突破己内酰胺成套技术的“三道关卡”

前段时间，中国石油和化学工业联合会组织鉴定委员会对中石化石油化工科学研究院有限公司（以下简称石科院）牵头完成的“变革性己内酰胺成套技术及产业化应用”进行了科技成果鉴定。

鉴定委员会一致认定，此项变革性己内酰胺成套技术整体达到国际领先水平。

“三道关卡”封锁国内己内酰胺产业

己内酰胺是第二大合成纤维和工程塑料尼龙6的单体，广泛应用于纺织、包装、电子、汽车、航天航空等新材料领域。同时，己内酰胺也是一种能耗和二氧化碳排放高、生产工艺复杂、本质安全性差和杂质管控要求高的基础化学品。

40年前，我国己内酰胺主要依赖进口。为改善民生，国家投资上百亿元引进生产技术，建成3套5万吨/年生产装置，但生产成本高、污染与亏损问题较为严重，不能满足我国人民“穿好衣”的重大需求。

长期以来，国内己内酰胺产业面临“三道关卡”：一是关键原料环己酮传统生产工艺存在碳原子利用率低、三废排放量大、本质安全性低、生产能耗高等问题，环己酮被列入国家重点环境风险防控化学品名单，开发原子经济性高、能耗低的绿色生产新技术迫在眉睫；二是另一关键原料过氧化氢受制于国外技术封锁，国内固定床技术生产效率低、重大安全事故频发等问题；三是国内己内酰胺优等品不能满足高速纺要求、高端领域应用受限，以及生产能耗和二氧化碳排放高，废水排放量大且COD、氨氮、总氮含量高，具有强生物毒性，影响生化系统运行等问题。

产学研用开发原始性创新技术

针对己内酰胺关键原料环己酮传统生产工艺碳原子利用率低、三废排放量大、本质安全性低、生产能耗高等问题，团队国际首创环己烯酯化加氢制备环己酮新技术。他们发明负载型苯选择加氢催化剂和工艺，攻克高活性、高选择性不易兼得的难题；发明催化精馏环己烯酯化工艺和规整催化剂，突破酯化反应平衡限制，通过反应精馏巧妙实现环己烷与环己烯的分离，降低能耗；创制多元复合氧化物酯加氢纳米催化剂，开发乙酸环己酯加氢联产环己醇和乙醇新工艺，将乙酸转化为无水乙醇，提高技术经济性；使碳原子利用率从80%提高到95%以上，三废排放量减少90%。

针对己内酰胺关键原料过氧化氢受制于国外技术封锁，国内固定床技术生产效率低、重大安全事故频发等问题，团队在国内首创流化床过氧化氢生产技术，创制了高强度、高活性、高稳定性蒽醌加氢微球催化剂，研制了高产能工作液配方，发明了集反应-分离-取热为一体的流化床加氢反应器和微界面气液传质新型氧化反应器，揭示过氧化氢分解多因素影响规律，实现了生产过程的本质安全。

聚焦国内己内酰胺优等品性能指标与高速纺工艺要求的适配性差距及高端应用领域拓展受限问题，团队开发己内酰胺内在品质提升关键技术，使产品从不能用于高速纺提升至100%满足高速纺要求；开发己内酰胺全流程降碳减排生产技术，二氧化碳和“三废”排放量下降43%和73%，攻克强生物毒性、高盐高COD废液处理难题，引领己内酰胺生产技术向高端化、绿色化发展。

多方协作实现高质量产业化

从实验室的瓶瓶罐罐到屹立于工厂的生产装置，项目的成功得益于研究团队十余年如一日的坚守与付出，更得益于“需求共研、分工协作、资源共用、风险共担、成果共享”产学研用深度融合的协同创新机制。石科院坚持“四个面向”，联合中国石化湖南石化、中石化上海工程公司、中石化安全工程研究院有限公司和中国石化催化剂公司等单位，建立“需求牵引-基础研究-工程转化-产业升级”技术产业化推进机制，系统梳理并分步攻克掣肘己内酰胺产业升级的关键科学问题和技术瓶颈。

目前，变革性己内酰胺成套技术在湖南石化建成全球最大、技术最先进的60万吨/年生产装置，使CO2和污染物排放量分别下降56%和74%，能耗下降近300千克标油/吨、生产成本下降近3000元/吨。2024年，该技术被评为中国工程院成立30年30项重大工程之一。