1994年，《讀者》雜志登出第一則廣告，“開創(chuàng)美好生活”的廣告語來自一家化工企業(yè)。18歲的張利軍看到后第一次對化工萌生了興趣。他不曾料到，這份最初的心動，會引領(lǐng)自己走入化工科研深水區(qū)，一扎根就是20余年。
近日，第十七屆侯德榜化工科學(xué)技術(shù)獎揭曉，已是北京化工研究院(以下簡稱“北化院”)乙烯研究所所長的張利軍獲“創(chuàng)新獎”。面對祝賀，他依然謙遜：“榮譽(yù)屬于團(tuán)隊(duì)，我只是運(yùn)氣比較好。”
傳承：助力乙烯技術(shù)“從一到百”
“我算是國產(chǎn)乙烯技術(shù)研發(fā)的第三代‘傳承者’。”張利軍回憶道，“在北化院念書時(shí)，我曾見證科研前輩‘為祖國獻(xiàn)石油’的愛國情懷和淡泊名利潛心研究的科學(xué)家精神。他們將乙烯技術(shù)引進(jìn)、消化、吸收，開創(chuàng)國產(chǎn)乙烯技術(shù)‘從0到1’的局面，提出CBL裂解技術(shù)的開發(fā)思路?，F(xiàn)在，CBL——‘中國北方爐’已成為國產(chǎn)乙烯裂解技術(shù)的代名詞?！?/span>
乙烯技術(shù)被譽(yù)為石化工業(yè)“皇冠上的明珠”。直到上世紀(jì)末，乙烯成套技術(shù)一直被國外專利商壟斷，也使得我國石化工業(yè)在一定程度上受制于人。2002年，張利軍進(jìn)入北化院乙烯研究所工作，從前輩手中接過“接力棒”，開始參與攻關(guān)乙烯裂解爐的核心技術(shù)——強(qiáng)化傳熱技術(shù)。
他嘗試把計(jì)算流體力學(xué)引入裂解爐的模擬計(jì)算和設(shè)計(jì)開發(fā)?！按饲?，流體力學(xué)多用于導(dǎo)彈、火箭發(fā)射時(shí)的計(jì)算。當(dāng)時(shí)我就想：裂解爐的工作原理也是高溫下的流動，能否用軟件來計(jì)算流動過程，以降低研發(fā)成本?”張利軍回憶說，這是當(dāng)時(shí)世界乙烯裂解領(lǐng)域較為前瞻的嘗試。實(shí)踐證明，超過80%的實(shí)驗(yàn)都可通過軟件完成。這大幅減少了實(shí)驗(yàn)量，為強(qiáng)化傳熱技術(shù)的核心部件扭曲片管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化按下“加速鍵”。
然而，科研成果從實(shí)驗(yàn)室走向工廠，道阻且長。最大的難關(guān)，是扭曲片管的成品率?！耙蚁┝呀猸h(huán)境溫度在900~1200攝氏度，對扭曲片管而言，微小的鑄造瑕疵在長期熱應(yīng)力下會擴(kuò)展成裂痕，最終導(dǎo)致管材撕裂?！睆埨娞寡?，“當(dāng)時(shí)成品率極低，而工業(yè)要求瑕疵率低于萬分之一?！睘榇?，團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院金屬研究所攜手，經(jīng)過近兩年的探索，嚴(yán)格把控十幾道鑄造工序，最終破解了扭曲片管成品率低的瓶頸，大幅延長了裂解爐運(yùn)行周期，邁出了引領(lǐng)裂解技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵一步。
從規(guī)模10萬噸到30萬噸，從單爐膛到雙爐膛，從國內(nèi)應(yīng)用到技術(shù)出口，在張利軍和團(tuán)隊(duì)的努力下，我國乙烯成套技術(shù)實(shí)現(xiàn)從跟跑到領(lǐng)跑、“從一到百”的跨越。截至目前，“中國北方爐”已推廣應(yīng)用127臺套，出口馬來西亞、泰國等地，成為我國乙烯技術(shù)出海的閃亮“名片”。
攻堅(jiān)：推動乙烯裝置工業(yè)化落地
2020年，以CBL裂解技術(shù)為核心的復(fù)雜原料百萬噸級乙烯成套技術(shù)獲國家科技進(jìn)步一等獎。張利軍卻淡然處之：“有一兩千人參與項(xiàng)目，我比較幸運(yùn)能出現(xiàn)在獲獎名單里?！睒s譽(yù)加身，卻初心不改，他繼續(xù)奔赴下一場攻堅(jiān)。
隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，如何大幅增加乙烯產(chǎn)量，同時(shí)又顯著降低綜合能耗和碳排放成為新課題。張利軍和團(tuán)隊(duì)步步推進(jìn)，跌倒爬起，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)?！翱蒲胁慌伦咤e路。一條路走不通也是成功的——因?yàn)閯e人就不用再走了?！痹趶埨姷目蒲凶值淅?，“成功”有著另一重含義。
2021年，原油裂解制乙烯技術(shù)在天津石化成功完成工業(yè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)大幅縮短生產(chǎn)流程、降低生產(chǎn)成本、減排二氧化碳等多個(gè)目標(biāo)，國產(chǎn)乙烯技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用再進(jìn)一步。
“工業(yè)化成功離不開大兵團(tuán)作戰(zhàn)中每個(gè)鏈條的傾力付出。我們裂解技術(shù)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)8年，開展了數(shù)百次試驗(yàn)，針對各種重質(zhì)原料和原油的裂解性能開展研究，形成了原油蒸汽裂解生產(chǎn)低碳烯烴的技術(shù)方案，這才有了在天津完成工業(yè)試驗(yàn)的把握。”張利軍說。
回憶起試驗(yàn)開車當(dāng)天，張利軍記憶猶新。一般裂解爐開車僅需2小時(shí)，但那天從上午10點(diǎn)到晚上11點(diǎn)，整整13個(gè)小時(shí)，原油液位依然不穩(wěn)。他們頂著巨大壓力，繼續(xù)堅(jiān)持，駐守在現(xiàn)場時(shí)刻關(guān)注裝置運(yùn)行狀況。凌晨3點(diǎn)，裂解爐終于順利完成進(jìn)料，工業(yè)試驗(yàn)一次開車成功，張利軍高高懸起的心才終于落下。
在隨后1個(gè)月裝置穩(wěn)定運(yùn)行的過程中，張利軍和團(tuán)隊(duì)一起，每天背著30多公斤重的取樣設(shè)備，在30多米高的裂解爐上爬上爬下、取樣分析，成功獲取了原油裂解技術(shù)的工業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為成套技術(shù)后續(xù)開發(fā)、設(shè)計(jì)、推廣打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
探索：期待實(shí)現(xiàn)乙烯生產(chǎn)“自動駕駛”
“現(xiàn)在的乙烯生產(chǎn)工藝已接近極限?！睆埨娬f，他和團(tuán)隊(duì)也在考慮探索新的生產(chǎn)工藝，以及節(jié)能降耗、應(yīng)用人工智能(AI)的新路徑。
“乙烯裂解的高溫導(dǎo)致能耗和排放較大——生產(chǎn)1噸乙烯要排放超1噸二氧化碳。我們正在探索通過降低裂解溫度來降低能耗。此外，更短流程也是我們的攻堅(jiān)目標(biāo)。”張利軍表示。
他和團(tuán)隊(duì)還在嘗試做“智能乙烯”，以期通過數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)乙烯生產(chǎn)的“自動駕駛”。他說：“乙烯裂解流程復(fù)雜，由700多臺設(shè)備串成一個(gè)大流程，需要上百人來操作。我們希望能像汽車自動駕駛一樣，讓裝置自動運(yùn)行。其核心在于模型的快速、精準(zhǔn)預(yù)測，這是我們結(jié)合AI正在攻關(guān)的方向。”
深耕20余年，張利軍深感科研之無垠?！皠倕⒓庸ぷ鲿r(shí)，我的老師提出過一個(gè)問題：裂解反應(yīng)的路徑究竟是怎樣的?這個(gè)問題，我思考了20多年。雖未有完美答案，但追尋過程中產(chǎn)生的成果，已反哺于原位涂層、原油裂解等技術(shù)開發(fā)?！彼ь^一笑，“我所做的，無非是幾十年如一日，持續(xù)深度思考一個(gè)問題，保持專注而已。”
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