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从国家科技奖励项目看石油石化行业科技发展历程
2020-07-28
 

王丽娟,陈蓓艳,刘灵丽,曹建军,林韩韩

  国家科技奖励项目的后续发展情况及对国家科技进步的贡献一直备受社会和学术界的关注。已有研究对部分行业的成果进行了跟踪,关注国家科技奖励成果本身的转化与应用、经济效益贡献情况。鲜有从行业科技创新演进历程的角度整体考虑,纵向剖析不同科技成果相互之间的联系,以及这种联系对推动行业科技进步作用的研究,而这恰恰是国家科技奖励最重要的功能之一,是连接国家重大需求、国家科技发展计划和行业科技发展不可替代的一环。本文将以国民经济支柱产业之一的石油石化行业的获奖项目为代表,总结和提炼石油石化行业科技创新的发展历程、趋势和特点,揭示石油石化行业科技创新与国家科技成果之间的内在联系,探讨加强内在联系所需要创造的外部条件,为进一步完善国家科技奖励制度、行业科技规划编制提供参考。

  一、石油石化行业获奖项目总体情况

  石油石化行业涵盖了油气(包括石油勘探开发、天然气勘探开发)和石化(包括石油炼制、石油化工、现代煤化工)领域。1985-2018年,石油石化行业共囊获了国家技术发明奖115项,科技进步奖542项。其中,2000年以来共获得国家科技进步特等奖、一等奖和技术发明一等奖36项,约占全国同类奖项总数的七分之一。

图1石油石化行业获国家科技奖励项目的分布情况

  从获奖项目的数量分布(图1)来看,石油石化行业长期以创新为先导,不断开展科研工作,在每五年均有70~160项的科技成果获得国家级奖励,并且以科技进步奖为主。正是这些成果极大地支持了行业的快速发展,2018年我国原油产量位居世界第八,天然气产量位居世界第六,炼油产能位居世界第二,乙烯能力位居世界第二,芳烃产能位居世界第一,为国民经济快速发展提供了能源保障和材料基础。从奖励类别来看,近年来科技进步奖比例有所下降,技术发明奖比例略有上升,体现了石油石化行业科研活动由“面向经济建设、产业化”向“自主创新,引领未来”逐步转变的趋势,引领行业由“大”向“强”发展。从高等级奖励(一等奖及以上)占比来看,呈现了缓慢攀升趋势,表明科技成果质量不断提升,支撑石油石化行业向更高质量发展。从行业内部趋势来看,由于石化覆盖品种多、技术面广,流程多样,总体上石化领域数量多于油气领域。

  二从获奖项目看石油石化行业科技演进的历程

  国家科技奖励项目,均为石油石化行业的重大科研成果。不同阶段获奖项目的变化既反映了行业科技创新的历程,也反映国家对行业发展的迫切需求。

  (一)石油勘探开发领域的科技演进趋势

  石油是工业的血液。改革开放以来,随着国民经济的快速发展,石油需求快速增长,而我国资源条件差,老油区产量呈下滑趋势。为了最大满足国内石油的需求,亟需开展稳产和增产石油技术攻关。图2展示了不同时期我国石油勘探开发领域获得的高等级项目和我国原油产量情况。从主要获奖项目分布来看,石油勘探开发领域科技创新主要经历了稳定东部、发展西部、开拓海洋三个层面的发展历程。

  80年代,主要围绕东部地区稳产石油技术攻关,以渤海湾盆地复式油气聚集(区)带勘探理论及实践(1985年科技进步特等奖)、大庆油田高含水后期4000万吨以上持续稳产高效勘探开发技术(2010年科技进步特等奖)等为代表的科研成果,保证了胜利、大庆等油田的稳产,推动全国石油产量扭降为升,东部油区在1988年达到1.22亿吨峰值情况下,到2015年仍保持近9600万吨,年均仅下降0.9%。

