手术台上、住院部病房床上、社区医院治疗室内,一个个柔软透明的塑料安瓿瓶,成为常见的画面。清澈可见的药液在柔软的瓶内划出液痕,医生轻柔、利落、无任何划痕开瓶,给患者带来治疗的希望。
安瓿瓶的蜕变之路,经历了从硬玻璃向软聚乙烯的突破,从黑色石油向白色乙烯进军的转变。要把硬的做成软的,黑的变成白的,再把白色液体做成比绿豆粒还小的料粒,每一道越级,都需要沉下心来进行核心技术攻关。
面对无先例可循的局面,兰州石化人曾鼓足勇气算过一笔账:如果用管式法在高压下将乙烯聚合成聚乙烯,仅仅是突破高压力这一关,挑战都是巨大的,如果失败,将会带来巨大的损失。
弄潮儿向涛头立。在这个被誉为新中国石油化学工业“摇篮”的地方,曾经在一穷二白的条件下,发扬自强不息的“砂子炉”精神,从起初建成砂子炉裂解乙烯装置,到如今乙烯年生产能力突破百万吨,满怀文化自信的兰州石化人,向新图强、向质跃升,凝心聚力奔赴新征程。
乙烯厂聚丙烯装置(兰州石化供图)
从2010年规划起步,兰州石化公司历经8年奋斗,以油为基,扬“油”所长,于2017年成功生产出适用于制造注射液安瓿瓶的聚乙烯LD26D材料,打破了中国医用聚烯烃被进口料垄断的局面,摆脱了国内药包材对进口聚烯烃原料的依赖,开创了注射用聚乙烯安瓿瓶国产化的新时代。
打破化工领域压力“天花板”
2023年12月,兰州石化成功获得国家药品监督管理局药品审评中心备案批准,实现医用聚烯烃材料批量生产和广泛应用,取得斐然成绩,按照每年进口10万吨计算,可直接创造社会效益4亿元。不仅大大降低了国内企业原料成本,减轻患者负担,还出口海外,造福世界。
看似寻常最奇崛,成如容易却艰辛。
基础研究和原始创新的突破,要有咬定青山不放松的执着,要有坐住坐稳“冷板凳”的定力,要有久久为功不达目的不罢休的坚韧。
聚乙烯是乙烯单体经聚合反应制得的一种热塑性树脂。它以高纯度乙烯为主要原料,以丙烯、丙烷等为密度调整剂,使用高活性引发剂在约200摄氏度至330摄氏度、150兆帕至300兆帕条件下进行聚合反应而成,广泛运用于制造薄膜、包装材料、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等领域。
世界上,最早的聚乙烯于1922年由英国ICI公司首次合成。1933年,英国卜内门化学工业公司发现乙烯在高压下可聚合生成聚乙烯。此法于1939年工业化,通称为高压法。用此法生产的聚乙烯至今约占聚乙烯总产量的2/3。
兰州石化公司攻克注射液安瓿瓶聚乙烯LD26D材料的生产工艺,主要采用高压管式法。2011年初,刚启动聚乙烯LD26D材料生产论证,开发生产团队就遇到了密度高、指数低、洁净度高三大困难和挑战。
其中,尤以高密度的困难最大。
团队成员发现,实现高密度,意味着生产聚乙烯反应器压力要达到280兆帕,通俗地讲,这个压力相当于2800公斤。这是化工领域压力的“天花板”,是世界上生产化工产品的最高压力。在我国还没有这样的生产尝试和先例。
2800公斤的压力到底有多大?团队成员孙建敏细心地算了一笔账:1公斤压力相当于736毫米水银汞柱,转化为水柱为10米深的水,2800公斤的压力相当于2.8万米水深的压力。而大众家庭用的高压锅,一般只有3至4公斤压力。
不细算,还是个大概念。经此一算,这个2800公斤反应器的压力巨大,团队压力更大。
然而,这还不是最具挑战性的压力。作为化工生产企业,安全是一切的前提。2800公斤的反应器一旦发生泄漏,将会引起地震级的爆炸。
