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美日跨国公司创新发展考察李寿生参观UOP膜工艺实验室
《中国化工报》 李寿生 / 时间:2017-07-04 11:11:58

  据中化新网2017年7月4日讯 霍尼韦尔公司是全球领先的多元化、高科技的先进制造企业,尤其在自动化过程控制和现场仪器仪表、交钥匙项目和服务、优化软件和工业网络安全、集成安全保护解决方案、工业物联网解决方案等方面具有领先优势,引领全球自动化控制领域已有40多年。
  物联工厂技术,是一种基于霍尼韦尔的系统控制技术,建设由过程连接、设备连接、人员连接三者结合的物联工厂。霍尼韦尔借助先进的数字技术和移动互联技术,把工厂内的所有装置和设备以及管道等,都安装了数据终端,同时在工厂装置操作或者巡视的员工身上也配套了数据终端,这种数据终端甚至可以随时记录人员的生命体征指标(如心率、呼吸频率等)和行动路线,并把所有信息数字化后,通过移动互联网上传到“云平台”。这种“云平台”可以在中央控制室,也可以在“云平台”上搭建的虚拟工厂。这种物联工厂将成为下一步建立智能工厂的重要基础。
  新一代分布式控制系统(DCS),是一种保留了原来的操作优势,还集成了目前普遍使用的移动互联技术和设备的控制系统。比如,他们集成了目前在手机和平板电脑上被广泛使用的触摸屏技术。之所以开发这一技术,是因为他们发现操作员的年龄日趋年轻化。同时霍尼韦尔还把控制系统复制到移动平板电脑上,可以由现场操作工人随身携带,实时控制(当然这意味着不同的使用权限)。他们希望操作系统更能贴近年轻人,贴近他们的生活,让控制系统更加人性化和生活化。同时,在此技术上还开发了供管理者使用的更加可视化的管理系统,更加适合远程随时观察、处理、沟通和调取现场数据。
  通过先进的控制系统和管理系统,让物联工厂开始为专家团队和决策团队提供更多有效的信息和数据,这些专家和决策者更多的时间并不在工厂现场,甚至也许在地球的另一端。专家和决策者通过他们的经验和决策,调整工厂的生产装置,处理和解决生产运营中的问题。让人与工厂更加深度的融合。以上技术都是未来智能工厂的基础。未来的智能工厂应该是基于这样的物联工厂和控制管理系统的结合,由这些基础体系提供海量的数据,即所谓“大数据”,然后计算机将这些大数据整理归类,提供多种解决方案,最终让专家或者决策者选择“是”或者“否”,要让工厂像人一样学会最基本的思考和辨识。
  我们传统行业要高度重视同大数据、“互联网+”的结合,大数据时代将会对我们熟悉的流水线、标准化、规模化,生产管理、成本管理、安全管理带来一系列深刻的变化。过去、我们把人变成机器,未来,我们会把机器变成人。对大数据、智能化时代的来临,我们无法拒绝,唯一的出路就是融合。我们必须要做好充分的准备,主动学习,主动拥抱,主动探索。大数据、智能化时代,是我们正在进入、需要重新定义,需要重新认识的一个未来新世界。
