方向晨：國之大者 “碳”尋科研路

方向晨

國家卓越工程師

中國化工學(xué)會黨委書記、副理事長兼秘書長

中石化大連（撫順）石油化工研究院原院長

2024年1月19日，在人民大會堂召開的“國家工程師獎”表彰大會上，中國石化方向晨被授予“國家卓越工程師”稱號。這是我國首次開展“國家工程師獎”表彰，是我國工程技術(shù)領(lǐng)域的最高榮譽，共評選出81名個人被授予“國家卓越工程師”稱號。

作為中國石化大連石油化工研究院原院長、獲得首批“國家卓越工程師”稱號的方向晨，近40年來，始終潛心于關(guān)于石油煉制技術(shù)的研究，積淀了深厚的理論和技術(shù)功底，主持開發(fā)了十幾項具有引領(lǐng)性意義的煉油加氫新技術(shù)，并使其得到廣泛應(yīng)用，為我國加氫技術(shù)跨入國際領(lǐng)先行列，從跟跑、并跑到領(lǐng)跑作出了重要貢獻。

厚積薄發(fā)" 坐熱“冷板凳”

1982年，剛剛大學(xué)畢業(yè)的方向晨被分配到大連（撫順）石油化工研究院，首先擺在面前的是選擇什么研究方向。當時，催化劑和加工工藝開發(fā)都是熱門選擇，但方向晨相信，“反應(yīng)動力學(xué)是它們的基礎(chǔ)知識支撐，只有先把反應(yīng)過程的基礎(chǔ)知識掌握了、弄明白，才能從跟隨別人變成慢慢趕上和超越別人”。方向晨毅然選擇了“冷門”的加氫反應(yīng)動力學(xué)研究，一方面，它是脫除原油雜質(zhì)和生產(chǎn)清潔油品的必需技術(shù)；另一方面，也是煉油和化工結(jié)合在一起的重要手段。當時我國煉油工藝還有許多空白，方向晨暗下決心，“有朝一日一定要將這些空白補齊”。

1988年，方向晨被派往英國威爾士的天鵝海大學(xué)進修，回國不久就承擔起人生中第一個重要科研任務(wù)——中國石化重點科技攻關(guān)項目“緩和加氫裂化動力學(xué)實用數(shù)學(xué)模型”。

“熬過”計算和實驗的循環(huán)往復(fù)，“挺過”夜以繼日的大量研究，他帶領(lǐng)團隊成功建立起反應(yīng)動力學(xué)模型，該模型不僅能夠精準測算不同原料和條件下的加氫反應(yīng)結(jié)果，而且可以指導(dǎo)工藝試驗和催化劑開發(fā)。這個項目榮獲1994年度中國石化科技進步獎二等獎。“我很感謝當初選擇反應(yīng)動力學(xué)作為職業(yè)生涯的第一步，‘地基’先打扎實了，一輩子都在收獲。”盡管這不是方向晨拿過的最高榮譽，卻是他最驕傲的科研成果之一，正是該模型為日后煉油加氫系列技術(shù)研發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)，對國內(nèi)加氫裂化技術(shù)追趕國際先進水平作出重要貢獻。

敢于擔當" 開辟新工藝

20世紀90年代，隨著我國加快改革開放進程，石油作為“國民經(jīng)濟發(fā)展的血液”，消費量快速增長，國內(nèi)石油產(chǎn)能已不足以滿足發(fā)展需求，我國開始大量進口原油。然而，進口原油中含硫劣質(zhì)原油比例較高，如何對含硫原油進行加工工藝的改進及提升成為煉油科技攻關(guān)的堡壘，亟須全力打造。

“當時全國僅有7套適應(yīng)含硫原油加工的加氫裂化裝置，遠遠不能滿足加工需求。新建裝置肯定來不及了，我們只能選擇改造。”方向晨主動請纓，運用動力學(xué)模型等基礎(chǔ)工具，通過中試實驗驗證11種不同的可行技術(shù)方案，帶領(lǐng)科研團隊對7套裝置進行脫瓶頸擴能改造，使裝置的總加工能力近乎翻倍。其中，鎮(zhèn)海煉化的加氫裂化裝置加工處理能力從80萬噸/年增至220萬噸/年，所耗資金卻僅相當于新建裝置的五分之一。

然而，擴能只是緩兵之計。想要真正解決原油加工能力不足的問題，還得實現(xiàn)從催化劑到工藝的全面革新。通過不同方案的比較論證，結(jié)合中國煉油企業(yè)現(xiàn)有加工流程和資產(chǎn)現(xiàn)狀，方向晨主持開發(fā)出劣質(zhì)蠟油加氫處理部分轉(zhuǎn)化技術(shù)。

2002年8月，國內(nèi)首套180萬噸/年含硫蠟油加氫脫硫裝置在鎮(zhèn)海煉化開車一次成功。此后又有14套裝置相繼在祖國大地上建成，總加工能力達到2410萬噸/年，成功開辟含硫原油加工新路線。

2003年，我國石油進口依存度持續(xù)上升。為了將每一滴原油都發(fā)揮到最大效用，剛擔任撫順石油化工研究院（現(xiàn)大連撫順石油化工研究院前身）院長的方向晨，決心攻關(guān)重質(zhì)劣質(zhì)渣油轉(zhuǎn)化深加工路線的難題。

