我的动力源于祖国的需求——记我国著名物理化学家林励吾院士(科技日报 2009-07-23)

发布时间: 2009-07-23 |  作者:邓亮 刘培培 郝晓丽 
http://www.stdaily.com 2009年07月23日 来源: 科技日报 作者: 邓亮 刘培培 郝晓丽

  作为我国催化科学技术领域的带头人之一,林励吾院士长期从事有关石油、煤炭、天然气等化石能源转化的新催化剂和催化工艺的研究。承担且完成了多项重大课题,并培育出一批批杰出优秀的高新技术人才,为我国催化科学技术领域做出了系统的、创造性的成就以及卓越的贡献。 

  林励吾广东省汕头人。物理化学家,1993年当选中国科学院学部委员(院士),1998年当选英国皇家化学会会士。中国科学院大连化学物理研究所研究员、现任大连化学物理研究所资询委员会主任,曾任该研究所学术委员会主任、多相催化研究室主任。至今为止,已在国内外累计发表论文400余篇,先后21次荣获国家、部委级成果奖。为国家培养出博士研究生40多人,硕士研究生10多人。2008年,被中国化学会催化委员会授予中国催化成就奖。 

  祖国的需要,是我永不竭止的工作动力 

  “我愿用我全部的生命,从事研究科学,来贡献给生育我栽培我的祖国和人民。”正如巴甫洛夫所说过的那样,对于自己的科研事业,林励吾无悔于国家,无悔于人民,他用自己的实际行动,印证着一个科研人员最崇高的理想与追求。 

  (1)大庆油煤油馏分临氢异构化制航空煤油 

  上世纪60年代初期,国外切断对我国航空煤油的供应,虽然大庆油田已开发,为我国石油产品的自给提供有力的条件,但是大庆油是高含蜡、高冰点,它根本不适合航空使用,航空煤油仍然告急,尤其是军用飞机煤油的需求更迫于眉睫。然而,当时我国根本没有从大庆油制取低冰点航空煤油的技术,国外对这方面的资料又严密封锁。以至于国民经济建设受到影响、国防安全受到严重的威胁。 

  该怎么办?一定要为祖国争气,一定要攻下这一难关!凭着对祖国高度的责任感与使命感,林励吾与他的同事张馥良、梁东白等人在页岩油、煤焦油加氢研究积累的基础上,又翻阅大量的资料,经过反复推敲,认真比较,一次一次实验,夜以继日地艰苦奋战终于在1960年底首次研究出“采用临氢异构化方法从大庆石蜡基直馏煤油制取低冰点航空煤油”,为解决我国航空煤油短缺问题成功地迈出第一步。 

  与此同时,林励吾等人还在大量实验的基础上提出一种经验规律“电子(金属组分)—酸性(载体)杂交的相互作用”,这一概念的提出为临氢异构化催化剂配方的研制提供了指导,得以在短时间内研究成功具有高选择性、高活性的W、Mo、Ni及含氟氧化铝载体组成的金属酸性催化剂,在中压条件下对大庆直馏煤油进行临氢异构化处理,得到了高收率、冰点低于-60℃的符合国家标准的航空煤油。 

  该催化剂于1963年工业放大试制成功,并于1964年完成40立升规模的中型试验,为下一步解决重油加氢异构裂化制航空煤油打下坚实基础。该项成果获得1964年国家发明奖。 

  (2)大庆重油加氢异构裂化制航空煤油 

  鉴于大庆原油中重油比煤油含量高、价格又便宜,以此来加工制取航空煤油更有价值、更有现实意义。为响应石油工业部设立重大项目的要求。林励吾等立刻把煤油异构化催化剂的研究转入重油加氢异构裂化制取航空煤油的研究。在研究煤油异构化催化剂所得到的制备规律的指导下,很快达到石油部对重油加氢异构裂化的指标要求。 

  1963年,林励吾、张馥良等根据在临氢异构化研究中总结出的“电子酸性催化剂杂交规律”,开发出高活性加氢组分与较弱酸性载体结合的高活性异构裂化催化剂。为了简化工艺,林励吾、张馥良、萧光琰、李文钊等进一步开发了大表面积无定形硅铝为载体,以钨、镍为金属组分的219催化剂,并根据反应特征,首创了一段法加氢异构裂化新工艺,在实验室2立升装置中长周期评价获得成功,并直接进入万吨级半工业试验。1967年根据半工业试验结果设计的我国最大规模加氢异构裂化装置在大庆成功投产,大规模生产航空煤油,采用219催化剂处理大庆减压蜡油,可以高收率地生产-60℃低冰点喷气燃料和-35℃低凝柴油。这可喜的成果得到有关领导和专家高度评价。 

