岁月不居,时节如流。一晃近半个世纪过去曹湘洪,又是一个夏天曹湘洪,74岁的曹湘洪以特邀嘉宾的身份出现在了第八届亚洲炼油和石化科技大会的会场。在这场以“创新驱动、高质发展”的主题大会上曹湘洪,曹湘洪以《理性投资、创新驱动、科学管理,努力建设炼油石化强国》为主题,做了整整一个小时的报告。
报告洋洋洒洒从炼化行业之国内外现状到消费规律的分析,从未来我国即将面临的行业挑战讲到如何创新驱动科学发展,宏大的格局、详实的数据、理性的分析、深入的思考,为与会者勾勒出了一幅中国炼油与石化工业的现实与未来发展之路。此时的他虽已眉发皆白,但却精神矍铄、气场强大。他的洞察依旧敏锐,他的观点依旧犀利,他的目光依旧坚定。究竟是怎样的一份情怀与责任,让这位年逾古稀的老人,至今仍活跃在炼油与石化工业的最前沿,还在为我国炼油与石化工业的发展出谋划策?
燕山石化的乙烯改造是一个模式
1984年,曹湘洪升任燕山石化公司副经理。从橡胶厂到炼化一体的特大型石化企业担任领导,这一新岗位也对他提出了更高的要求。为尽快适应新岗位,他全面收集公司的生产技术资料,认真阅读、深入现场,熟悉掌握每套装置的技术原理、工艺流程。
为了开阔视野,掌握国内外石化技术发展动态,他订阅了几乎所有有关炼油、化工的期刊杂志。每天工作之余,阅读书刊杂志直至半夜。日积月累,他对炼油及石化技术知识的掌握和储备,以及他知行合一、深入生产一线,出入科研院校向炼油专家、乙烯专家、化工专家,乃至普通操作工人虚心请教,共同切磋的作风,使他从一位合成橡胶方面的专家,快速成为整个石油化工领域的科技大家。
都说曹湘洪:乙烯工业的发展水平是衡量一个国家石油化工行业发展水平的标志。乙烯工业衍生出的主要下游产品合成树脂、合成纤维、合成橡胶,广泛运用于方方面面。从人类的衣食住行到信息、能源、工业、农业、医疗、建筑、交通运输甚至是航空航天和海洋开发等国民经济重要领域。乙烯作为石化行业最重要的基础原材料,正在经济和社会发展中发挥着重要作用。
燕山石化的年产30万吨乙烯装置始建于20世纪70年代。1990年,美国SW公司到美国燕山石化介绍他们的乙烯新技术。通过交流,曹湘洪和他的同事们敏锐地意识到采用先进技术去改造乙烯装置,就能使装置规模跟上世界乙烯发展的步伐。
1992年6月,中国石化总公司在燕山石化召开现场办公会,决策改造方案。在讨论燕山石化第一轮45万吨/年乙烯扩能改造中,配套新建的年产14万吨/年聚乙烯装置的技术选择时,曹湘洪提出“国内自己设计、设备国产化”的意见。
由于基础差、起步晚,多年来,我国所建设的大型现代石化装置无论是成套技术、还是大型设备一直是从国外引进。
经曹湘洪测算,如果引进国外的成套生产技术和核心设备,会明显超出国家批准的概算。此前,他调研过扬子石化引进的淤浆法低压聚乙烯技术,消化吸收创新改进的详细情况和国内设备制造厂的能力,认为应抓住燕化新建聚乙烯装置的机会,探索出一条大型现代化石化装置国产化之路。
那天的会议由于曹湘洪的不同意见未做决定,一周后在总部再次讨论,最终决定14万吨/年聚乙烯项目的工程设计、主要装备的国产化由曹湘洪负全责。
经过落实设计和设备研制单位整合团队、组织协调、合力攻关等一系列的艰苦的工作,1994年,由曹湘洪亲自指导的我国第一套自主设计、主要设备国内制造的年产14万吨低压聚乙烯装置一次投产成功。
这一项国产化为我国节约外汇4000多万美元,节省投资约1.68亿元人民币,它的成功也被认为是我国大型现代石化装置实现技术、设计和重大装备国产化的破冰之举。
燕山石化烯烃部主任 刘丰合:45万吨/年改造的时候,当时的国务院总理朱镕基曾经来看这个装置,看完车以后说燕山是一个模式,他给了一个定义。
