中国科学院理化技术研究所组建20周年
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二十年磨一剑——理化所驱油用聚丙烯酰胺的研发之路

发表日期:2019-06-04来源:张云龙 新型功能聚合物组放大 缩小

上个世纪90年代,中国全面深化改革,经济高速增长,对石油的需求量越来越大,国际油价因此也一路飙升,国家层面纷纷立项了很多和石油开采有关的项目。原感光所王尔鑑老师和李妙贞老师带领的507研究组先后参与了国家攀登计划(B)“复合驱强化采油技术中重大基础研究”和973项目“大幅提高石油采收率的技术研究”,重点开展高性能聚丙烯酰胺的聚合机理研究。我于1997年大学毕业后加入了507研究组,有幸参与了部分研究工作。到2002年时,我们组对耐温抗盐型聚丙烯酰胺的聚合机理研究已基本完成,对合成工艺的探索也初步确立。作为油田需求迫切、应用性极强的产品,当时耐温抗盐型聚丙烯酰胺的高端市场几乎完全被法国爱森的3530和日本三菱的MO-4000所占据。我们当时虽然只能在实验室做出公斤级的样品,但性能方面已经远超出上述两款市场主流产品,一旦工业化放量成功,将在高端市场打破国外产品的垄断。因此我们非常迫切地希望能将这一科研成果进行中试放量进而实现产业化,而不是成为锁在抽屉里的一堆资料。但从哪里去寻找资金来支持呢?

就在我们最艰难的时候,中科院启动了知识创新工程,1999年在原感光所、低温中心、北京晶体中心和化学所部分课题组整合的基础上新组建了理化所,与物理所、化学所联合组建了中科院北京物质科学研究基地,陆续有选择的支持了一批基地项目,用于其中试平台的建设以推动相关科技成果产业化。200310月,我们课题组通过激烈的竞争,得到了基地专项资金的支持,投入开展“超高分子量耐温抗盐聚合物”的中试研究。在课题组长吴飞鹏老师的带领下,我们在原感光所后院建立了一个中试车间。由于经费有限,中试车间只配备了两个配料釜,一个聚合釜,自动化程度非常低,每做一釜都需要将上百公斤的原料和几百公斤的蒸馏水人工搬到二层平台。没有胶体挤出设备,我们就通过几个人合力将胶体撬出。没有胶体切割造粒设备,我们找来了木锯,两个人像锯木头一样把胶体锯开,再用剪刀剪成更小的条形,然后用绞肉机造粒,操作非常原始。夏天小车间温度高达40度,冬天车间温度和室外同步,加班经常到后半夜。冬去春来寒暑交替,经过两年的不懈努力,我们逐渐掌握了聚丙烯酰胺的放量生产工艺参数和生产流程,而且中试放大后的产品性能仍然保持实验室小试的水平。为后续产业化的实施迈出了坚实的一步。

“超高分子量耐温抗盐聚合物”中试研究

 

2006年,理化所全部搬迁至中关村园区,我们的中试生产也基本结束。“超高分子量耐温抗盐聚合物”项目又一次站在了是成为锁在抽屉里的资料还是找到厂家实现工业化的十字路口。吴飞鹏老师果断地决定,这是个会给企业和社会带来巨大经济效益和社会效益的项目,必须要克服一切困难完成工业化。在项目执行后期,他无数次地下到油田基层企业,主动送去样品让他们检测,耐心地对他们宣讲我们的技术优势。终于,在2007年我们迎来了第一个合作企业,技术转让合同金额达到了1000万。虽然在技术实施过程中遇到了很多困难,我们组的几位工程师都有长期驻守在企业的经历。在面对每天几十吨、上百吨的连续生产线,在调整一个参数可能就会产生几万、甚至几十万的损失的压力面前,我们深知自己身上的责任。对每一个操作细节、每一个数据,我们都要求自己亲力亲为。每一个小试,不重复几十遍,我们不敢轻易上大釜。每一次失败,都要认真查找原因,总结经验。经过了无数次的挫折与磨合,最终在合作企业顺利地实现了稳定量产。此后,我们不断改进和提高耐温抗盐型聚合物的技术指标,后续又与三家企业签订了相关技术的转让合同。利用我们的技术生产的耐温抗盐型聚丙烯酰胺产品不仅被用于大庆油田、胜利油田、河南油田等国内大型油田的开采,有效的提高了原油的采收率,而且被合作企业远销加拿大、挪威、中东等多个海外市场,产品广受好评。截止目前,合作企业利用我们的技术已生产耐温抗盐型聚丙烯酰胺产品超过20万吨,提高原油采收率超过600万吨,直接和间接经济效益超130亿元。

由于取得了这样一些成绩,我们获得了2011年北京市技术市场金桥奖项目二等奖和2014年中国专利优秀奖。

2016年开始,在赵榆霞老师带领下,经过三年的艰苦奋斗,我们课题组在2018年又实现了新的突破。通过采用新的聚合体系,我们成功地解决了困扰聚丙烯酰胺行业十几年的一个技术难题,用共聚合的生产工艺合成出了超高分子量的耐温抗盐聚丙烯酰胺,并顺利完成了技术转让。目前合作企业用此项技术已经生产产品8000多吨,与后水解工艺相比,向大气中减少氨气排放近300吨。

尽管聚丙烯酰胺的生产在整个高分子领域只是一个很小的分支,但由于其在油气开采、污水处理、造纸、建材等多个行业具有广泛的应用,高端产品的市场仍然具有很大的增长空间。二十多年来,我们课题组一直坚持在这个研究领域,除了耐温抗盐型聚合物,我们还开发了聚丙烯酰胺纳微米驱油剂、乳液型减阻剂等多个系列的产品,并在高端市场逐渐打破国外的垄断。与我们合作的几家国内企业的产品已经完全达到了能与国际同行一争高下、甚至独领风骚的水平。随着国内外能源危机的加剧,如何提高老油田开采技术质量?如何开采非常规油藏?对油田化学品提出了更多的需求和挑战。路漫漫其修远兮,我们仍需奋力前行。
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