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郑大故事:给尼龙装上“中国闸门” ——化学学院刘寿长教授团队三十年攻关绿色催化“卡脖子”难题

发布时间:2026年07月21日 信息来源:党委宣传部

郑大故事:给尼龙装上“中国闸门” ——化学学院刘寿长教授团队三十年攻关绿色催化“卡脖子”难题

耐磨耐穿的锦纶运动服,汽车轮胎里坚韧的帘子布,飞机机舱的内饰材料,乃至手机外壳中那些抗摔耐用的工程塑料——这些日常用品的背后都指向同一种核心材料:尼龙。

尼龙,凭借高强度、耐磨损、轻量化、耐腐蚀等优异性能,成为现代工业体系中不可或缺的基础性战略原料,广泛应用于纺织服装、汽车制造、航空航天等国民经济核心领域。而在完整的尼龙产业链中,尼龙6和尼龙66是应用最广的两大品类,二者的生产链条上,环己醇、环己酮、己二酸这三个核心中间体,都高度依赖同一种基础原料——高纯环己烯。可以说,环己烯就是打通高端尼龙量产链条的关键枢纽原料,其工业化生产技术直接决定着尼龙产业的生产成本与产能自主权,更关乎我国新材料产业链安全的大局。然而,要获得高纯环己烯,谈何容易。

难题:一道让全球化工巨头“刹不住车”的技术天堑

苯、环己烯、环己烷——在化学工程师眼中,这三个分子之间只差几个氢原子的“加减法”。听起来简单,给苯分子加上几个氢原子,让它“停”在环己烯就好。可在真实的催化反应世界里,这却是一道困扰全球化工界半个多世纪的“天堑”。苯加氢制备环己烯的反应过程中,苯分子极易“一脚油门”直接过度加氢生成环己烷;即便幸运地生成了环己烯,它也比苯更容易被继续加氢,瞬间又变回环己烷。想要精准控制反应进程、高选择性地产出环己烯,对催化剂体系的设计、反应工艺的调控、设备控制的精度,要求极致严苛——这是化工领域公认的“世界级难题”。

日本企业耗时十余年攻关,于1989年率先实现工业化,此后长期垄断全球高端环己烯生产技术,技术封锁坚如磐石;德国、美国相继投入大量科研力量,多次尝试工业化落地,均铩羽而归。

而在bat365在线中国登录入口化学学院的一间实验室里,从一台1升小型高压釜起步,刘寿长教授用近三十年时间,硬是给环己烯装上了“精准制动阀”,将这道“卡脖子”难题变为中国拥有国际话语权的“杀手锏”。

阵痛:30亿元买来的生产线,核心命脉却捏在别人手里

1995年,河南省斥资30亿元,从日本公司引进年产6万吨尼龙66盐生产线。彼时,尼龙66是军工、汽车、纺织等领域的战略材料,国内需求旺盛,但生产技术长期依赖进口。

30亿元的大手笔,却难掩“卡脖子”之痛。日方转让了工艺与设备,却将最核心的催化剂制备技术牢牢攥在手中——催化剂必须高价购买,每年定量供应。企业想扩产,要看日方脸色;成本控制,更是无从谈起。一项关键技术受制于人,整套装置的命脉便捏在别人手里,严重制约了我国尼龙行业的发展。

1998年,神马集团董事长、总经理专程赶到bat365在线中国登录入口,找到刚刚从中国科学院博士毕业返校的刘寿长教授,开门见山:“能不能帮我们开发苯制环己烯技术,打破日本垄断?”

面对企业的迫切需求,刘寿长深知此事的分量——如果做不出来,30亿元的生产线生产成本极高;如果做出来了,中国尼龙产业链的命脉就能握在自己手中。他没有犹豫,接下了这副重担。

转向:一场化工路线的“绿色革命”

在刘寿长启动攻关之前,全球生产尼龙原料的主流路线是德国巴斯夫和荷兰DSM公司开发的“苯完全加氢法”——将苯分子用氢气“喂饱”,让它变为环己烷,再通过一系列复杂的氧化、分离、精制步骤,把环己烷“改造”成尼龙原料。这条工艺隐患重重。首先是安全问题。环己烷氧化工序需在高温高压下进行,反应属于自由基链式反应,稍有不慎就会引发爆炸——英国就曾因此发生过重大事故,生产线被迫关停。其次是环保问题。该工艺会产生大量含酸、含碱的废水废气,每生产100公斤产品,至少有20公斤原料变为污染物被排掉,碳原子利用率不足80%,既不经济,更不环保。打个比方,完全加氢法好比先把一块完整的木头劈成碎片,再把碎片重新拼成家具——中间环节多、损耗大,还容易出事。

而刘寿长要攻关的“苯选择加氢法”,则另辟蹊径,让苯分子只加“半饱”的氢,停在环己烯这个中间产物上,再直接水合生成尼龙原料。整套流程在密闭加氢反应器和沉降分离器中完成,本质安全,碳原子利用率达到100%,几乎不产生“三废”,所有原料都转化为产品——这如同直接在木料上雕出所需形状,省时省料,安全清洁。