  90年代后期开始,围绕西部地区和海洋地区增产石油的科技活动更加密集活跃,以塔里木盆地高压凝析气田开发技术研究及应用(2005年科技进步一等奖)、超深井超稠油高效化学降粘技术(2014年科技进步一等奖)、5000万吨级特低渗透-致密油气田勘探开发与重大理论技术创新(2015年科技进步一等奖)为代表的科研成果,使我国塔河油田、长庆油气田等超稠、超低渗资源得到动用,推动西部石油产量于2014年超过7000万吨,成为东部地区第一接替阵地。渤海海域复杂油气田勘探开发(2001、2006和2007年科技进步二等奖)以及超深水半潜式钻井平台(2014年科技进步特等奖)等成果的突破,实现了我国海洋石油从浅水挺进深水的历史性跨越。尤其是超深水半潜式钻井平台的成功,为建成“深水大庆”提供了深水重大装备的支撑和保障,是我国“海洋强国”之路上的里程碑。

  30多年来,获奖项目反映了我国的石油勘探开发科研领域和地域不断拓展,从东部发展到西部、从陆地扩展到海洋,从构造油藏扩展到隐蔽油藏、复杂油藏,从浅层延伸到深层、超深层,从浅海发展到深海、超深海,从常规油藏拓展到非常规油藏的科技演进历程,使我国石油产量在2000-2018年一直维持2亿吨左右,保障了国内能源稳定供应。

图2国家科技奖励项目与我国石油产量增长的联系

石油数据来源:国土资源部、中国石油

  (二)石油炼制领域的科技演进趋势

  石油炼制过程是将原油加工成交通运输和其他行业需要的燃料和原料的必由之路。石油炼制过程由加工不同馏分的单元装置构成。面临国外技术封锁和高昂的技术使用费,我国针对各类炼油装置开展了催化剂、工艺及集成技术的攻关,图3给出了不同时期部分获奖项目。

  以工艺技术为例,兰州炼油厂50万吨/年同轴式提升管催化裂化装置(1985年科技进步一等奖)、多产异构烷烃的催化裂化工艺工业应用(2004年科技进步二等奖)等数十项成果,使我国在各类炼油技术上拥有了自主知识产权。单系列大型化炼油技术集成开发与工业应用(2010年科技进步二等奖)推动我国实现了从单项技术向千万吨级炼油成套技术的演变。我国炼油能力也不断提高,2018年达到了8.4亿吨/年。

  21世纪起,为了改善大气质量,我国发展了清洁油品生产技术,用十余年时间走完了西方国家二三十年的油品质量升级路。生产满足欧III标准汽油组分并增产丙烯技术(2006年科技进步二等奖)等促进了从国Ⅱ到国VI标准的汽柴油质量升级(图3)。

图3石油炼制科技发展历程中的部分重要获奖项目

  (三)石油化工领域的科技演进趋势

  石油化工产品的生产关系着十几亿中国人的吃饭穿衣问题,然而我国基础原料长期自给不足,依赖进口,核心技术一直被国外垄断。为了满足人民日益增长的物质生活和美好生活需求,需要大力发展石油化工,多产基础原料“三烯三苯”。图4显示了不同时期我国芳烃和低碳烯烃的部分获奖项目。

图4 石油化工科技发展历程中的部分重要获奖项目

  80年代起,我国芳烃工业经历了催化剂(重整及有关单元)、单元技术(歧化、烷基化、异构化、吸附分离)和成套技术攻关的历程。国产化催化剂和单元工艺包陆续开发成功并实现工业化,取得了石脑油催化重整成套技术(2009年科技进步一等奖)等一系列成果。2011年,自主芳烃生产技术的最后一座堡垒——吸附分离技术被成功攻克,实现了几代科研人员的梦想,高效环保芳烃成套技术获得2015年科技进步特等奖,使我国成为世界上第三个拥有完全自主知识产权的芳烃成套技术的国家,技术水平达到国际领先。

  80年代起,我国在低碳烯烃生产方面取得了数项原创技术重大突破,引领和带动了全球技术研发。以重油为原料,生产烯烃的石油重质组分催化裂解(I型)制取低碳烯烃(DCC)技术(1995年技术发明一等奖),被认为是新能源时代传统炼油厂向化工转型发展的基石。我国自主创新的以煤为原料,生产烯烃的甲醇制取低碳烯烃(DMTO)技术(2014年技术发明一等奖)和高效甲醇制烯烃全流程(S-MTO)技术(2017年科技进步一等奖)相继工业化,践行了中国创造,具有里程碑意义。

