金,这样的工作经得起检验,也能最大程度上为社会服务。”