三、这是一条领先世界的出路
1962年1月10日上午,周望岳的丁烯氧化脱氢制丁二烯开题报告在兰州化物研究所会议室举行。参加会议的学术委员会成员有研究所申松昌所长、张明南主任、陈绍礼主任、俞惟乐主任、于永忠主任、金道森主任、付六乔主任、兰州大学化学系主任、兰化公司总经理,列席的有丁烷催化剂脱氢课题主要科研成员,会议由尹元根主任主持。
七天前,尹元根和周望岳谈到合成丁二烯的路线分析,尹元根要求周望岳能够找出一条新的丁二烯合成路线,能在我国目前所具备的工业化条件下,快速生产丁二烯,以满足顺丁橡胶和丁苯橡胶生产的需要。周望岳大胆设想,并开展热力学的计算工作,尹元根感到周望岳的设想很有创意,也有科学依据,要求周望岳整理成文,做开题报告,交研究所学术委员会讨论。
申松昌说:“今天的会议,主要是要学术委员会及到场的同志审议尹之水和周望岳同志的开题报告,周望岳提交给学术委员会一份丁烯氧化脱氢制丁二烯的开题报告,现在请尹元根上台介绍。”
尹元根走上台说:“研制丁二烯合成橡胶单体的合成路线,几个课题组以正丁烷催化氢合成丁二烯,考虑到这条合成路线的工业化流程,我国现在的工业水平很难满足,为此,周望岳经过数日研究,提出丁烯氧化脱氢制丁二烯的新途径。今天,我们请周望岳同志向学术委员会汇报他的设想,请求审议他的开题报告。”
周望岳走上台,他在做丁烯氧化脱氢制丁二烯的开题报告中,从我国对合成橡胶急需的情况、目前研究合成丁二烯的进度、工业化前途和存在的不可克服的困难谈起,介绍正丁烷正丁烯催化脱氢和正丁烯加氢脱氢及乙烯加氢双聚脱氢的热力学计算比较,丁烯氧化脱氢设想的理论依据及类似反应的借鉴等。
众人对周望岳的论述纷纷点头。
张明南问:“望岳同志,你准备怎样研制丁烯氧化脱氢制丁二烯?”
周望岳回答:“我想根据热力学原理进行实验。”
陈绍礼说:“请你给我们谈谈。”
周望岳说:“丁烷脱氢和丁烯脱氢制丁二烯,在热力学上都是有利于左移反应,而不利于右移反应。也就是说,加氢容易脱氢难,但生产丁二烯需要脱氢产品,而且要脱两个氢。虽然在热力学上都是有利于左移反应,而不利于右移反应,但我想反其道而行之,把反应往右移。”
周望岳继续论述,如果把反应往右移,就必须改变高温压力,而要改变高温压力,只有采取抽真空的办法才能实现。
当周望岳提出反应往右移,改变高温压力,采取抽真空的办法时,学术委员们和专家们有些担心。
俞惟乐说:“这个办法反其道而行之,把反应往右移会有些难度,怕走不通。”
于永忠说:“这样做,还只是个从理论上推测可行的办法,就我国目前的基础工业水平,根本达不到。”
金道森说:“因热力学上的限制,生产水平也不可能很高。”
周望岳说:“我也想过这些,但我还是想从热力学方面做出根本改变。这些日子我一直在研究,结果是,只有这样才能找到出路。”
大家频频点头,一致认为:这是一条很好的出路。
付六乔意味深长地说:“望岳提出的这条出路,可是一条前所未有、领先世界的出路啊!”
当付六乔提出这是一条前所未有、领先世界的出路时,大家都认为这同时也是一条很难达到的领先国际水平的出路。
周望岳沉思了一会,继续说:“氢加氧成水是很容易的右移反应,而且是放热反应,常温下就能进行,当然要借助于催化剂,不然就是耗去一万年,两者也不会结合成水。”
张明南提出:“为什么不可以用氧去脱丁烷或丁烯分子上的两个氢原子呢?这不就能使它们在热力学上右移且变吸热反应为放热反应吗?”