燕山石化第一轮乙烯改造完成后,乙烯产能扩大了50%,给燕山石化带来了可观的经济效益,然而它并没解决降低能耗和物耗的问题;同时,世界大乙烯装置的生产规模已扩大到了年产80万吨,于是公司决定展开第二轮乙烯改造,要在进一步扩大产能的同时,把能耗和物耗也降下来。
中国工程院院士、美国国家工程院外籍院士 曹湘洪:第二轮改造也是委托鲁姆斯做了技术研究。他们提出来,因为燕山的这个乙烯装置平面布置受限,这个新增设备已经很难了,新增加制冷压缩机没有空间没有位置,后来提出来二元制冷,二元制冷是世界上谁都没有用过的技术。那么这个技术行不行?大家都有很多的担心。
采用二元制冷新技术的单元,处于乙烯分离系统的核心部位,相当于乙烯装置的“心脏”。虽然二元制冷节省空间和能耗,但是是世界上还没有工业化的一项技术,一旦不能成功,将损失巨大。
燕山石化烯烃部 主任 刘丰合:在二元制冷这个决策里边,你得有谱你才能敢拍板,你没谱你是拍不了这个板的。他来做这个重大决策的时候,自己很多东西要去学的,要去琢磨要去研究,然后跟不同的技术人员也好,或者跟鲁姆斯他们的人员也好,不停地去探讨,就是他这种求知的精神确实让我挺佩服的。
燕山石化的二轮改造又取得了成功,产能规模跨入世界同期先进行列、装置能耗也大幅度降低了30%,并且二元制冷的成功应用也为后来的三元制冷奠定了基础。正如朱镕基总理所说,燕山石化的乙烯改造其实就是一个模式。它开创了二次改造的先河,为中国石化其他几套大乙烯装置的改造提供了范本。而曹湘洪一直希望建设大型现代化石化装置技术与装备国产化之路,也在他的力主和推动下越走越宽。
催化裂化是把原油中的重镏份油转化成汽油、柴油、液化气的重要装置。燕化乙烯通过改造能力扩大后,出现了优质乙烯原料短缺的突出矛盾,这又成了曹湘洪的一块心病。通过文献资料研究和现场调研,他提出了一个大胆的方案,开发减压渣油催化裂化技术改造2号催化装置,省出蜡油做为催化柴油改质装置改造后形成的中压加氢裂化的进料生产乙烯原料。方案一出,炼油厂一片不同意见,曹湘洪在炼油厂组织了三次技术研讨,不断细化方案,终于让炼油厂接受,就在他带着方案向总部汇报时又碰壁遇阻。
面对又一次否决,曹湘洪不想放弃,他找到了当时中石化主管科技的副总经理,他的方案得到了领导的认同,方案获批后,曹湘洪和中国石化工程建设公司杨启业院士、中国石油大学时明显院士等专家一次又一次讨论,认真听取大家的意见,最终确定集成5项是第一次工业应用的15项新技术,改造2号催化裂化装置。
△曹湘洪(右)在燕山石化乙烯改扩建现场
2号催化完成改造后,燕山石化又完成了柴油加氢改质装置的改造。在国内首次实现了中压加氢裂化技术的工业应用,催化省出的蜡油通过中压加氢裂化成为优质的乙烯原料,大幅提高了乙烯的效益。
在两项改造中形成的减压渣油催化裂化技术和中压加氢裂化技术,显著提升了我国炼油的整体技术水平。炼油厂的领导和技术人员也从心底里佩服曹湘洪这位非炼油专业出身的领导的能力和水平。
用中国人的钱培育自己的装备制造业
长期以来,高压聚乙烯装置的关键装备只有欧、日、美等少数企业能设计制造,国内制造厂不敢涉足。
1993年,燕山石化从日本引进的18万吨/年高压聚乙烯装置发生了一次爆炸事故,造成了3人死亡。在恢复生产前的设备检查中,发现设计压力2700公斤管式换热器都出现了裂纹。虽经破坏性试验,证明这批设备还可带病运转一段时间,但专家在进行残余寿命分析后提出使用三年后要全部更新,否则将会成为定时炸弹。
根据国外报价,要全部更新这批换热器,需要5200多万美元,约3亿元人民币。当时国家外汇紧张,曹湘洪带着主管设备的副总工、处长到总部汇报,寻求支持,有关部门表示人民币只能少量支持,美元没有办法帮助。在返回燕化的车上大家讨论怎么办?这时,曹湘洪提出了自己造的想法。
一个石化厂设备成千上万台,设备之间用管道连接,生产介质在设备和管道中密闭运行。一台设备发生问题,整个装置都要停车,如果短时间内不能恢复,其他上游装置和下游装置都要连续停产。停产一天的损失可能要上千万或数千万元。
