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圓夢吸附分離技術產業化
——訪中國催化成就獎獲得者謝有暢教授

2022-04-21 11:07:00

  中國冶金報 中國鋼鐵新聞網

  本報記者 王慶 通訊員 蘭娜

   

  “變壓吸附空氣分離制氧技術裝備,其主要特點是能耗低、設備簡單可靠、建設周期短、開停機快、自動化程度高、可實現無人化管理。”這是《中國冶金報》記者2003年夏天采訪國內該項技術工藝的主要發明者和發明專利獲得者——北京大學謝有暢教授時,他言簡意賅地介紹該技術裝備的開場白。據時任北京北大先鋒科技有限公司總經理張佳平介紹,由該公司研發成功并采用該技術負責承建的西林鋼鐵集團 阿城鋼鐵有限公司 3000m3 /hVPSA 制氧工程項目,已于2003年7月17日正式通過驗收并交付使用。記者關注到——從那以后,變壓吸附空分制氧技術裝備在作為耗氧大戶的鋼鐵企業,得到了更多的應用。 

  歲月如歌,初心不變。約20年后的今天,謝有暢教授獲得中國催化成就獎的消息,再次引起了記者的關注—— 

  2021年10月16日,第二十屆全國催化會議在武漢盛大開幕,北京大學化學院謝有暢教授榮獲中國催化成就獎。催化成就獎是中國化學會催化委員會頒發的最高學術獎勵,以中國催化科學的先驅者——張大煜冠名,授予在催化科學和技 術研究中取得原始創新性或創造性成果、對我國催化科學的發展或對催化領域重大應用方面做出突出貢獻的催化科學工作者,在國內外催化界有較大的影響和較高的認可。

  沉浸催化領域,發現自發單層分散現象 

  謝有暢1957年從北大化學系研究生畢業后留校任教,長期致力于物理化學、結構化學和固體表面化學的教學,以及催化劑、吸附劑和納米材料等的基礎研究和技術開發工作。1973年,他與唐有祺教授在北京化工研究院合作研究聚乙烯 高效催化劑及氧氯化催化劑的過程中,發現活性組分在載體表面存在單層分散現象,且在活性組分達到單層分散閾值時 催化活性達到最大值。1979年7月,相關論文《聚乙烯高效催 化劑的結構和機理研究》在《中國科學》上發表。1990年,他與唐有祺應邀在“Advances in Catalysis”發表自發單層分散總 結性論文,單篇被引用800多次,是該年我國被引用最多的一篇科學論文。該基礎研究成果獲 1986 年國家教委科技進步 獎一等獎,在中國表面化學和催化領域產生了重要影響。經過三十多年的探索與發展,自發單層分散現在已成為催化材料制備普遍應用的理論,利用自發單層分散原理形成的技術,已經應用到催化和吸附的多個領域。 

  在幾十年的工作中,謝有暢對如何平衡好科研、教學和工 業應用研究三個方面的關系,總結出了扎實可行的經驗。他認為:“在教學中能打下扎實的理論基礎,在基礎研究中能快 速抓住問題的本質,而且在基礎研究中發現有重大應用機會 時,可進一步做出工業應用成果。”對謝有暢來說,教學、科研和工業應用三者非但不矛盾,反而是相輔相成、相得益彰的,這也促成了他在科技創新之路上的諸多發現和成就。

  研制高效吸附劑,致力于實現產業化夢想 

  自發單層分散原理除了用于催化劑研究,在材料科學有關領域也可應用。在該原理發現后不久,謝有暢便想到將其用于一氧化碳吸附劑研制。 

  根據一氧化碳可與一價銅生成絡合物這一原理,謝有暢推測,如果將一價銅的化合物單層分散到有大比表面的載體上,就有可能制得對一氧化碳有高吸附量和高選擇性的吸附 劑。經過大量實驗,謝有暢團隊用 CuCl分散在分子篩內表 面,制得了一氧化碳高效吸附劑,其性能居國際領先水平,曾獲中國、美國和加拿大專利。采用該吸附劑的吸附分離一氧 化碳技術于2005年獲得教育部科學技術獎發明獎一等獎,入選2005年度高等學校十大科技進展,2006年獲國家技術發明 獎二等獎。

  一氧化碳高效吸附劑的開發成功,曾經吸引了國外公司的目光,但與國外公司的合作并不順利。由于供貨條件談判 拖延了近 10 個月,外方研制出了自己的吸附劑,中斷了與謝有暢團隊的合作,謝有暢科研組為此背上了上百萬元債務。巨額的債務,并沒有止住謝有暢推動吸附劑產業化的腳步,而是集中力量將一氧化碳吸附劑推向國內應用,以設計建造成套一氧化碳分離設備的思路切入國內市場。 

  1999年底,北大資源集團和北京大學科技開發部合作成立北京北大先鋒科技有限公司,給謝有暢團隊投資1000萬元,進行吸附劑及成套分離設備的研制和工業開發。謝有暢團 隊開始建設吸附劑生產廠,通過不斷摸索,他們確定了合理 的生產流程和設備選型,發明了高效離子交換工藝,設計出有特色的焙燒爐,實現了大規模生產,吸附劑質量達國際先 進水平。

  與此同時,謝有暢還帶領團隊研制出高效空氣分離制氧吸附劑,開發成功高效變壓吸附制氧技術,已在國內外建設了將近300套大中型制氧裝置,其中單一用戶的制氧設備最大規模已達到87500m3/h,這也是我國正在運行的最大規模 變壓吸附制氧裝置群。據最新數據統計,該項技術經北大先鋒推廣應用,2021年訂單金額已超過13億元。這一成果在我國乃至世界范圍的變壓吸附制氧領域也屬前所未有,為鋼 鐵、有色等富氧熔煉和助燃提供了經濟可靠的氧氣來源,創造間接經濟效益數百億元。

  中國化學會催化委員會主任、中國科學院院士李燦在談及謝有暢教授的科研成果時,給予了極高贊譽:“變壓吸附分離一氧化碳技術、空分制氧技術是北大化學院科研成果產業 化應用最成功的項目之一,也是二十世紀八九十年代中國催化界從基礎研究走向規模化工業應用不多見的例子之一,這是一個把論文寫在大地上的典型例子。” 

  如今已近九十高齡的謝有暢教授仍然精神矍鑠,多次應 邀參加各種交流活動,激勵青年學子潛心學術,勇于創新,為我國的科技發展積極貢獻力量。 

  

  

來源:中國冶金報-中國鋼鐵新聞網

編輯:溫曉霞

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