【抓规划 促改革 创一流】让先进技术助力化工智造 ——记上海市科技进步一等奖项目“苯乙烯生产过程节能降耗运行优化技术”
看到汽车轮胎、窗户上的密封条、各种塑料盒子，你能想到它们都有一个共同的来源——苯乙烯吗？
华东理工大学与中石化上海石油化工研究院、中石化上海工程有限公司等单位共同完成的“苯乙烯生产过程节能降耗运行优化技术”项目，在上海市科技奖励大会上获得科技进步一等奖。应用该项目成果开发的催化剂多次出口海外，综合性能达到国际先进水平。其乙苯脱氢制苯乙烯节能新工艺在多家公司应用，比常规工艺节能23%以上。
那么，这个项目为什么能取得这样的经济和社会效益？
图片说明：讨论运行优化技术工业应用方案
技术创新带来生产新突破
项目组在长期的研究工作中发现，要优化苯乙烯生产过程，改善催化剂性能是一大突破点。项目组开发的催化剂复合孔道体系构建技术，提升了催化剂的运行性能。他们是怎么做到的呢？
传统的催化剂活性衰减比较快，催化剂的运行周期短。项目组缪长喜教授级高工组织人员进行高效催化剂制备技术攻关，采用了新的成分后，催化剂能够持续地“自再生”，使用周期超过42个月。
项目组成员、华理信息学院副研究员叶贞成介绍说，反应物像“水”一样在催化剂的孔道中流动，同时发生反应。如果孔道较小，“水”进入孔道的阻力大、流速慢，孔道大些，流速自然增加。相同体积的催化剂，自然是孔道越大反应物越容易流进孔道，并与催化剂接触发生反应。催化剂复合孔道体系构建技术就是针对原有催化剂小孔不利于反应物扩散的问题，发明了新的催化剂制备方法，在催化剂中形成了大孔和中孔，优化了反应物和产物分子的扩散环境。
生产苯乙烯时，反应发生前要预热原料，反应发生时会吸热。精馏塔顶气相要冷却放热。传统的工艺就是一头加热，一头散热，白白浪费了能源。项目组开发的“顺序分离恒沸热回收节能”新工艺，利用具有自主知识产权的换热器，将生产过程中产生的低温热回收利用，使整套装置节能23%。
“全流程运行优化技术”是项目组的第四大创新。这项技术像医生把脉一样，采集生产装置的各项指标，建成数学模型，分析形成最优的生产参数，指导企业实时调整。它能实时降低生产过程的资源消耗。
新方法、新成分、新工艺、新技术——这“四新”带来了苯乙烯生产装置的稳定、优化运行和节能降耗。
学科交叉形成研究新成果
建模型、搞运算，听上去应该是数学系、计算机系的老师做的事情，但给化工生产装置建模可不是仅仅懂计算机就行，还需要对化工生产过程和行业有深刻理解。
项目组建模时面临一大挑战——数据的采集和准确性的把握。
生产装置设计时针对的是特定的工况，实际使用时却并非严格按照设计。“一个一分钟只能吃半碗饭的人，让他一分钟吃一碗，肯定会消化不良。”叶贞成说，化工装置也是这样，同样的装置由于各个企业不同的使用习惯和自动化水平，也会形成不一样的“体质”。这就导致每一套装置都会有独特的数据。如果没有对化工生产过程机理的深刻认识，项目组根本没法确定哪些数据可用。
同时，苯乙烯生产涉及到的生产单元很多，各个单元间还存在耦合。如果初始数据稍微出现一点偏差，整个模型就容易“不收敛”（无法计算结果）。这就对数据采集提出了很高的要求。
“此外，我们的模型也不能太复杂，因为工业装置的工况不断变化，要进行实时计算，根据对象特点，对模型进行合理简化，兼顾计算精度和效率。”
华理该项目的学术带头人钱锋院士上世纪90年代就研究乙烯、PTA、炼油等生产装置的控制与优化技术，对石油化工装置了然于心。正是他们深厚的化工知识背景，为本项目打下了良好的基础。项目组在成千上万的数据群里校核、确认，还开发了“软测量”技术（用已知数据预测未知参数），构建了高精度的苯乙烯全流程代理模型，兼顾计算精度和效率，做到了实时降低能耗。
产研合作推动产业新进步
工程类的项目必须产研合作。华理、中石化上海石油化工研究院、中石化上海工程有限公司、齐鲁石化、海南实华嘉盛化工等单位之间一直沟通顺畅。
这个项目最基础的数据也是科研人员“蹲厂子”“蹲”出来的。“我们这个项目的数据需要跟踪一个装置半年到一年的时间，每次去工厂，我们至少待半个月。”叶贞成表示。
在钱锋院士的课题组，新人至少要到工厂“蹲”半年。他们在厂里与操作人员共同工作，观察他们的操作习惯。比如精馏塔出问题时，研究人员要能根据企业操作人员选择的不同处理方式推断塔内发生了什么、哪种方式更合理。时间长了，研究人员都获得了操作人员那样的经验，能判断某些仪表上的数据是否准确。
舌头牙齿难免打架，合作也需要全面的沟通。有一次，项目组通过模型计算出优化运行的结果，需要据此调整某装置。但这个结果与传统的认知不同，企业的操作人员顾虑重重，不太想进行调整。研究人员没有简单处理，而是与操作人员一起，咨询原料供应商、进行理论分析，一小步一小步地推算和实施。最终，不仅装置运行稳定，而且实现了能耗降低。企业很是感激。
“企业关心的是对生产的影响，我们很理解。我们都是积极沟通，寻找企业能够接受的方案。”
多年的合作带来了技术的推广。目前，该项目中的系列脱氢催化剂已成功应用于国内22套苯乙烯装置；乙苯制苯乙烯成套技术对23家公司实施技术许可，使我国成为第二个拥有该技术的国家；苯乙烯节能新工艺在中石化巴陵分公司等5套装置上使用。
近3年，该项目实现新增产值46767.69万人民币，新增利税12001.25万人民币，创汇833.59万美元，并获得美国Inoes等世界著名化工企业技术认可，对推动世界苯乙烯工业技术进步、促进我国智能制造和绿色制造发展都有重要意义。