  碳的循环:跨国公司普遍十分重视人与自然的协调发展和可持续发展。日本三菱化学公司在解决全球气候变暖以及温室气体排放方面有着独特的思考。他们认为目前全球气候变暖,与大量排放的温室气体有密切关系,但是通过减少传统能源使用、控制部分产品产量、设置碳税和推广碳交易、降低生产能耗或减少CO2直接排放等方式,并不能从根本上解决气候变暖问题。正确的方法应该是研究如何让现存的碳循环起来,在不排放多余碳的同时又不会影响人类的正常生产生活。日本三菱化学提出了“碳循环才是解决气候变暖的根本途径”的理念。根据这样一个理念,他们发挥了化学工业的学科优势和工业技术优势,正在研究开发“人造阳光”“人工光合作用”以及“植物工厂”三大技术。他们正在利用他们开发的新一代有机材料的LED白色光源,通过调整配方,让其十分接近太阳光。人工光合作用通过膜技术将水分解为H2和O2,再通过催化剂与CO2反应,生产化学产品和燃料。他们还开发出一种全封闭的“植物工厂”技术。在一个封闭的集装箱式“工厂”内,通过LED光源提供人工阳光,通过模块化播种和种植,可以实现植物的连续收割。植物通过营养液吸收养分,“工厂”通过空气净化系统与外界相通,为植物提供空气。这些植物可以为人们提供全绿色无污染的蔬菜,也可以批量提供植物基工程塑料的原料。这三个过程既可以独立生产产品,又可以相互关联,这样就形成了一个比较完整的“碳循环”过程。
  日本三菱化学公司开发的植物基工程塑料技术,首先是将由淀粉转化为葡萄糖、然后将葡萄糖转化为山梨糖醇,再转化为异山梨醇,最后形成聚合物单体。这种工程塑料不仅具备聚碳酸酯和丙烯酸基合成树脂的一切优点,而且还具备植物基可再生和光弹性系数低的特点,目前已经生产出汽车零部件,铃木和马自达汽车已经开始使用。
  先进的研发设施和平台
  高强度的数据采集手段:陶氏化学和UOP公司(陶氏化学UOP,2005年11月30日被霍尼韦尔收购,现为隶属于霍尼韦尔特性材料和技术集团的全资子公司)的研发中心都拥有高强度的数据采集手段。在陶氏化学的研发中心的高通量实验室,我们看到了科研人员在机器人机械臂的协助下,可以在短时间内完成大量化学实验。由于机器人可以24小时连续工作,同时实验室仪器与设备都是标准化产品,可以完美匹配,大大提高了试验效率和安全系数。一些药剂配制、测量称重、结构分析等操作全部由机器人完成,科研人员集中时间和精力进行技术分析和结果研究。同时,几乎所有的试验设备和仪器都是微通道反应器,体积小、反应速率快、效率高,反应环境和条件十分接近工厂生产的真实情况。UOP公司的催化剂高通量实验室,通过大量的微反应器配合机器人操作,开展配方筛选以及条件变化的高通量试验,研究成果十分丰富。
  高水平的样本分析设备:在陶氏化学,我们参观的流体流变分析实验室,通过高尖端的分析仪器对各种材料进行物理和化学性能测试分析,获得大量实验数据。分析科学实验室成立于1897年,配备了多台价值上百万美元的世界独一无二的顶级设备,如5000万倍电子显微镜(价值250多万美元)、C13核磁共振分析仪,用于分析物质的组成、官能团、分子形态等指标,他们还不断地对试验仪器进行改装和优化。中心负责人介绍,研发中心有专门的机器人部门,与各个实验室沟通合作,共同制作、改装试验机械臂等自动化设备,不断完善试验手段,提高试验效率。
  UOP拥有高水平的表征分析实验室,该实验室主要通过物理或化学方法对物质进行化学性质的分析、测试或鉴定,并阐明物质的化学特性。表征采用很多具体手段,包括各种显微镜、紫外光谱、可见光谱、红外光谱、电子光谱、质谱等;物质表征的特性,包括元素组成(化学成分)、元素的化学环境(成键情况)、材料的晶体结构、材料的表面形态等,都能准确、清晰、完整地表达出来。负责人向我们重点展示了一台高分辨率电子共振扫描电镜,分辨率高达5000万倍,可以用来分析催化剂的各种表征特点,包括有机物的分子量、官能团以及组成结构。目前,该仪器全球仅有十台,向我们展示的这台仪器已经经过UOP自己改装,增加了模拟反应条件单元,可以更加直观地收集反应环境下的试验数据。
