第六講：加強導向性基礎研究，開發獨特先進的石化催化技術2006，4，111本講內容：基礎研究：為什么和怎么辦？Exxon公司的基礎研究DuPont公司的基礎研究RIPP的基礎研究2創新是科學研究的本質科學研究—認識和闡明技術應用--駕馭自然界科學家發現已有的世界，工程師創造還沒有的世界。3基礎研究：技術創新的源泉美國工業研究學會(IndustrialResearchInstituteResearchonResearchCommittee):純基礎研究：最好在大學進行獲得“真理”和知識以及培養人才；尋找新知識，而很少考慮其最終意義與影響；10－15年中，一些成果也可能應用。導向性基礎研究：工業部門“一家企業開展導向性基礎研究，圍繞企業的重大業務領域去尋找新的科學或技術知識，從而形成新構思，去發展新產品、新工藝和新技術”。4

對開展導向性基礎研究的體會（一）從知識創新一步一步邁向技術創新（二）導向性基礎研究成果向生產力轉化，提升

傳統工業（三）導向性基礎研究獲得國家支持十分重要（四）制訂“跳一跳可摘”的創新目標----點燃智慧的火花5溫故而知新<4、2、3、3>的內容（一）四類技術進步的類型漸進式、臺階式、跨越式、新生式（二）兩條途徑通向技術創新利用已有的知識與經驗開展導向性基礎研究以取得原始性創新（三）三種導向性基礎研究（四）三種目的6（一）技術進步的類型

化工過程技術進步的總結原有科學知識全新科學知識投入的人力、物力技術進步

新技術取代原有技術，70%技術的領先地位易手。要有深刻的洞察力去認識現有技術極限，設想出繞過此極限去開拓的途徑，并把構思變成現實。連續式非連續式7四種技術進步原有科技知識為基礎的連續式技術進步臺階式投入的人力、物力漸進式技術進步漸進式跨越式新生式全新科技知識為基礎的非連續式進步8（二）兩條道路通向創新應用已有科學知識和經驗去技術創新開展導向性基礎研究爭取原始性技術創新9（三）開展導向性基礎研究以取得原始性技術創新什么是導向性基礎研究？圍繞企業的核心業務、長遠發展戰略以及近中期難題選擇有關的科技前沿領域尋找和積累新科學知識形成新構思以開發新技術10導致原始性技術創新的基礎研究以企業核心業務發展為導向的基礎研究

Exxon/Mobil開創新興產業為導向的基礎研究

DuPont針對市場需求導向的基礎研究

Exxon11原有業務領域取得技術突破，形成壓倒競爭優勢在原有領域里利用已有銷售渠道，率先開發新產品，新業務建立前人沒有的新興產業基礎研究對公司發展所起的三個作用12導向性基礎研究總結國外各大公司的基礎研究第一類：以企業核心業務的發展為導向的基礎研究第二類：市場需求導向的基礎研究第三類：創建新興產業的基礎研究13第一類：核心業務的發展為導向的基礎研究以企業核心業務的發展為導向，選擇與多項技術發展有關的科學和工程前沿，積累科技知識，追求認識上的“量子躍遷”Exxon:“長遠性（Long-rang)”或“開拓性（Pioneering)”研究，近年又稱為“科學推動性研究（ScienceDrivenResearch”,通過這類研究去開發關鍵業務的獨有技術。MobilAmocoShelll等14ExxonMobil公司的基礎研究埃克森美孚化工是世界三大石化公司之一自從1920年以來，我們在開發創新石化產品生產方法方面，一直在業內享有領導地位。1999年11月30日埃克森美孚公司成立之后一體化的石化產品生產商，并在全球銷售各種產品，包括烯烴、芳香烴、溶劑、合成橡膠、聚乙烯、聚丙烯、包裝用聚丙烯薄膜、增塑劑、合成潤滑油基礎油、燃料和潤滑油添加劑、沸石催化劑和其他石化產品。

15Exxon的研究工作布署

S.Schriesheim,基礎研究實驗中心主任“長期的”或“開拓性的”研究(10%研究人員)致力于發展核心業務的基礎科學知識，尋求認識上的“量子躍遷”選擇與多項技術有關的領域創造出全新的東西為公司的發展勾畫和準備未來可滿足未來需要或顧客要求對公司的核心經營領域帶來技術突破為公司未來發展作規劃或預備短期研究（90%研究人員）目標是取得現有工藝與產品的漸進式技術進步，改進工業產品或工藝的問題堆積成金字塔而帶來技術進步16埃克森的基礎研究

