石化技术创新案例剖析(1)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
石化技术创新案例剖析
姚志龙 2013年 ·北京
h
1
技术进步的S-型曲线
Richard Foster 在 “ Innovation: the Attacker’s Advantage 《创新:进攻者的优 势 》” 一 书 中 首 先 提 出 “ S- 型 曲 线 的 技 术 进步规律”。
2
技术进步S型曲线（连续式）
受 此 启 发 ： C.P.Plank 与 E.J.Ronsinski 认 为 ： 理 想的催化剂应是一种活性中心可以控制的、孔径 要比裂化分子稍大的中孔催化剂
9
分子筛催化裂化剂发明中的联想
文献启发
F.H.Dickey和L.Pauling的论文中提出分子 模板概念用于制备吸附剂
受此启发，C.P.Plank利用分子模板制备 新催化材料： 分子筛
V. Haensel——“铂重整之父”自述
“The Development of the Platforming Process”
Heterogeneous Catalysis, Selected American Histories, ACS Symposium Series 222, 1983:141
技术进步
起始期
加速成长期
成熟期
发展极限
有意义的开端
人力、物力投入
连续性技术进步
1930~1980 年 间 ， 化学工业中的重 大新技术开发就 遵 循 了 这 种 S- 型 曲线的技术进步 规律
3
技术进步S型曲线（非连续式）
——转移技术的科学知识基础
技术进步
A 连续式
B 非连续式
全新科学知识
原有科学知识
15
催化重整的重要性
生产高辛烷值汽油
– 原料（80-180℃馏分，RON≈30），产品RON≈102 – 在发达国家催化重整汽油占车用汽油组分的25-30% – 我国催化重整汽油占车用汽油15%左右
生产苯、甲苯、二甲苯一级基本化工原料
– 原料（60-145 ℃馏分） – 全世界所需的BTX一半以上来自催化重整
➢ 实验3周，毫无结果。暑假结束后他去麻省理工学院攻读硕士学位。
他认识到一个难题
➢ 开发一个长周期运转而不积碳的催化重整催化剂的重要性。
20
移植其他领域的科学知识
1937年， V. Haensel硕士毕业后，又被UOP公司聘任为化 学工程师：
➢ 研究精制脱硫后煤油的加氢裂化 ➢ 加氢裂化汽油中的环烷烃含量分析采用在很低空速下，通过铂/
18
铂重整发明的背景
当时催化重整使用氧化铬/氧化铝为催化剂 ——临氢重整。
➢ 催化剂活性低，产品辛烷值为80左右； ➢ 反应积碳使催化剂活性降低较快，需要不断再生；
处理能力小、操作费用大
19
问题的认识
1935年夏， V. Haensel从西北大学毕业，到UOP公司催化实验 室做暑假临时工
➢ 一天，UOP公司研究室主任来到实验室，与他谈到这一过程的缺点时 ，各他3周时间，让他想办法作反应而不产生焦碳，能长周期运转；
科研中的集体智慧
1956年下半年，E. J. Rosinski参加了C. J. Plank研 究小组的工作
P. B. Weisz和V. J. Frilette提出从无定形硅铝的“表 面催化”(Surface Catalysis)到分子筛的“晶内催化 ”（Intracrystalline Catalysis）的概念
12
分子筛催化裂化剂发明中的联想
信息总结
了解市场需求 受文献启发 科研中发现与发明 集体智慧
创新来自联想，联想源于博学广识和集体智慧
13
（2） 铂重整工艺的发明
什么是催化重整
催化重整是一个以汽油（直馏汽油）为原料生产高 辛烷值汽油及轻芳烃（苯、甲苯、二甲苯，BTX） 的重要炼油过程，同时也副产相当数量的氢气。
重整副产氢气是廉价的氢气来源
16
催化重整的主要化学反应类型
——生产芳烃和高辛烷值组分
1 六员环烷的脱氢反应
➢ 反应进行很快，在工业条 件下能达到化学平衡，是 生产芳烃最重要的反应
2 五员环烷的异构脱氢反应
➢ 比六员环烷脱氢反应慢得 多，但大部分也能转化为 芳烃，还有部分开环反应
17