  在UOP的分析实验室里,负责人还向我们展示了一台核磁透视扫描电镜。该电镜放大倍率为1000万倍,全部在美国制造生产。通过这台电镜,可以非常清晰地看到催化剂的原子分布,可以用于分析催化剂原子的分布情况以及催化剂中毒或失活后的原因分析。通过对催化剂进行核磁共振分析获得切片影像数据,再通过计算机将数据进行可视化合成,最终看到原子级别的分布影像。
  高效率的配方检测能力:我们知道,在药品、化妆品、涂料、农药等产品领域,每一个产品都拥有独特的配方,这些配方都是通过一次次筛选改进后确定的。我们在陶氏化学的研发中心就看到了这样一个涂料分析实验室,通过机器人机械臂24小时进行配方测试、筛选和比对等工作,试验效率大大提高。我们看了涂抹在金属罐内壁的具有吸收声音和动能的涂料,还有同时具备易粉刷、易剥离的装饰涂料样本。这种高效率的配方筛选检测能力都是建立在机器人以及高效分析仪器基础上的。
  高速度的技术转化能力:在UOP,我们非常难得的看到了中试车间(工程放大实验室),感叹于这家技术公司高超的技术转化能力。这个面积不大的实验室包括了150多套中试装置,全部都是微反应器,反应条件完全是工厂生产的实际条件,如果条件允许,也可以直接进行工业化生产。在这个中试实验室里,研究人员每天可以收集超过10亿组分析数据,为大规模工厂生产做好充分的准备工作。
  高质量的产品生产工艺:我们参观了UOP的膜工艺实验室,这里主要展示了UOP研发的新一代气体分离膜产品及生产技术。新一代气体分离膜主要用于天然气脱H2S和杂质的净化工艺。该膜组件可以进行大规模列装,而且分离效果很好,这种膜理论使用年限是三年,但目前从客户实际使用的年限看基本都在五年以上。负责人还让我们近距离观看了膜的生产工艺,这种膜的颜色像蜂蜜,也像蜂蜜一样黏稠,通过刮刀将膜均匀地涂抹在以涤纶为主的基础材料表面,经过处理后加工成型。


 考察团在陶氏化学公司考察

考察团在陶氏化学公司考察


  美日化企创新发展的启示借鉴
  这次考察,不仅使我们亲眼看到了美国、日本公司创新发展的超前技术成果,看到了中国石油和化工企业创新发展的巨大差距,而且还使我们看到了中国石油和化工企业创新发展的巨大潜力,获得了十分有益的借鉴和启示。
  在日本期间,我同日本经济联合会会长、三菱集团公司前董事长小林喜光有个单独的会面。会面时小林喜光问我在美国的考察收获。当我谈到美国公司面向未来的战略重组时,小林喜光给我讲,美国公司同日本公司的最大区别点是,美国公司重视长远战略、追求未来的优势,但美国公司战略重组的做法在日本是不可能的。日本公司最大的特点是重视现实的产品,追求质量上的精益求精、尽善尽美。小林喜光认为,美国公司重视长远、追求未来,日本公司追求当前,重视产品质量、精益求精、尽善尽美。这是由美国和日本的历史文化决定的。小林喜光谈他的观点时,我在心里想,美国公司重视长远、追求未来,日本公司重视当前,追求质量上的精益求精、尽善尽美,这两个方面都是值得中国企业学习和借鉴的。
  中国是世界上人口最多的国家和世界第二大经济体,庞大的市场需求为创新发展提供了巨大的市场空间,需求导向已经成为中国引进消化吸收再创新和原始创新的一个重大“后发优势”。“中国式创新”的方法、机制和战略正在不断改变、优化和提升。这次考察回来后,我们对如何加快我们全行业的创新步伐,优化我们全行业的创新战略,强化我们全行业的创新重点,也进行深入的比较和思考。