道理看似简单,可为什么全球化工巨头都做不到?因为让苯分子“半饱”远比“全饱”困难得多。环己烯是苯加氢生成环己烷进程中的中间产物,从分子层面看,苯分子极易“刹不住车”,直接完全加氢生成环己烷;即便生成了目标产物环己烯,它也比苯更容易被继续加氢。这就好比让一辆高速行驶的列车,在指定的毫秒间精准制动——多一秒过头,少一秒不到。让反应恰好停留在中间产物阶段,并实现工业化,在很长一段时间里只是人们的梦想。而刘寿长要做的,就是给这个反应装上一个“精准制动阀”。

攻坚:十年磨一剑,从1升釜到20万吨产线

项目起步就得到了化学学院的支持,学院专门为刘寿长教授购买了一台订制的1升高压釜,给予充足的硕士培养指标。刘寿长教授带着研究生一头扎进实验室,开始了文献、实验、失败、再实验的循环。没有周末,没有节假日,甚至大年初一都在实验室度过。

“前期大量研读国内外文献,特别是复旦大学邓景发院士的非晶态催化路线,指导我们从零开始。”刘寿长回忆。

中试环节同样艰苦。2010年前后,团队在山东淄博开展中试,整整两年间,实验室小试数据在工业装置上多次不达预期。有一次,外地合作厂区装置指标突然异常,刘寿长团队深夜12点赶往厂区,又从厂区赶回学校实验室拆解样品、复盘数据,凌晨三点锁定问题症结,来不及休整,凌晨五点再度启程奔赴厂区现场调试。车辆遭遇追尾剐蹭,简单处理后,团队第二天准时到岗进厂调试。

十年磨一剑。历经十余年小试、中试和产业化研究,团队终于在2012年实现全面技术突破。2012年9月,苯制环己烯催化技术成功工业化,我国第一套20万吨/年环己烯法生产己内酰胺装置正式投产。主要技术指标苯转化率40%、环己烯选择性80%以上(即第一代“40/80”催化技术),催化剂性能指标达到日本旭化成水平。

自此,中国成为世界上第二个实现苯制环己烯技术工业化并拥有完全自主知识产权的国家。

蝶变:从纯进口国到全球最大出口国

如今,依托这项技术,全国共建成苯制环己烯装置40余套,国内新增市场100%采用bat365在线中国登录入口技术,环己烯法已成为新建尼龙项目的标配。在国内尼龙产业升级浪潮中,环己烯路线占比已超90%,正在全面替代安全隐患大、“三废”排放高的传统环己烷氧化工艺。重庆华峰化工便是最好的例证——依托这套技术,这家企业一举成长为全球最大己二酸生产基地,产品不仅满足国内需求,更远销海外。

受益的不只是化工企业。我国是全球最大的锦纶纺织品和汽车轮胎帘子布生产国,鞋服面料、轮胎帘子布的核心原料正是锦纶材料,而环己烯正是生产锦纶不可或缺的关键中间体。目前,国内超六成锦纶纺织、汽车轮胎帘子布产能的上游原料,都来自这条绿色工艺路线。可以说,从人们身上穿的锦纶衣物,到汽车轮胎里的增强帘布,这些关乎日常出行的产品,其原料命脉已稳稳掌握在中国人自己手中。

更大的变化发生在全球市场。凭借这套完全自主知识产权的技术,我国从己内酰胺纯进口国一跃成为全球最大出口国,角色彻底逆转。德国企业因无法在成本和技术上与中国竞争,不得不关停本土两套配套装置。放眼全球,环己烯法已成为新一代尼龙绿色制造的标杆技术,正在快速抢占高端锦纶市场份额,为中国新材料产业赢得越来越大的国际话语权。该成果获得多项奖励,2014年获河南省科技进步奖一等奖,2015年获中国石油和化学工业联合会技术发明奖一等奖,2016年、2020年分别获中国专利优秀奖,2024年斩获河南省技术发明奖一等奖。2024年9月,以主体赛先进制造业赛道第一名的成绩获第六届“中国创翼”创业大赛一等奖。2025年10月,获中国国际大学生创新创业大赛产业赛道金奖。团队在催化剂、反应工艺、工程化及工业化成套技术等方面取得了一系列原创性成果,共授权国家发明专利18件,7项成果通过省部级鉴定。

2020年,由新华社发起并主办的“中国网事·感动2020”年度10位网络人物颁奖典礼在京举行,刘寿长荣获“感动2020年度人物”称号。

他在接受采访时表示:“科研无止境。要始终坚持踏踏实实工作、认认真真做人,将个人命运与国家命运紧密相连。只要还能干得动,就要拼命学习、拼命工作,对得起自己的一生,也为国家发展尽微薄之力。”

这句话正是刘寿长教授持续近三十年的技术突围最朴素、最有力的注脚。从30亿元生产线受制于人的“命门之痛”,到全球最大出口国的技术自信,刘寿长教授用实验室的灯光和工厂里的汗水,为中国的尼龙产业链装上了属于自己的“中国闸门”。(李艳丽/文)

刘寿长指导学生实验

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