  30多年的获奖项目反映了我国石化领域从无到有,从跟踪创新到自主创新的技术创新螺旋式上升的过程。低碳烯烃、芳烃等重点技术的突破,推动了我国乙烯产量从1985年的65万吨提高到2018年的2300万吨,芳烃(“三苯”)产量从1990年的127万吨提高到2018年的2621万吨,为满足人民对美好生活的追求提供了强有力的支持。

  三、从获奖项目看石油石化行业科技创新的特点

  (一)油气领域的科技创新特点

  油气勘探开发属于采掘业,中国的油气资源仅占世界可探明储量的百分之三,却分布在多达53个小板块上,不同油气藏之间存在相当大的差异性,这意味着每一个油气藏的勘探与开发几乎都是一个充满考验的全新领域,且难度不断加大,无国内外先例可以借鉴。

  从获奖项目来看,每一个重大项目几乎都对应着一个油气藏类型的突破,这些成果集成了油气地质及勘探、石油物探、油气开发、石油工程和地面工程等理论技术。不同领域的获奖项目之间既存在并行的关系,也存在一定的交联关系,推动了我国勘探开发形成一张“网”状版图,为开辟新的油气藏做好了储备。以高含硫天然气勘探开发为例,尽管普光气田与元坝气田具有不同的地质特点,在勘探技术上主要属于并行的关系,但是在开发技术上却可以进行推广应用。应用普光气田开发技术,大大加快了元坝气田的开发。普光气田勘探、开发和元坝气田勘探成套技术分别获得2006年一等、2012年特等和2014年一等科技进步奖。

  (二)石化领域的科技创新特点

  炼油化工属于流程工业,炼化产品的生产流程需要几套到几十套装置,每一套装置对应了一个单项技术,而每个单项技术的突破都需要建立在反应与分离机理、催化剂、工艺、装备等单项创新的基础上,进行集成创新、工业化应用。以炼油为例,全流程技术可以看作一颗“树”,催化裂化等单套技术可以看作是“树枝”,催化裂化的催化剂、工艺等即为“树杈”。由此可见,石化科技创新是一项系统工程,成套技术的攻关往往需要几代人坚持不懈的努力。

  从获奖项目来看,国家科技奖励对催化剂、工艺技术、装备等进行了跟踪授奖,使不同获奖项目之间具有一脉相承的联系,促使各分支技术滚动发展,从无到有再到优、从小型到大型,不断做强做大做精,形成技术、装备序列,最终高度集成,实现了全流程成套技术的国产化、大型化,目前具备了设计建设千万吨级炼厂、百万吨乙烯、百万吨芳烃工程的能力。以芳烃催化剂为例,1988-2002年共有8个项目获奖(图5),其中5项为CB、PS系列等不同类型的重整催化剂,3项为歧化与烷基转移催化剂,这些项目促进了催化剂不断更新换代,性能持续提升,如:PS催化剂已经从PS-I型发展到PS-VIII型,为连续重整成套技术和芳烃成套技术的突破和持续发展奠定了坚实基础。当前重整催化剂已在国内外得到了推广应用。

图5芳烃催化剂系列获奖项目

  四小结

  基于以上研究,为进一步加强国家科技奖励对行业科技创新的引领作用,建议制定以下保障措施:一是考虑到油气领域的科技发展面临地质条件日益复杂、可获取资源难度逐渐增加的挑战,建议科技部门给予更多的风险科技投入支持,鼓励先导性、探索性的原始创新,推动我国油气版图的扩张,进一步保障国家能源安全。二是鉴于石化领域仍存在较多卡脖子技术且遵循“树”形结构的科研规律,建议国家科技奖励加强跟踪引领,并且进一步提高以企业为主体的科技进步奖的授奖比例,鼓励产学研合作,以推进高端材料与高质量炼化产品生产技术、绿色环保技术等技术的产业化进程,推动石化行业迈向高质量发展。

  (本文受到国家科学技术奖励工作办公室软科学课题项目“国家科技奖励对石油石化行业科技发展的影响力分析”的资助)

 
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