这批超高压设备要在相当于炮弹出膛时的压力下运行,国产化一旦失败便有可能带来恶劣后果,即便不发生造成巨大的财产损失和人员伤亡的着火爆炸事故,也会导致重大停产损失。
此时的曹湘洪既是燕化公司常务副总经理又兼总工程师,工作十分繁忙。但他对超高压换热器攻关丝毫不敢马虎。不仅负责组织协调,经常深入现场了解问题,帮助技术人员落实解决问题的措施。经过八个多月的艰苦奋战,终于制造出了第一台国产超高压管式换热器,检查验收质量符合工艺要求。此后48台换热器分三年三批出厂,全部替代了“带病”运行的设备,总费用仅为外方报价的一半不到。
超高压管式换热器的成功国产化,极大地增强了曹湘洪的信心。以至于在1999年燕化引进20万吨/年高压聚乙烯技术时,他果断向外方提出该装置的核心设备超高压管式反应器必须由中国石化制造。
其实,超高压管式反应器的技术要求更高,制造中还面临“自增强”等没有遇到过的技术难题要去克服。眼见曹湘洪又要大包大揽的把所有责任一股脑儿往身上扛,关心他的领导和同事都为他捏了把汗。
中国工程院院士、美国国家工程院外籍院士 曹湘洪:我们用辛辛苦苦挣来的外汇去买国外的设备,是培育了国外的产业,养活了国外的工人和技术人员,我们中国的工人、中国的技术人员也需要养活啊?那我们用户就需要为装备制造企业提供机会,你不提供机会他怎么长大呢?
用中国人的钱培育自己的装备制造业,养活自己的工人。正是这种植根于心的民族精神和家国情怀,让曹湘洪义无反顾地走在这条以发展中国民族工业为己任的国产化之路。
1999年,燕化建筑安装工程公司按时制造出了质量完全达标的超高压管式反应器,结束了我国不能生产超高压聚乙烯装置核心设备的历史。而燕山石化建安公司也由此被外商列入了超高压管式反应器制造供应商名录,成为外国专利商的合作伙伴。
每一次技术的创新都是一次全新的挑战,每一次成功的背后都凝聚着集体的智慧和力量。我国的石化工业走出了一条从引进、消化、吸收,到合作、仿制再到一步步地自主创新的国产化之路。并以点带面,形成了包括科研、设计、材料和生产等一系列产业链的集体提升。
一直以来,世界上大型造粒机组的生产技术都由日本和德国的三大公司所垄断,因此价格也是逐年攀升。2005年和1996年相比,同样规模的造粒机组价格涨了一倍多。
看到这个情况,曹湘洪急在心里。经过国内研究、设计、制造能力的调查和机组制造关键技术分析,2006年,曹湘洪提出组织国内大连橡塑公司、北京化工大学、燕山石化、中石化工程建设公司、天华化工设备研究院等单位联合攻关,以燕化年产20万吨聚丙烯项目为依托,进行20万吨/年聚丙烯挤压造粒机的研制。2010年5月,机组在燕化成功投入运转。
年产20万吨造粒机组国产化虽然成功了,然而随着合成树脂装置规模大型化,造粒机组也越来越大。国内用户信不过国内的制造能力,大型造粒机还在引进,看到这种现状,曹湘洪心有不甘。2017年,他看准中科炼化建设年产35万吨聚丙烯的机会,书面向领导建议,年产35万吨造粒机组国产化,领导同意了他的意见,并让年过70的他再次牵头。
2019年3月,我国制造的首台年产35万吨聚丙烯挤压造粒机组,在大连橡胶塑料机械有限公司通过验收出厂。用户满意的35万吨/年挤压造粒机组研制成功,标志着我国石化装备制造业正在走向高质量发展之路。
二十年完成“国一”到“国六”的跨越
2019年1月1日,汽柴油国六标准在全国正式实施,这是世界最严标准之一。中国用20年时间,完成了发达国家30多年的油品质量升级历程。
曾经的中国是个自行车王国,进入新世纪,不到20年,我国汽车的产销量跃居世界第一。2018年底,我国的汽车保有量已达到2.4亿辆,有近一半的家庭都拥有了私家车。汽车保有量不断增长,意味着空气污染的影响也在不断加剧,提高车用汽柴油质量刻不容缓。标准升级是质量提升的前提,兼任我国石油和润滑剂产品标准化技术委员会主任的曹湘洪又担当起我国车用汽柴油标准升级的重任。