团队从一套生产2600公斤压力的反应器展开了攻关试验。正如团队所料,反应器压缩机接连出现两次泄漏,经与厂家沟通交流,发现是密封问题,通过改造压缩机的密封件,解决了泄漏问题。
此外,聚乙烯LD26D医用料指标要求苛刻,反应器高压力对设备二次压缩机工艺操作、设备运行都是重大考验。
在设备运行中,二次压缩机两段八个器缸的温度,尤其柱塞震动,对设备运行要求极高。
团队一班班长贾全有发现,在设备运行中,二段ABCD四个缸,特别是BCD缸,偶尔都会出现震动,一旦出现震动,就会引起联锁停车,带来紧张局面。一次,内操监盘发现有柱塞震动上升,柱塞温度也随之上升,马上联系外操到现场检查。结果,检查了一圈,却发现设备运行都正常。
随后团队成员对柱塞进行调油,增加注油量,同步增加柱塞油膜厚度,减少注油量,同步降低柱塞油膜厚度,经过反复尝试,柱塞震动稳住了,温度也稳住了,团队成员的心里也就稳了一些。
事后,团队成员发现,注油参数设备生产厂家只给了大致范围,想要得到精准参数,还要继续摸索,这为掌握高压力下设备一系列最优参数打开了豁口。
越过豁口,必然豁然开朗。
管式法聚乙烯生产,巨大压力本身的波动,对设备指数波动影响很大。内操对指数调整,稍有不慎,指示就会超标。团队成员时刻检测流量变化,根据不同牌号不断调整,让指数维持在一个合理转速区间。
负责设备管理和维护工作的姚颐对此体会更深。在他看来,试验期间,一台从瑞士进口的超高压往复式压缩机,要在2800公斤的压力下,实现稳稳当当的运行并不容易,通过多年实战,团队掌握了高压力下设备运行的精准参数,报警次数少了,应对更从容了。
这是兰州石化人在新时代克服困难、呕心沥血、勇于奋争、敢于胜利的又一次越级。
比绿豆粒还小的医用料
聚乙烯生产的第二大特点是指数低。它是一定温度下,每10分钟内通过标准口径的聚乙烯克数。
这个克数多大呢?在0.24克至0.36克之间,这也是兰州石化人时刻追寻的目标。
在管式法聚乙烯生产中,高温高压下生产出熔融的聚乙烯,经高压分离器、低压分离器,把乙烯分离出去,然后进入挤压机、切粒机,形成粒状,脱水,送到脱气仓,经脱风机,将料粒里面的乙烯含量吹干净,再入成品仓,经分析、检验合格后,出质检单,就可以成为医疗器械原料,包装,发货。
进入挤压机之前,还处于熔融态的聚乙烯,之所以指数低,有两个困难:首先,在整体反应中,聚乙烯以熔融状态流动,流动性偏差,在反应器中容易挂壁、粘黏;其次,挤压机的功率、电流高,对挤压机整体会造成损伤。
通俗地讲,在超大压力的反应器里,要把黏糊状的物质压成粒状,是一件非常具有挑战性的事儿。
就好比狮子的威力很大,但要想制服眼前的一只蚊子,难度却非常大。
限于从零开始的客观条件,研发团队即便看到了问题,但第一次还是没有生产出合格的产品。没有更好的办法,团队只能反复对生产参数进行调整测试,终于破解了指数低的难题。
精确参数找到后,团队一班班长贾全有和同事瞪大眼睛盯着仓料,每一次掺混时,就取一次样,分析是否在0.24克至0.36克之间。
切粒环节,团队成员最先采取手工切粒,根据秒表掐时间去切。刚开始流出来的不用,切几个称一下是否在指标内,掐多长时间,出来的克数都有多少,取一个平均值。
就是这看起来近乎原始的“笨”办法,为聚乙烯切粒积累了宝贵的数据,后来经设备工艺更新,实现自动化切粒后,之前手工切粒的数据也被利用起来,人工与自动化双重切粒数据形成的数据链,在行业内相当于国际标准。