  此后,该技术又相继在石油三厂、燕山石化总厂工业应用成功。使我国成为世界上最早掌握一段法加氢异构裂化技术,采用无定形催化剂生产喷气燃料和柴油的国家。加氢裂化催化剂及工艺在石化企业连续运转20多年,保持了技术和性能的先进性,创造了巨大的经济和社会效益。该项成果获得1978年全国科学大会奖。林励吾也于当年当选为全国劳动模范。 

  (3)高分散度Pt-Sn金属催化剂的研究和开发 

  1972年,在结束了两年农村插队生活后,林励吾重新开始了他久违而熟悉的工作。然而,此时的催化学科正处于低潮。前几年,好不容易与国外缩小的距离,在这段时间内又被逐步拉大。见此情景,林励吾急在心上,他暗下决心一定要赶上去。由于当时国外刚成功研发了“多金属重整催化剂”。利用这种催化剂可从低品质的石脑油中生产高辛烷值汽油或芳烃。这在当时是炼油新技术开发的一项突破。 

  他看准了这种催化剂的优点,组织力量奋力攻关,并与兄弟单位紧密合作,终于开发研制出我国第一代Pt-Ir-Ce/Al2O3多金属重整催化剂,并成功用于大连石油七厂15万吨/年的工业生产装置上。此项成果参加的单位先后获1978年全国科技大会奖及l982年石油工业部重大成果一等奖。 

  1975年,林励吾、吴荣安、白玉珩等和轻工部有关单位合作,共同研究多金属脱氢催化剂用于长链烷烃脱氢(合成洗涤剂原料)技术以取代从美国UOP公司进口的DEH-5 Pt-Sn/ Al2O3催化剂。林励吾根据多金属重整催化剂研究积累的经验,意识到多金属催化剂是从单铂催化剂演变而来的,其制备的方法必须使两种金属紧密结合并相互作用,才能达到最好效果,而催化剂的传统制备方法不能实现两种金属均匀结合。 

  林励吾经过多次考察发现,铂和锡能够在不同的条件下生成不同结构的络合物,而这种络合物却能使两种金属很好结合。于是,他们决定把这种铂锡络合物溶液浸渍到担体上,再经过适当烘干、焙烧等程序以制备出高分散度多金属催化剂,这种创新的作法当时在国内外还是首次提出的。经过多次努力、反复实验,终于取得满意的结果。他们冲破了UOP公司的技术垄断,独立自主地制备了性能良好的NDC-2催化剂,并与南京烷基苯厂合作完成了催化剂的工业制备、脱氢过程的中试。实践证明,NDC-2长链烷烃脱氢催化剂性能优于当时从美国UOP引进的DEH-5催化剂,由于其稳定性很高,每批催化剂的寿命由原来的40天增加一倍。 

  该系列催化剂不但在国内推广应用,而且得到印度同行的重视,1986年林励吾应邀到印度访问,在当地设备上使用了NDC-2催化剂,结果充分证明该催化剂的性能全面超过印度从UOP引进的DEH-5催化剂。该催化剂目前已在全国推广并在所内有关课题组创新研究中始终保持国际领先。在已获得催化剂发明专利之后,该催化剂已向印度出口。这项成果曾先后获得轻工部二等奖,中国石化总公司一等奖及国家发明三等奖。 

  (4)甲烷芳构化制芳烃 

  林励吾及其学生们对甲烷在Re、Mo等金属与HZSM-5相互作用活化甲烷的研究方面,也取得了很大的进展。在这基础研究的过程中,他们首先指出Re、Mo等金属离子必须担载在具有强酸性的分子筛上才有活性而分子筛的孔道结构是甲烷在无氧条件下在Mo/HZSM-5催化剂上催化转化为芳烃和氢的关键因素;并首先提出多余的分子筛B酸中心对反应会产生较多的结焦,采用水热处理技术明显提高了Mo/HZSM-5催化剂的稳定性并降低其积炭产率。 

  1999年以后,林励吾参与包信和研究员(时任所长、研究员、博士生导师)领导的973子课题,协同徐奕德等人通过大量的基础研究和前期工作取得国际领先的地位,该项成果于2005年获得了国家自然科学二等奖。 

  (5)传统F-T合成的工业试验和新过程的开发 

  1980年—1999年林励吾、梁东白、罗洪原等在总结过去从事高分散度金属催化剂研究经验的基础上,对高分散度担载型钌、铁催化剂用于费一托合成(F-T)进行了更深入地探讨和研究,研制出高选择性地合成汽、柴油的新型催化剂。 