油品标准的提出虽然有炼油行业调查、技术文献和大量实验结果做依据,但具体确定数据时来自炼油、汽车、环保的专家总会出现不同的意见。尤其从技术标准越来越严的国四标准制定开始,开会讨论这些数据时,往往各抒己见争论激烈。主持讨论的曹湘洪坚守国家利益至上原则,既要不让争论失控,又要认真倾听各方诉求,综合大家的分歧和意见,寻找最大公约数。
在曹湘洪的主持下,用了15年的时间,我国车用汽柴油的标准完成了从国一到国六的跨越。2019年1月1日,国六标准开始全国实施。在标准的引领下,我国车用汽柴油的质量进入世界前列。
中国石化石油化工科学技术研究院 教授级高工 倪蓓:我们的国六标准在总体上已经达到了欧洲标准的一个水平。在一些指标上,像汽油的苯含量、烯烃含量,像柴油的多烷芳烃含量,在这些指标的限值上,我们已经要优于欧洲的相同的标准了。这点应该说,曹院士在这里所作的工作也是功不可没的。
2018年,石油和润滑剂标准化技术委员会换届,73岁的曹湘洪请求不再担任主任,但是国家市场监督管理总局仍旧给他颁发了任职到2023年的聘书。服从国家需要、尽力而为,现在的他已在思考和研究下一阶段我国车用油品的标准。
先进标准的实施必须有先进的技术做支持。为了实现我国油品质量尽快赶超发达国家水平,在推动车用油品标准升级的同时,曹湘洪始终在推动着汽柴油生产技术的创新与开发。
我国汽油中催化汽油约占70%,降低催化汽油烯烃又保留辛烷值,这是世界炼油界都在研究的课题。中国石化石油化工研究院独辟蹊径,发明了一种新结构反应器,通过精准调控反应过程,既能降低催化汽油烯烃,又能保留辛烷值。对新技术十分敏感的曹湘洪详细了解了实验的情况,他想直接进行工业试验,召集系统内的专家进行可行性讨论。
直接工业示范必须找到勇于承担风险的企业,曹湘洪在认真调查研究后决定选择上海高桥石化年产140万吨的催化裂化装置上进行工业示范。正式试验那天的凌晨一点,曹湘洪赶到高桥石化。早上8点,他来到操作室,为参试人员鼓劲解压。
庞大的阵容、充分的预案,通过科研、设计、生产等单位的协同合作、合力攻关,成功开发出了这项最大化生产异构烷烃、同时又能降烯烃的“MIP”催化裂化技术,成为我国炼化领域的独门秘笈。
“MIP”技术在我国的汽油质量升级中,发挥了极为重要的作用。自2002年MIP技术成功问世,16年来,已应用在国内57套催化裂化装置上,总加工能力达到每年产7500万吨。
汽油质量升级中还有一个必须解决的难题,如何把汽油中的硫降下来。
国际上主流的催化汽油脱硫技术是加氢技术,国内的研究开发也集中在加氢技术上。催化汽油加氢脱硫工艺流程长、能耗高,最大的问题是辛烷值损失大,尤其要执行硫含量小于50及10PPM时,要求越严辛烷值损失越大。
美国康菲公司的汽油吸附脱硫S-Zorb技术采用独特的吸附和加氢偶合的脱硫原理吸引了曹湘洪的目光,这项技术与主流的加氢脱硫技术相比,具有辛烷值损失小、氢耗、能耗低的突出优势,但也存在着吸附剂损耗高、装置运行周期短等问题,因此仅在康菲公司炼油厂使用,没有得到推广。
当得知康菲公司要整体出售S-Zorb技术,曹湘洪经过对存在问题的对策认真研究后果断出手。经过三次谈判,于2007年底完成了这项技术的收购。这也是我国炼油历史上第一次从国外公司整体收购石油炼制技术,引起国内外同行的广泛关注。
中国石化工程建设公司 总经理 孙丽丽:美国能够把一项技术整体的转让给中国,那就意味着他认为技术的价值并不是很高。这就是曹院士的独到之处。在别人可能觉得它并不是一项很好的技术,或者说要花多大的力气、成本才可能把它开发成的技术,而曹院士认为他可以。他有鉴宝能力,同时呢他有号召力,他有很好的组织力,有团队的支持,成就了这番挺大的事业。