渣油工藝處理技術(shù)曾一度被少數(shù)幾個國家所掌握。為了改變這種受制他人的局面，方向晨帶領(lǐng)團隊經(jīng)過20年的潛心研究和探索，最終成功研發(fā)出了適宜的技術(shù)反應(yīng)器和催化劑。這項渣油沸騰床加氫技術(shù)被團隊命名為“STRONG”，為我國重質(zhì)劣質(zhì)渣油加工闖出新路徑。

至此，方向晨和團隊實現(xiàn)了從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的跨越，完成了我國煉油行業(yè)在世界自主創(chuàng)新技術(shù)的拼圖。

堅持創(chuàng)新" "跨步綠色路

進入 21 世紀，綠色環(huán)保理念愈發(fā)深入人心。大量機動車在全國的大街小巷中穿梭，破解汽柴油產(chǎn)品質(zhì)量升級的技術(shù)瓶頸，成了石化行業(yè)科技攻關(guān)的重點。

2000年，方向晨承擔了國家科技攻關(guān)項目“劣質(zhì)柴油加氫改質(zhì)技術(shù)（MCI）”，創(chuàng)新性地提出將稠環(huán)芳烴的反應(yīng)控制為“開環(huán)而不斷鏈”，解決尾氣黑煙問題。“當初研究動力學(xué)模型時，我們曾做過各種邊界條件試驗，多年后在攻關(guān)清潔柴油時派上了用場。這項技術(shù)能夠在能耗、物耗低，不影響柴油產(chǎn)量的前提下，改善柴油成分組成。”方向晨說。 MCI技術(shù)屬于世界首創(chuàng)，相繼在國內(nèi)近30套裝置落地投用，有效解決柴油車污染的問題，并榮獲2001年度國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。這也是方向晨首次獲得該獎項。

關(guān)于柴油產(chǎn)品質(zhì)量升級的研究從未停歇。十幾年間，世界各國出臺的燃油規(guī)定和排放標準愈加嚴格，要求柴油中含硫量不大于10微克/升。“即便時代的考題再難，我們也必須交出滿意答卷”，方向晨說。

超低硫柴油生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)，無疑給方向晨帶來新的挑戰(zhàn)。彼時，國外相關(guān)技術(shù)存在氫耗高、成本高、催化劑周期短等諸多問題。方向晨團隊試遍了他們了解的所有硫化物反應(yīng)途徑，針對部分硫原子難以和催化劑接觸反應(yīng)的情況，找到有效的辦法并成功破解了這一難題。大連（撫順）石油化工研究院開發(fā)出柴油超深度加氫脫硫集成創(chuàng)新技術(shù)。這項技術(shù)一經(jīng)問世，就憑借成本低、效果好的優(yōu)勢被國外多家知名公司評為頂級水平。方向晨和他的團隊也因此在2013年再次獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

社會日新月異的變化讓方向晨敏銳地意識到，石油煉制行業(yè)在轉(zhuǎn)型過程中，若要實現(xiàn)“油轉(zhuǎn)化”轉(zhuǎn)型升級，加氫裂化裝置依舊是關(guān)鍵。方向晨帶領(lǐng)團隊再次克難攻堅，從催化材料的選擇性吸附和選擇性轉(zhuǎn)化之間的微妙關(guān)系中精確找到突破口，提出烴類分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)向轉(zhuǎn)化的創(chuàng)新理念，破解了石腦油和加氫尾油產(chǎn)率和質(zhì)量不能兼顧的難題，開發(fā)出反應(yīng)器分區(qū)強化、漸次反應(yīng)等創(chuàng)新工藝技術(shù)。2017年，第三個國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎被方向晨和團隊收入囊中。

長期堅守在企業(yè)創(chuàng)新的第一線，方向晨卻不覺得辛苦。得益于扎實的動力學(xué)基礎(chǔ)，后續(xù)一系列科研成果的涌現(xiàn)可謂厚積薄發(fā)。他風趣地比喻：“所有研究的基礎(chǔ)都是相貫通的，就好比一袋米裝進不同的碗里，可以做成稀飯、白飯，或是醪糟，全憑不同情況來改變。”

在煉油加氫系列技術(shù)基本成熟后，為進一步實現(xiàn)石化產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展，方向晨把目光放在能耗和物耗上。對于氫氣循環(huán)系統(tǒng)能耗高的痛點，方向晨大膽提出將氫氣溶解在油中，借助液體油完成加氫循環(huán)。面對業(yè)界對這一技術(shù)路線的質(zhì)疑，方向晨潛心鉆研基礎(chǔ)知識，開發(fā)出液相循環(huán)加氫技術(shù)，2012年開始進行大型化工業(yè)裝置運用。與同規(guī)模傳統(tǒng)裝置相比，采用該技術(shù)的柴油工業(yè)裝置總投資降低20%、能耗降低54%。

截至目前，該技術(shù)已拓展至柴油加氫、航煤加氫、重整生成油選擇性加氫、離子液體烷基化加氫領(lǐng)域，并已應(yīng)用于40余套工業(yè)生產(chǎn)裝置。一系列低能耗、低成本的技術(shù)之花開在煉油企業(yè)，為我國清潔油品質(zhì)量升級提供了堅實的技術(shù)保障。

回望四十二年的風雨兼程，憑借矢志不渝的執(zhí)著和勤耕不輟的積淀，從普通員工成長為工程專家，再到“國家卓越工程師”，方向晨始終瞄準國際前沿，帶領(lǐng)團隊開辟出一條可持續(xù)發(fā)展的科研航路。