C.M.Eidt,Jr埃克森研究與工程公司總裁

R.W.Cohen,戰略計劃基礎研究計劃編制經理

選擇與核心業務有關的科技領域探索領域探討商業應用及實施前景采用來支持業務17埃克森選擇的前沿研究領域

－－70年代多金屬原子簇－－多金屬重整催化劑液膜分離－－廢水處理、有機物質分離等磁穩定床－－生物催化反應器18Mobil研究與開發公司的基礎研究問題解決不了的時候有專利糾紛時不斷開發分子篩新武器ZSM系列Beta系列MCM系列19ZSM－5分子篩的發明帶來的新工藝、新合成路線和跨越式技術進步新工藝、新合成路線現有技術的跨越式技術進步M－重整乙苯合成：AlCl3

氣相法柴油臨氫降凝二甲苯異構化：絲光沸石高效對二甲苯選擇性潤滑油催化脫蠟甲苯歧化：絲光沸石高效對二甲苯選擇性從甲醇合成汽油從甲醇合成乙烯20第二類：市場需求導向的基礎研究根據市場對技術的要求，提煉開發技術所需要的新科學知識，開展研究。ExxonMobilShell等21埃克森公司

市場導向的科學研究體系選擇市場需要解決的技術問題明確所需解決的技術難題分析明確所要的答案和認識尋找關鍵科學問題的答案制訂研究方案22Exxon公司開展“業務推動科學”的導向性基礎研究取得的效果23Exxon公司的經驗關鍵在于組織領導研究人員應了解市場和用戶的要求，要熟悉市場背景，具有淵博的有關科學和基礎知識提煉解決技術中的科學問題是難題經過多次循環反復24英荷殼牌公司研究課題形成的過程研究基礎研究可能性的認知研究程序業務需求的認知25英荷殼牌公司研究開發的過程積累知識導向的基礎研究新技術的起點業務導向的基礎研究應用研究開發技術服務效果或技術成熟投入或進展從基礎研究到工業化收益26第三類：創建新興產業的基礎研究在新興的科學前沿，學科交叉點開展導向性基礎研究，開創全新的產品與技術，創建新興產業DuPont成功的典范27總收入：2001年總收入為247億美元。

凈收入：43億美元。

雇員：79,000人，其中大約一半工作在美國本土以外。

全球分布：我們的公司在全世界遍布70個國家開展業務，有135個生產和加工設施。

科研機構：在美國有40多個研發及客戶服務實驗室，在11個國家有超過35個的實驗室。

杜邦概況28杜邦：創造科學奇跡：1802年：杜邦公司在美國特拉華州的威明頓市成立。公司集資三萬六千美元，共十八股，每股二千美元。1820年：安全可靠的黑色火藥用于槍炮和炸彈，這是19世紀初的一種科學奇跡。一九二七年：進行基礎研究計劃。為許多產品奠定了基礎；開始二十世紀的“材料革命”。一九三一年：氟里昂制冷劑；氯丁橡膠。一九三三年：發明了X光膠片。一九三七年：發明了LUCITE?丙烯酸樹酯。一九三八年：尼龍纖維、特富龍?氟碳和用于安全玻璃的BUTACITE?樹酯薄膜。四十年代：杜邦的尼龍、氯丁橡膠和其它許多產品在戰爭中大顯身手。29杜邦的獨特產品2000種產品，從早上起床后用的牙刷到晚上用的則枕頭，貫穿衣食住行各個方面

Nomex?太空產品：宇航員陰影陽光

-120

C160

C消防員：防火材料制成消防衣，抗350C高溫，保護了無數生命Kevlar?纖維鋼：強度為鋼的5倍，用于重量輕、強度高的地方防彈衣：至少救了2000名美國警察的生命Sorona?生物質原料制造的纖維30特殊聚合物不經紡織或擠壓，可直接從聚合物變成平面結構有點像線、有點像布，有三種功能用作信封和包裹，重量只有普通郵包的一半，節約郵費用聚酯做成，可回收利用31天然資源化學品大宗材料成型材料消費品材料回收利用來自其他公司的材料和技術服務

市場汽車建筑家庭裝飾包裝電子空間印刷天然氣石油煤炭礦物含氟材料己二酸硫酸農用化學品精細化學品工程塑料包裝材料彈性體涂料含氟聚合物白色顏料纖維薄膜薄片無紡布光感聚合物向其他工業提供材料和技術服務32DuPont開發產品經歷的三個階段1802

1900

2000

1945

2090

1830

1850

1990

1925

2050

年出生出生出生成長成長成長成熟成熟成熟炸藥化工能源化學生物知識高度集成33杜邦公司的基礎研究

發現與鞏固周期的轉換企業成長新業務新產品重點集中1927193519441952196019691980198919962004降低成本企業鞏固高效制造化學發明工藝化學化學工程聚合物科學聚合物加工發明多元化開創新業務再集中與開拓能源生命科學電子成長與競爭合理規模突出核心業務34第一個發現周期：1926年開始選擇催化、膠體生成、聚合為研究領域20世紀30年代中期發現：Nylon(尼龍)Neoprene(聚丁橡膠)ButacitePolyvinylBrotyral