铂重整是如何发明的
活性炭催化剂，使六员环烷烃脱氢转化成芳烃
联想——移植其他领域科学知识
➢ 催化重整中最重要的反应是环烷烃脱氢反应 ➢ 提出利用铂催化剂作重整催化剂的设想
新构思的形成
21
新构思的验证
用铂催化剂处理脱硫汽油： 采用各种载体试制成铂催化剂 实验证实催化剂可将部分环烷烃转化为芳烃 但汽油辛烷值提高不明显
人力、物力投入
非连续性技术进步
非连续式技术进步产生 时 ， 70% 的 情 况 下 技 术 领先地位易手，现有技 术的领先者不再是领先 者
非连续式技术的发明创 造人，要具有深刻的洞 察力去认识现有技术的 极限，设想出绕过它们 去开拓的可能途径，并 把这些构思成功地变为 现实
4
第一讲
20世纪60年代炼油工业三大工艺发明的启示
用未脱硫的直馏汽油直接作原料
➢ 催化剂甚至可连续运转，而且保持了较高转化率 ➢ 结果与Cr2O3/Al2O3相当 ➢ 催化剂上只有很少量的焦碳生成
➢ 分子筛裂化催化剂及工艺的发明 ➢ 铂重整工艺的发明 ➢ 异丁烷/正丁烯烷基化工艺的发明
（1） 分子筛催化裂化催化剂的发明
6
7
8
分子筛催化裂化剂发明中的联想
文献启发
1953年，H.Blanding 发表的一篇论文： 0.01秒时，裂化活性为20分时的750倍，活性下降 是由催化剂积炭造成的，所以减少积炭即可提高 活性
硅铝凝胶Biblioteka Baidu
10
分子筛催化裂化剂发明中的联想
科研中的发现与发明
C.P.Plank在科研中发现： 当时的催化剂活性评价方法CAT-A法不适用， 必须首先开发一个能清楚区分不同裂化催化剂 选择性的方法 分子筛具有高活性和高选择性 金属离子、铵离子交换可以提高催化剂性能
11
分子筛催化裂化剂发明中的联想
设想得到验证，但不理想
22
跳出旧框框
提高反应温度，但催化剂完全失活； 在中等压力下，通入氢气，结果虽不特别惊人，
但催化剂这一苛刻条件下却不失活； 继续提高温度，得到了较高的转化率
（温度450℃，比铂催化剂常用温度高200 ℃ ）
跳出旧框框，获得惊喜
23
试验意外发现
上述实验均采用脱硫的直馏汽油作原料 一天，实验用完了脱硫直馏汽油原料，不得不
姚志龙 2013年 ·北京
h
1
技术进步的S-型曲线
Richard Foster 在 “ Innovation: the Attacker’s Advantage 《创新:进攻者的优 势 》” 一 书 中 首 先 提 出 “ S- 型 曲 线 的 技 术 进步规律”。
2
技术进步S型曲线（连续式）
受 此 启 发 ： C.P.Plank 与 E.J.Ronsinski 认 为 ： 理 想的催化剂应是一种活性中心可以控制的、孔径 要比裂化分子稍大的中孔催化剂
9
分子筛催化裂化剂发明中的联想
文献启发
F.H.Dickey和L.Pauling的论文中提出分子 模板概念用于制备吸附剂
受此启发，C.P.Plank利用分子模板制备 新催化材料： 分子筛
V. Haensel——“铂重整之父”自述
“The Development of the Platforming Process”
Heterogeneous Catalysis, Selected American Histories, ACS Symposium Series 222, 1983:141
技术进步
起始期
加速成长期
成熟期
发展极限
有意义的开端
人力、物力投入
连续性技术进步
1930~1980 年 间 ， 化学工业中的重 大新技术开发就 遵 循 了 这 种 S- 型 曲线的技术进步 规律
3
技术进步S型曲线（非连续式）
——转移技术的科学知识基础
技术进步
A 连续式
B 非连续式
全新科学知识
原有科学知识
15
催化重整的重要性
生产高辛烷值汽油
– 原料（80-180℃馏分，RON≈30），产品RON≈102 – 在发达国家催化重整汽油占车用汽油组分的25-30% – 我国催化重整汽油占车用汽油15%左右
生产苯、甲苯、二甲苯一级基本化工原料
– 原料（60-145 ℃馏分） – 全世界所需的BTX一半以上来自催化重整
➢ 实验3周，毫无结果。暑假结束后他去麻省理工学院攻读硕士学位。