  目前该技术已进入70万吨级合成液体燃料工业化装置的设计阶段,打破了国外公司的技术封锁,使我国合成液体燃料技术开发研究迈上了一个新的台阶。现正在进行活性炭担载的Co基催化剂的千吨级/年浆态床反应工艺的工业性试验。 

  (6)分子筛膜微波合成与工业应用 

  在林励吾的参与指导下,学生杨维慎研究团队在上世纪90年代初开展无机膜和膜催化的研究。如今,杨维慎团队在国际上已处于重要的地位。其中,分子筛膜研究工作,经过十几年的刻苦努力,经历了从实验室到工厂的发展过程。在实验室基础研究方面,原创性工作是将高效的微波合成技术应用于高性能分子筛膜的快速制备。该组首次在Adv. Mater.上发表的微波合成分子筛膜的文章至今已被引用超过80次,组长杨维慎曾多次在国际无机膜大会做关于微波合成分子筛膜的特邀报告。 

  加强合作交流,使催化剂和催化工艺的研究与国际接轨 

  萧伯纳曾说过:“……倘若你有一种思想,我也有一种思想,而我们彼此交换这些思想。那么,我们每人将有两种思想。”如同他所说的那样,科学思想只有在交流互访之后,才能不断进步,迎来崭新的一页。 

  平日里,林励吾院士十分重视国内外学术交流。在秉承相互学习共同进步的原则下,他曾先后与近20多个国家和地区进行互访和学术交流。如1980年,他作为中国代表团之一参加在日本东京召开的四年一届的第七届国际催化大会并在大会上作口头报告(这是新中国第一次参加的国际催化大会并在大会作报告);1991年随中国科学院代表团(团长王佛松副院长)访问美国石油化学工业,并代表科学院在学术交流会上作报告等。 

  与此同时,他还多次参加其他各类型国际会议。由于密切合作与交流,他在国外同行中已享有较高声誉和广泛的影响,除了多次被邀请在国际会议上作报告外,还被多个著名杂志聘为编委。在国内方面,林励吾积极参加各类学术交流会议,如多次参加全国催化大会,并三次在全国催化大会上作大会邀请报告。还多次在全国青年催化大会上报告。林励吾还兼任北京大学、中国科技大学、浙江大学、南京大学等兼职教授,并多次登上大学讲坛。 

  让更多的年轻人,从我们的肩膀上踏向世界的高峰 

  作为我国第一代博士生导师,林励吾院士已培育了40多名博士、博士后和十多名硕士研究生为我国催化领域培养出一支能吃苦,善于攻坚的高水平研究队伍。如张涛博士,毕业后很快破格晋升为研究员、带博导师,现任化物所所长兼任航天催化与新材料研究室主任,他近10年中把一个课题组改造成为全国唯一的特种催化剂研究、生产、应用齐全的现代化实验室。带领一批年轻博士和老同志攻克难关,在航天催化剂研究和飞机应急工程研究中作出重大贡献,得到有关部门的高度重视。2008年为所里首次赢得国家特等奖一项、他本人曾以第一完成人先后获得国家科技进步二等奖三项;再如徐龙伢博士,现任化物所应用催化研究室主任、带博导师。他的博士论文被评为2000年度全国百篇优秀论文之一。近年来,在催化裂化干气制乙苯催化剂的研制、工艺技术创新及推广中发挥了决定性的作用,他带领研究组成功地解决了催化裂化干气制高质量乙苯的关键技术,使该技术迅速得到推广应用,在3—4年时间内成功推广到17家石化企业,形成年产136万吨乙苯规模,有效促进了干气的综合利用,大大提高了石油资源的利用率,并产生了显著经济与社会效益,以第一发明人获得2008年度国家科技进步二等奖。还有博士毕业生杨维慎、沈俭一、丁云杰、田志坚、程谟杰、王晓东、范以宁等都是研究员或教授、课题负责人或学术带头人,他们在不同的领域中都作出了突出的贡献。 

  没有播种,何来收获;没有辛劳,何来成功;没有磨难,何来荣耀;没有挫折,何来辉煌。林励吾教授六十年如一日,始终坚持奋斗在化物所。虽然已从行政岗位上退了下来,但他对研究所的感情总是割舍不下,仍积极地参加力所能及的活动,继续为化物所的发展和学科建设出谋划策。(邓亮 刘培培 郝晓丽)

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