(PVB防彈玻璃)ChlorideProcessforTiO2(氯化物法生產TiO2)

35第一個鞏固周期

(1940－1945年)1942－1945年:重點進行短期研究與開發新產品以適應戰時需要1942年：參加曼哈頓計劃(研制原子彈)36第二個發現周期1944－1952年Dacronpolyfiber(聚酯纖維)Mylacpolyfilm(麥拉聚酯薄膜)Ureaherbicides(除草劑)Orlonpolyacrylonitrilefiber(聚丙烯腈絲，奧綸)Delrinacetalresins(乙縮醛樹酯，迭爾林)Lycraspandexfiber(萊卡彈性纖維)37第二個鞏固周期（1952～1960年)1952－1960年:萊卡彈性纖維的加工1954年:建立開發產品與應用研究的ChestnutRun實驗室1953年:DuPont不再研究氣相色譜

FrankMartines辭職，組建F&M科學(HP公司的一部分)1953年:W.L.Gore提出Teflon加工問題研究方案1958年:W.L.Gore辭職去開發其發明的導線鍍層(現為上億的銷售額)38杜邦如何組織領導基礎研究領導的責任是選擇好領域，讓科技人員在這些領域比較自由地發揮才能。制訂“高不可攀的目標”以點燃研究人員智慧的火花。選拔優秀人才是關鍵，并要為他們創造優越的工作和生活條件。同時還要廣泛開展國際、國內合作。善于總結經驗教訓，改進工作方法。39DuPont制訂“高不可攀”的目標可無限重復再生循環使用的聚合物；零排放工藝；單體合成和聚合一體化；100％選擇性合成；反馬科尼科夫規則的烯烴胺化；靈活使用的大宗化工產品生產廠；40

象鉆石一樣堅硬的彈性鍍層；象鋼鐵一樣強勁的彈性材料或合成橡膠；可自我修復的材料；包含在獨個微型芯片中的化學工廠；從聚合物直接制作衣服；不用氯合成C-F鍵；可隨意變換色彩的涂料。41杜邦指導原則(1) 認為他們技術的“質量、深度、寬度和開發”(Quality,depth,breadth,andexploitation)決定公司的“競爭地位和其成長潛力”；(2) 認為他們“技術的擴展必須與科學、數學和工程的進展直接相關聯”；(3) 仍須努力去從科學和技術投資中獲取充分效益，例如以“非纖維素”(Noncellulosics)代替纖維素纖維的工作已接近完成，但工程塑料金屬才剛剛開始。進一步看，開發的機會還包括新形碳材料(Newformscarbon)，仿生復合材料(Biomimeticcomposites)，和組合化學(Combinationalchemistry)；(4) 制造工藝是競爭能力的核心，需要新的和改進的工藝來推動企業成長。為此，必須首先對“過程的了解”(Processunderstanding)模型化(Modeling)和控制(Control)有更多的了解；(5) 研究過程也在迅速變化，必須采用新手段，如利用信息管理(Informationmanagement)，計算化學(Computationalchemistry)和模型化分析科學飛速發展的進展。復雜問題已不再由一個人或一個科學學科能解決。生物技術已對化學、材料科學和農業引起革命，整個研究群體的焦點(focus)和結構(structure)也在變化，目前已成為全球業務的一部分。42科學進展推動未來的發展SmartmaterialsBiocomputationInformationsciencesBiologicalsciencesChemicalandmaterialsciencesBioengineeredmaterialsInformaticsModeling-simulationDataminingOpto-electricmaterialsPolymercatalysisNanoscalematerialsChiralchemistryStructure-propertyrelationshipsCombinatorialmethodsGenomicsHigh-throughputscreeningRationaldesignDNAmanipulationCellbiology43整合科學（IntegratedScience)—持續發展的策略化學、物理、工程等的結合生物科技、材料科技、信息科技的結合生物科技和材料科技—Bio-engineered材料生物科技和信息科技—Bio-computation—量血糖的手表，計量出服藥量材料科技和信息科技—可知明暗的玻璃44在新興科學的交叉選擇課題生物技術、材料科學、信息科學研究生物技術用于糧食生產高含油玉米，轉基因高蛋白含量的大豆—減少某些血管疾病的醫療特性—滋味更好，更易消化高磷酸鹽含量的玉米—減少家畜類糞便對環境污染45研究生物技術用于聚合物用小麥制造的新聚酯纖維Sorona—與lycra（聚氨酯彈性纖維）相似的特性，彈性、收縮性更大—用于制造飛機座椅—3年后單價低于石化產品蜘蛛絲纖維—用于生物工程制造的膠原。利用與天然絲相似的材料遺傳工程制造的紡布聚合物—遺傳使煙草植株能生產單體，用于聚合探索生物技術用于傳感器、分析儀器、電子學—全息光屏和亮度、清晰度和透明度很高的廣告標志牌461998年杜邦在長期研究上開始采用Apex研究審議程序：根據Apex研究審議程序，任何研究項目必須首先提出申請，申請書中必須包括杜邦要從事該項研究的技術和商業理由。杜邦（Apex委員會）的高級業務主管對每項申請進行審議，以評估申請項目是否符合公司資助標準。通過這一程序，杜邦像管理項目組合一樣管理公司的長期研究。