  在“十三五”规划中,我们根据中国石化产业发展的现状基础和世界石化产业发展的未来趋势,提出了大力发展“新能源”“化工新材料”“精细专用化学品”“现代煤化工”和“节能环保”等五大战略性新兴产业的方向和重点。但五大战略性新兴产业绝不能平面推进,平均用力,必须要有重点、有区别、有不同目标要求的精准组织。如何在战略性新兴产业培育上,用最短的时间取得最大的成效,我们必须要在战略上作深入研究,在力量上作合理分配,在目标定位上有明确要求。
  大力发展我国具有独特优势的产业创新技术
  “十二五”期间,我们在煤制油、煤制气、煤制烯烃、煤制乙二醇技术方面取得了一系列的重大突破,并建设了一批重点示范工程。可以说,现代煤化工的发展是我国石油和化学工业“十二五”创新发展的最大亮点之一,中国现代煤化工的发展也受到了国际同行的高度评价和充分肯定。“十三五”期间,我们又在现代煤化工领域提出了升级示范的目标任务,重点希望在先进煤气化技术、终端产品高端化、差异化技术和节能环保技术等几个方面取得示范升级的新突破。在科研院所和重点企业的共同努力下,“十三五”期间我国现代煤化工又取得了一系列新的创新进展,先进煤气化技术、煤炭清洁利用技术、煤油气综合利用技术、合成气制乙醇技术、煤制芳烃技术等等又有新的创新和突破。现代煤化工已经成为中国最具独特优势的产业,有可能成为全世界石油和化学工业C1化学的一个技术创新制高点和亮丽名片。从现在技术发展的突破和未来技术的潜力看,我认为现代煤化工还可以在以下几个方面大有作为。
  一是煤制烯烃的突破,可以走上与石油化工结合的新领域。乙烯、丙烯过去都是石油化工的基础原材料,现在通过煤化工也可以拿到,这样在乙烯、丙烯的基点上,煤化工和石油化工可以完全重合。从跨国公司的技术创新上,我们可以看到PE、PP下游加工可以创造上百种市场终端产品,而目前我们聚乙烯、聚丙烯下游产品很少,只要在技术创新上有所突破,高端、差异化的PE、PP就可以开创一颗枝繁叶茂的产品树。
  二是煤制芳烃的突破,可以进一步拓展煤化工下游产品的新市场。苯是重要的有机化工基础原料,煤制芳烃的突破,不仅可以拿到苯,而且还可以开辟一大批以苯为原料的有机产品,从苯乙烯、聚苯乙烯到己内酰胺,双酚A,甚至到聚碳酸酯等重要产品,又可以培育一颗枝叶茂盛的产品树。
  三是煤制乙二醇的突破,可以探索煤基液态含氧燃料的新路子。乙二醇是市场容量仅次于乙烯、丙烯的大宗基础化工原材料,我国国内市场乙二醇缺口很大,所以不少地方上乙二醇的积极性很高,目前已经建成投产了20多套煤制乙二醇生产装置,总产能大约230万吨。但由于技术的不成熟,不少装置无法长时间稳定运行。特别是下游加工技术和产品品种太少,深加工市场还有待大力开发,日本高化学同日本高校合作,引进日本成熟技术,在新疆天业成功建设了一套20万吨/年的乙二醇装置,目前运行的很好。作为大宗化工产品,产品质量和下游产品开发是市场竞争力的关键。在目前全球原油低价位的情况下,新疆天业合成气制乙二醇仍然表现出高质量和低成本的优势,证明了这套装置技术的先进性。乙二醇可以在煤基液态含氧燃料方面大力开拓市场,在醇醚燃料方面也具有很大的潜在优势。