他认识到一个难题
➢ 开发一个长周期运转而不积碳的催化重整催化剂的重要性。
20
移植其他领域的科学知识
1937年， V. Haensel硕士毕业后，又被UOP公司聘任为化 学工程师：
➢ 研究精制脱硫后煤油的加氢裂化 ➢ 加氢裂化汽油中的环烷烃含量分析采用在很低空速下，通过铂/
18
铂重整发明的背景
当时催化重整使用氧化铬/氧化铝为催化剂 ——临氢重整。
➢ 催化剂活性低，产品辛烷值为80左右； ➢ 反应积碳使催化剂活性降低较快，需要不断再生；
处理能力小、操作费用大
19
问题的认识
1935年夏， V. Haensel从西北大学毕业，到UOP公司催化实验 室做暑假临时工
➢ 一天，UOP公司研究室主任来到实验室，与他谈到这一过程的缺点时 ，各他3周时间，让他想办法作反应而不产生焦碳，能长周期运转；
科研中的集体智慧
1956年下半年，E. J. Rosinski参加了C. J. Plank研 究小组的工作
P. B. Weisz和V. J. Frilette提出从无定形硅铝的“表 面催化”(Surface Catalysis)到分子筛的“晶内催化 ”（Intracrystalline Catalysis）的概念
12
分子筛催化裂化剂发明中的联想
信息总结
了解市场需求 受文献启发 科研中发现与发明 集体智慧
创新来自联想，联想源于博学广识和集体智慧
13
（2） 铂重整工艺的发明
什么是催化重整
催化重整是一个以汽油（直馏汽油）为原料生产高 辛烷值汽油及轻芳烃（苯、甲苯、二甲苯，BTX） 的重要炼油过程，同时也副产相当数量的氢气。
重整副产氢气是廉价的氢气来源
16
催化重整的主要化学反应类型
——生产芳烃和高辛烷值组分
1 六员环烷的脱氢反应
➢ 反应进行很快，在工业条 件下能达到化学平衡，是 生产芳烃最重要的反应
2 五员环烷的异构脱氢反应
➢ 比六员环烷脱氢反应慢得 多，但大部分也能转化为 芳烃，还有部分开环反应
17
铂重整是如何发明的
活性炭催化剂，使六员环烷烃脱氢转化成芳烃
联想——移植其他领域科学知识
➢ 催化重整中最重要的反应是环烷烃脱氢反应 ➢ 提出利用铂催化剂作重整催化剂的设想
新构思的形成
21
新构思的验证
用铂催化剂处理脱硫汽油： 采用各种载体试制成铂催化剂 实验证实催化剂可将部分环烷烃转化为芳烃 但汽油辛烷值提高不明显
人力、物力投入
非连续性技术进步
非连续式技术进步产生 时 ， 70% 的 情 况 下 技 术 领先地位易手，现有技 术的领先者不再是领先 者
非连续式技术的发明创 造人，要具有深刻的洞 察力去认识现有技术的 极限，设想出绕过它们 去开拓的可能途径，并 把这些构思成功地变为 现实
4
第一讲
20世纪60年代炼油工业三大工艺发明的启示
用未脱硫的直馏汽油直接作原料
➢ 催化剂甚至可连续运转，而且保持了较高转化率 ➢ 结果与Cr2O3/Al2O3相当 ➢ 催化剂上只有很少量的焦碳生成
➢ 分子筛裂化催化剂及工艺的发明 ➢ 铂重整工艺的发明 ➢ 异丁烷/正丁烯烷基化工艺的发明
（1） 分子筛催化裂化催化剂的发明
6
7
8
分子筛催化裂化剂发明中的联想
文献启发
1953年，H.Blanding 发表的一篇论文： 0.01秒时，裂化活性为20分时的750倍，活性下降 是由催化剂积炭造成的，所以减少积炭即可提高 活性
硅铝凝胶Biblioteka Baidu
10
分子筛催化裂化剂发明中的联想
科研中的发现与发明
C.P.Plank在科研中发现： 当时的催化剂活性评价方法CAT-A法不适用， 必须首先开发一个能清楚区分不同裂化催化剂 选择性的方法 分子筛具有高活性和高选择性 金属离子、铵离子交换可以提高催化剂性能
11
分子筛催化裂化剂发明中的联想
设想得到验证，但不理想
22
跳出旧框框
提高反应温度，但催化剂完全失活； 在中等压力下，通入氢气，结果虽不特别惊人，
但催化剂这一苛刻条件下却不失活； 继续提高温度，得到了较高的转化率
（温度450℃，比铂催化剂常用温度高200 ℃ ）
跳出旧框框，获得惊喜
23
试验意外发现
上述实验均采用脱硫的直馏汽油作原料 一天，实验用完了脱硫直馏汽油原料，不得不