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中石化石科院范瑛琦带领团队攻坚克难,助力酯化法环己酮等四项技术落地生根。
今年41岁的范瑛琦自2009年进入中石化石油化工科学研究院有限公司(简称石科院)工作以来,始终奋战在石化行业科技创新一线。
从初出茅庐的青年工程师到如今的石科院化工方向工艺包开发负责人,她先后推动了生物柴油、乙苯成套技术、环保型环氧氯丙烷、酯化法环己酮4项化工技术从实验室走向厂房、从图纸变为现实。
承担3项“十三五”“十四五”国家重点研发计划子课题、3项中国石化“十条龙”攻关项目、多项省部级课题,主持开发6套国际国内“首台套”工艺包,转让20余套化工领域工艺包,获得40余件国家授权发明专利……
一个又一个的荣誉点亮了范瑛琦15年的奋斗足迹。2024年11月,她被授予第十六届侯德榜化工科学技术奖青年奖。
“科技创新绝不仅仅是实验室里的研究,要让更多创新链上的‘好技术’变成产业链的‘新应用’,这样才能使科学研究转化成推动经济社会发展的现实动力。”她说。
初识化工:梦想的起点
化工工艺设计是一个既神秘又充满挑战的领域,范瑛琦怀揣对化学的热爱和对工艺设计的憧憬,踏入了这个充满未知的世界。
在大连理工大学获得化学工程专业硕士学位后,她选择加入石科院工作。谈到自己的初心,范瑛琦笑称:“上学的时候,我就梦想有朝一日能够亲眼见证自己的精心设计从蓝图变成现实。”
从小试试验到中试设计、从工艺包开发到与设计院对接、再到技术推广和生产企业现场服务,这是一项石化新技术从开发到应用的全链条,也是范瑛琦的工作内容。将一卷卷的图纸变成管线林立的装置,这是不亚于“神笔马良”的科学魔法,也是极大的工作挑战。
在化工设计中,丰富的工程经验是设计成功的关键。有许多知识是从书本上学不来、在实验室里想不出的。对范瑛琦来说,唯有实践出真知、唯有实践长真才。
参加工作后,范瑛琦不畏酷暑严寒,经常加班加点,长时间蹲守现场,虚心向行业前辈、同事和工人师傅们请教,在化工新工艺开发、装置建设和装置开工过程中不断磨砺提升自己。
“我们开玩笑说,我们和小范是‘低头不见抬头见’。无论是新工艺开发还是小试,无论是中试、模试还是工业装置开车,不管我们在干什么,总能看到她边学边问、边学边干。”石科院专家、正高级工程师杨仁建回忆道。
如何将书本上的理论知识应用到管线林立的炼化企业?如何将工艺计算、设备设计、健康环保等与小试、中试和工业装置作为一个整体通盘考虑?如何从工艺计算的角度指导小试、中试实验开发、用中试和工业装置数据作为验证和调整工艺计算的依据……面对这些难题,她逐渐摸索出了自己的心得。
固定床、径向移动床、磁稳定床、管式反应器、釜式反应器、管式反应器……各种型式反应器她熟稔于心;萃取、精馏、膜分离、结晶、移动床吸附、变压吸附……各种分离单元她胸有成竹。
精诚所至,金石为开。在不断的学习中,范瑛琦积累了丰富的设计经验和专业知识,为日后独立承担新工艺开发打下了良好的基础。
团队协作:力量的汇聚
乙苯是生产苯乙烯的重要原料。在过去的十年中,乙苯的市场需求激增、产能飞跃、单套装置规模从每年60万吨扩展到了100万吨。但与下游的环氧丙烷/苯乙烯(PO/SM)联合装置规模和运行周期相匹配的乙苯成套技术却长期被外国公司垄断。这一短板导致了乙苯上下游装置生产节奏出现脱节,给原料供应稳定性和生产效能提升造成了负面影响。
明知山有虎,偏向虎山行。必须研发我国自主的乙苯成套技术,才能帮助炼化企业提升生产效能,更好地满足市场需求,增强我国乙苯成套技术的国际竞争力。年轻的范瑛琦毅然投身到了这一科技项目的攻关中。
乙苯主要通过苯与乙烯的液相法工艺进行生产,乙烯在苯中能否均匀分配是直接影响乙烯转化率的关键。百万吨级装置中的苯乙烯反应器的直径可达3米,要让乙烯在一层楼那么高的反应器中均匀分配,成为乙苯成套工艺中难啃的“硬骨头”。
范瑛琦带领团队对气体分配和气液混合过程进行了精确的流体力学模拟,同时反复开展冷模实验,不断优化气体分布器设计,在保证乙烯在苯中均匀分布的同时进一步降低了反应系统中的苯含量,使反应过程中能耗和物耗分别降低7%和18%,有效提升了技术经济性。