  四是煤制乙醇的突破,可以开拓新能源和精细化工的新空间。延长石油集团兴平化肥厂利用大连化物所技术,取得了从合成气制乙醇技术的新突破,年产10万吨装置试车取得圆满成功。这一技术的突破,不仅拓展了现代煤化工的产品家族,而且为下游新能源和精细化工产品市场开拓了新空间。不仅发挥了化肥厂现有装置的技术优势,而且还大大提高了企业的经济效益。目前,兴平化肥厂正在抓紧建设50万吨/年规模的工业化装置,乙醇产品市场开拓和下游利用也正在同步进行。该工艺过程的中间产品乙酸甲酯还可以开辟一系列的新产品(可用于树脂、涂料、油墨、油漆、胶粘剂、皮革生产过程所需的有机溶剂、聚氨酯发泡剂等),这个技术突破,有可能开辟一条新能源和精细化工产品的新空间。
  五是C1化学未来技术的新突破,正在酝酿着现代煤化工无限希冀的新明天。C1化学正在改变着原有的概念,下游发展的空间随着技术的突破正在不断拓展,从合成气制合成氨、制甲醇、到合成气制烯烃、芳烃,从煤制气、煤制油到煤制乙醇、乙二醇、多元醇。另外,随着CO2的循环利用技术的突破,C1化学的下游空间还会进一步加大。我们相信,C1化学的未来充满着无限光明的希望。
  努力发展我国具有相对优势的产业创新技术
  在2020年之前,我们想在新能源、化工新材料和专用化学品领域全面赶超的可能性是不大的,但在新能源、化工新材料和专用化学品领域努力开创一批具有相对优势的产业技术,还是完全有可能的。集中有限目标,集中有限力量,在几个特定领域取得领先优势还是大有希望的。
  在新能源领域,我们完全有可能在页岩气、可燃冰和生物质能源方面取得技术突破性进展。
  在化工新材料领域,我们完全有可能在聚氨酯(万华化学)、合成橡胶(青岛软控)、膜材料(山东东岳)、超高分子量聚乙烯(上海化工研究院)、甲醇蛋白和生物基化工新材料(南京工业大学、河南义马化工)等几个方面取得世界领先水平。
  在专用化学品领域,我们完全有可能在农药新产品、染料、涂料新技术、催化剂新技术等方面取得市场竞争的新优势。
  加快发展我国具有后发优势的产业创新技术
  在全球经济一体化的今天,充分发挥后发优势,在部分领域实现弯道超车是完全可以做到的。我认为,我们在节能环保领域和生产性服务业领域实现“后来者居上”的可能性是很有希望的。
  中国的节能环保产业和生产性服务业,首先是市场极大,其次是挑战众多,再次是现状基础很差。这三条既是挑战,更是机遇。只要我们在战略创新和体制创新上取得突破,在核心企业的发展上取得突破,这两大产业一定可以实现大跨度的飞速成长。
  首先,我们分析一下节能环保产业的市场机遇。由于化工行业是一个能耗和排放的大户,而且化工行业具有从分子结构上改变物质性质的本领,环保产业将会成为一个有着巨大发展空间和成长潜力的大产业。
  其次,我们再分析一下生产性服务业的市场空间。生产性服务业是我们行业发展中的一个“短腿”,随着市场经济体制的完善和专业化水平的提高,让专业部门来干专业的要求会越来越迫切。设计施工产业、咨询服务业、现代物流业、信息服务业等现代生产性服务业都会有一个快速的发展,在产业结构中的地位和比重也会越来越重要。
  积极推进创新平台建设,充分发挥协会组织优势
  在考察中我们深刻体会到,我们企业的创新能力同跨国公司相比,至少有10年的差距。但我们只要发挥好行业组织的优势,就可以大大加快企业创新能力的提升和创新差距的缩小。行业创新平台建设就是加快提升创新能力的一个关键措施。“十三五”期间我们不仅要充分组织好行业创新平台的建设,还要大力组织好高校创新成果同行业发展的有效对接。用行业的组织优势,加快提升全行业的技术创新能力和创新发展水平。
  (作者:中国石油和化学工业联合会会长)