研究和開發中心逐步轉變成這一程序，制定出具體步驟以評估、啟動、投入人力、追蹤、開發、以及在必要時中止研究項目。Apex確保了項目的技術成就和商業狀況之間的持續平衡。

Apex研究分為三個領域：生物化學和生物工程

材料學和材料工程

化學和工程

長期研究項目47杜邦的基礎研究（小結）目的和導向：建立新興產業，獲取最大利潤科學領域：新興科學的交叉和整合戰略性、長期性、高風險48RIPP開展導向性基礎研究實踐主要進行第一類、第二類基礎研究圍饒石化總公司的核心業務和市場需求

催化裂化加氫催化重整石油化工等491995-2000年“環境友好石油化工催化化學與反應工程”502000-2005年石油煉制與基本有機化學品的綠色化學清潔汽柴油生產的綠色化途徑和化學基礎1調控催化裂化目標反應選擇性的規律和分子篩新催化材料2烷基化、異構化生產多支鏈異構烷烴反應與固體超強酸新催化材料3催化脫硫機理與新催化材料4微生物脫硫與吸附脫硫基本有機化學品合成的“原子經濟”反應5己內酰胺綠色合成過程研究和反應工程6苯烷基化原子經濟反應的無毒無害酸催化材料和反應工程7金屬催化的芳烴官能團化8水相有機金屬絡合催化烯烴氫甲酰化的催化化學及反應工程支撐和擴展相關技術綠色化跨越的新催化材料和新反應工程9新催化材料的開拓10超臨界態促進烴類轉化反應的熱力學和動力學51重油催化裂化帶來的問題反應原料的擴散克服重金屬污染52分子篩裂化催化劑的生產過程全合成工藝(目前很少)半合成工藝原位晶化工藝53分子篩裂化催化劑的組成

擔體：無定形硅鋁、高嶺土、多水土…

粘結劑：硅溶膠、鋁溶膠、擬薄水鋁石…

分子篩：FAU、MFI、BEA…54AkzoNobel重油催化裂化催化劑“非穩態擴散”概念“分步裂化”模型55AkzoNobel重油催化裂化催化劑催化劑擴散性能AAI表征催化劑的初始擴散性能判斷催化劑的性能影響AAI值的因素56AkzoNobel重油催化裂化催化劑催化劑“組裝”概念不同功能的分子篩和載體組分象裝配機器一樣組裝起來，滿足配方設計和特定物性要求57GraceDavison重油催化裂化催化劑LCMReactie

AluminaMatrixRAMSelectiveActiveMatrix

SAMTunableReactiveMatrixTRM58ENGELHARD重油催化裂化催化劑NaphthaMax

短接觸時間催化劑NaphthaMax(C)-LSG降低汽油硫含量的催化劑Endurance(TM)andFlex-Tec(TM)重油劑Converter(TM)重油轉化助劑59ENGELHARDDMS(DistributedMatrixStructures)DMSproducts穩定、富鋁、中孔基質，提高重油轉化；環化合物在中孔表面酸中心上裂化。DMS基質特點在于高穩定性顆粒在微球中構成骨架，在原位晶化過程中形成豐富中孔60重金屬V的影響V的破壞作用水熱氣氛下破壞分子篩結構遷移性與Na等有協同破壞作用脫氫活性，增加干氣生焦水熱氣氛下V破壞分子篩機理61抗釩污染的基質技術釩“陷阱”高表面積并含有SiO2、Al2O3、RE2O3等的活性基質來容納釩堿性化合物，如MgO、CaTiO3、SrTiO3、BaTiO3采用小孔大表面積基質，使V分散其中，細孔崩塌將V埋葬其內62抗鎳污染的基質技術Ni污染脫氫活性高,干氣生焦多銻基液體鈍鎳劑GraceDavisonLCMMatrixAlbemarleSMRSchematicdrawing