周望岳分析道:“我们必须打破化学反应上的固有平衡和现有模式。丁烷、丁烯用氧去脱氢生成水,丁烯脱去两个氢原子就生成我们所需的产物——丁二烯。”
于永忠分析道:“但丁烯在有氧存在的情况下,更有利的是丁烯燃烧成二氧化碳和水,而且还有爆炸的危险,这条路可能有些危险。”
周望岳说:“由于催化剂对水和空气十分敏感,需要对单体和溶剂进行严格的纯制,各种催化剂组分也要自己制备和合成,稍有不慎,就会发生燃烧和爆炸的危险。我们可以采取空气与丁烯在爆炸安全范围之内的比例。”
当周望岳再一次提到“爆炸安全范围之内的比例”时,有人从口袋里掏出纸和笔,在桌上进行验算。
周望岳说:“用催化剂去控制,让主要反应为氧化脱氢而不是深度氧化(燃烧)。所谓氧化脱氢,也称选择氧化,就是选择我要的反应,而遏制非我所要的深度氧化反应。”
委员们又纷纷点头。
一位委员略有所思地说:“假如一个是将正丁烯传统的催化脱氢,改为正丁烯催化氧化脱氢来制丁二烯,想法如前所述。假如用两个乙烯催化氧化双聚脱氢制丁二烯,这个思路来自苏联帮我国建设的粮食酒精列别捷夫法制丁二烯,原料是乙醇(酒精),乙醇脱水就是乙烯,两个乙醇脱水脱氢双聚就成丁二烯,但那得看能否找到一种催化剂,直接用两个乙烯经双聚成正丁烯,再进一步氧化脱氢可得丁二烯。最后获得成功的是正丁烯氧化脱氢制丁二烯,从设想到工业化,研究过程要走很长很长的路,不啻过五关斩六将,充满着无数艰辛。”
另一位学术委员把笔搁到一边,说:“我认为实施这个新反应是可能的,不会发生爆炸,也可有效移走反应生成热。”
周望岳说:“关键是如何找出制作一种理想的高效催化剂的方法。”
大家一致认为,这个是关键。如果催化剂质量不好,将直接关系到丁二烯的生产水平。
申松昌问:“你们想过怎样研制出一种理想的高效催化剂?”周望岳拿出一个笔记本,上面写着密密麻麻的分子式,他看了看,又把笔记本往旁边一放,接着说:“要使丁烯氧化脱氢制丁二烯的设想变成现实,必须解决三个问题:第一个问题,正丁烯气体中加入氧,会不会形成爆炸气体?第二个问题,正丁烯在氧化脱氢反应进行时为放热反应,尤其是当生成物不是丁二烯和水,而是二氧化碳或一氧化碳和水时,反应热陡增10至20倍,如何移走这些反应生成热?第三个问题,如何研究、开发丁烯氧化脱氢制丁二烯选择氧化的催化剂?”
周望岳接着论述,由于此类催化剂要求具备相当高的活性,并必须具备高选择性的性能,这就要求催化剂必须能够快速吸附正丁烯,快速进行氧化脱氢反应,快速使催化剂上生成的丁二烯脱附离开催化剂表面,使它不会进一步氧化生成二氧化碳或一氧化碳。
申松昌点着头,学术委员、其他专家和科技人员也纷纷点头赞许。
周望岳看到自己的开题报告得到领导、学术委员、其他专家和科技人员的认可,紧张的心情才得以放松,他对自己未来的研究充满了信心。
会议开到最后,申松昌说:“周望岳这个开题报告,给我们提出了制造顺丁橡胶的第一步,也是关键性的一步。加快顺丁橡胶研究,这是我们研究所当前的首要任务,也是我们研究所的核心项目。当务之急,就是研究所要尽快把顺丁橡胶科研小组建立起来。”