在整体收购原S-Zorb技术的基础上,针对原技术存在的相关问题,曹湘洪组织中国石化工程建设有限公司、中石化科学研究院及下属炼油企业开展专项科技攻关,不仅解决了原技术存在的问题,还使其辛烷值损失小等优势更加突出,形成的新一代S-Zorb技术,创造了45个月的长周期连续运行记录,被国外炼油界称为世界上最好的催化汽油深度脱硫技术。
截止2018年底,已经推广建成35套装置,每年加工全国近60%、年产超过4500万吨的催化裂化汽油。S-Zorb技术,为我国炼油企业实现汽油质量升级做出了卓越贡献,取得了巨大的经济和社会效益。
为推动我国的炼油及石化领域的技术进步,曹湘洪做出了一个又一个曾经不被大家接受的重大技术决策,决策实施过程中,他唯恐失败,殚精竭虑,身体力行,具体参与,成为项目的主心骨。成功后,当申报科技奖项时,他却功成身退,兑现自己的诺言:成功了,成绩是你们的。
今天,中国的炼油技术与通用石化原料生产技术已达到世界先进水平,主要合成材料的生产技术正在直追世界先进水平,这中间就有着曹湘洪的一份努力。鉴于曹湘洪在石油炼制和石油化工生产技术方面的创新成果和领导作用,及在国际合作方面的突出成就,2009年,曹湘洪当选美国国家工程院外籍院士。成为我国当选美国工程院外籍院士的第八位工程技术专家。自1999年他当选中国工程院院士以来,十年间,他获得了这两个极具份量的荣誉称号。
△曹湘洪在美国国家工程院外籍院士颁奖现场
作为一名工程科技专家,曹湘洪将他的聪明才智和敢于担当发挥到了极致,成了我国炼油石化领域目前唯一的中美两国工程院院士;作为一名企业家,他不忘企业使命与社会责任,带领科研团队不断攀登勇于创新,为中国炼油和石化工业闯出了一片新天地;作为一名在外多年的游子,深深的家国情怀让他无论什么时候都情系家乡。
中国工程院院士、美国国家工程院外籍院士 曹湘洪:我生在江阴长在江阴,从17岁外出求学算起,离开江阴已经55年。但是我对故乡的眷恋始终如一。每当回到江阴,看到江阴的变化,总感到高兴。每当报纸、电视和其他媒体报道江阴经济社会发展的消息,总受到鼓舞。每当有人知道我是江阴人,称赞江阴时,我总觉得自豪……
近半个世纪,曹湘洪从合成橡胶开始,始终坚持从企业和我国炼油石化行业的需要出发,选择重大技术难题,突破传统认识,进行探索与开发。在这开放着鲜花但也布满荆棘的创新路上,曹湘洪以他宏大的志向和不服输的倔强,迎着风雨,砥砺前行。
一次次在质疑中上路、一次次在困境中突破。他用一项项发明和技术创新成果,为建设世界科技强国,实现中华民族伟大复兴作出了他的贡献。古稀之年,仍壮心不已。他依然关注着世界炼油与石化工业的技术前沿,依然关注着我国炼油与石化工业的健康发展、绿色发展、高质量发展、可持续发展,他的生命早已与祖国炼油和石化工业命运相连,呼吸与共。
中国石化科技委资深委员 中国工程院院士 杨启业:曹院士是这样的,他是思路很宽广,他呢而且每一样技术他有时还走在我们前面,调查研究他比我们还多。
中国化工学会副理事长兼秘书长 燕山石化公司原总工程师 华炜:如果说一个项目简单的从国外引进,实际上决策者承担的压力是最小的。一旦这个装置开不正常或者出现有哪些问题,大家都会说是国外公司专利许可商有什么什么不合适的地方。但是如果采用国产化的技术,对技术大家又不完全看得很清的时候,那这个时候决策人是要承担非常多的压力。
燕华建筑安装工程有限责任公司 总经理 孙海疆:曹总经常有一句口头禅,总是在大家觉得压力大的时候,感觉到很犹豫的时候,曹总一句话:“外国人能做到的,我们中国人为什么做不到”?就这一句话的话,就给大家一种精神上的振奋。领导的支持,作用确实是非常巨大的。
为时代画像、为时代立传、为时代明德,“江阴骄子”用突出成就生动诠释了江阴精神,成为向世界推介江阴的闪亮名片!向江阴骄子致敬!