在攻关中,范瑛琦还遇到了另外一条“拦路虎”。传统工艺中催化剂检修周期较短,与下游PO/SM联合装置4~6年的检修周期不匹配,即上游装置每一次检修的“连环反应”导致下游PO/SM装置也无法实现连续生产,影响了企业的生产效益。为此,范瑛琦带领团队攻克了原料中影响催化剂寿命的微量杂质的技术难题,使催化剂再生周期由3.5年大幅提升至6年以上,有效匹配了下游装置的检修周期,大幅提升了成套技术的经济性。
设计难题攻克了,可如何确保设计蓝图不折不扣地在装置上实现?“神笔马良”范瑛琦深知,要想让设计落到底、见实效,需要确保装置中的每一个内构件、每个催化剂床层都完美落实既定的设计方案。于是,她和团队成员成为了明察秋毫的“督查大队队员”。
在设备内构件设计阶段,他们与内构件生产厂家密切对接,与中石化工程建设公司和厂家共同优化内构件设计和安装组配方案,提升加工精度,确保分配器的开孔和加工精度符合工艺要求。
在分配器安装阶段,他们亲临装置现场“监工”,确保气体分配器中成千上万的孔洞处于开孔状态而且孔径尺寸完全满足设计要求。安装完成后,他们反复进出反应器内部,对每一个分配器进行严格测量,确保分配器安装水平度达到要求。
在催化剂装填阶段,为了确保反应系统长周期稳定运行,他们每日穿梭于装置的钢铁框架之间,反复协调催化剂装填细节,每天多次出入反应器内部,不断确认瓷球平整度、催化剂床层平整度、顶底格栅和丝网的组装、压紧等技术细节,指导每个催化剂床层的安装,日复一日在装置里躞蹀攀援,相当于每天爬楼50层。
“那阵子,我的微信步数总是在朋友圈里排名第一,攒起来的话估计够登顶好几次泰山了。”范瑛琦笑着说。
星光不负赶路人!范瑛琦及其团队自主开发的乙苯成套技术一鸣惊人,可生产出纯度高达99.97%的高纯度乙苯产品,实现了反应床层温升的精准调控和高效热回收,能耗和物耗均达到国际领先水平,赢得了业界的广泛关注。在与国外同类工艺的竞争中,这一自主研发技术屡次脱颖而出,先后中标国内外6套大型液相烷基化乙苯项目,总加工能力达到265万吨/年,装置投产后总加工能力可进一步提升至400万吨/年。
技术创新:智慧的闪光
创新,是范瑛琦对这个行业最长情的告白。在推进乙苯成套技术大型化的同时,她不断投身到更多新技术的研发中去。
2010年起,范瑛琦作为项目组成员参与到中国石化首套双氧水直接氧化法制环氧丙烷(HPPO)工艺包开发中,从设计的角度解决了环氧丙烷反应系统压降增加的难题,有效保证了装置长周期连续稳定运行。2014年,国内首套10万吨/年双氧水法工业示范装置建成,打破了国外垄断,填补了国内空白,使我国成为世界上第三个拥有HPPO成套技术的国家。
2015年,范瑛琦成为中国石化环氧氯丙烷项目工艺包负责人,在“十三五”和“十四五”国家重点研发计划及中国石化“十条龙”项目的支持下,她带领团队攻坚克难,开发完成了国际首套5万吨/年环保型环氧氯丙烷工艺包。
杂质累积会影响装置长周期稳定运行。她对环氧氯丙烷体系物质进行了全组成分析,确定了杂质的生成途径。实验环境温度超过36℃,身着防护装备的她只待上一会儿便满身大汗。在这样的高温中,她开展了100余天的实验,最终形成了原料部分循环工艺,有效解决了难题。
原料中的过氧化氢无法完全反应会影响产品质量。她连续驻守湖南石化中试装置,开展了2360小时的连续模试试验,形成了消除反应产物中残余过氧化氢的技术方案,协调中国石化青岛安工院开展全流程进行安全分析,有效提升了装置的本质安全性。
2019年7月31日,国际首套年产5万吨环保型环氧氯丙烷工艺包通过中国石化科技部审查,运行结果表明该技术能有效降低废水量90%,几乎不产生废渣,装置能耗、物耗均低于现有技术,有效填补了环氧氯丙烷绿色生产领域的技术空白,有力提升了中国石化在树脂行业的影响力和竞争力,为我国树脂行业的绿色发展提供了有力的科技支撑。
路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。
在追求创新和发展的道路上,范瑛琦和她的团队将继续踔厉奋发、笃行不怠、赓续前行,将论文写在祖国的大地上,将石化人的自立自强镌刻在一套套石化装置中,为推动我国石化事业的高质量绿色发展贡献自己的青春和智慧。
责任编辑:郑 丹