经测算,每1粒洁白透亮的聚乙烯,体积为1立方厘米、重0.923克至0.929克、外直径3毫米、厚度2毫米,比绿豆粒还小。
巨无霸式的反应器、超大的容器压力、无数的设备和工艺、超长的生产线,最终却生产出这样微小的料粒,这比“百炼成钢绕指柔”的功夫更强,又何其不易。
这是兰州石化人主动进取、顽强拼搏、攻坚克难的意志品格的又一次彰显。
精益求精的超洁净
聚乙烯生产的第三大特点是洁净度高。
兰州石化聚乙烯医用料开发生产团队研发聚乙烯LD26D医用料的洁净度要求更高,作为包装药液的聚乙烯安瓿瓶原料,其标准堪比食品级。
为避免杂质、灰尘对料的影响,攻关团队在试验环节,对生产线接料、脱盐水、输送料空气、原料过滤器等全面检查,对水、空气都做了精密过滤,公司医用包装产品环境达到C+D国家医疗器械包装标准。
本着长周期改造的理念,团队采取边停车、边整改措施,输送系统洁净化改造、脱盐水改造,乙烯过滤器、过氧化物脱离器改造等,都在持续不断地进行精益求精的优化。
为深入推进洁净化改造,兰州石化2020年对原料加注过程进行洁净化改造升级,将之前200升铁桶小包装改为槽车拉运,最大限度降低卸罐、加注过程中对原料污染的风险。
为提质增效,兰州石化投资700多万元,实施医用料及高端电子保护膜料项目,把加注过氧化物的双头泵改为三头泵,提高了过氧化物的稳定性,让反应温度更加稳定,产品质量更加稳定,技术更完善,产品更高端。
目前,该项目正在如火如荼改造中。试验之初,当团队成员怀着激动心情查看第一批料粒时,担心的问题还是出现了——料粒中出现了色粒。
“这个管线,是生产医用料的辅助线,难道问题出现在这里?”问题排查时,团队成员、中国石油技能专家贺平林心里产生了疑问。
团队又对水线展开改造,将以前用的生产水改为脱盐水。紧接着又试验,色粒问题依然不能根除。
问题到底出在哪里呢?经排查发现,管线焊点在脱气过程中,会出现杂质脱落的情况。发现问题,攻关团队不仅没有半点沮丧,反而还振奋了精神。
经进一步推演,发现想要达到医用料标准,管线在焊接连接上,要采用法兰工艺或者氩弧焊工艺。这也为后来设备更新提供了宝贵的意见。
限于当时起步的条件,贺平林和同事用手工砂轮对焊点进行打磨、抛光、磨平作业,直至没有任何凸出来的焊点,并且打磨后,又用吸尘器把杂质吸出来。
“这样,我们还是不放心。”贺平林说,为进一步做好管线清洁,杜绝聚乙烯色粒出现,他和同事想出了最传统的方法——用手工和的面团再粘一遍,这样管线就特别洁净了。
功夫不负有心人。经过如此精心排查和精益化清洁,洁白透亮的料粒就出来了。
到了成品仓,贾全有和同事会再做一次分析,料粒有无色粒杂质。无问题后,对料粒密度、雾度、拉伸抗拉强度、断裂伸长率作正式分析,这些指标合格后,出质检单,就可以成为医疗器械原料了。
兰州石化人矢志不渝的理想信念、敢闯新路的攀登意识、勇于奉献的精神面貌、奋发图强的创业精神,在研制聚乙烯LD26D医用料中,激荡出攻关夺隘的强大力量。
打造中国标准
针对我国高风险医药用聚烯烃包材综合性风险评估方法缺失的现状,在国家医药局的支持下,兰州石化联合国家食品药品监督管理局、军事医学科学院疾病预防控制所毒理学评价研究中心、国家北京药物安全评价研究中心、中国环境科学研究院等单位的专家,多次召开技术研讨会,集成开发了包含生物学、毒理学等21项试验的安全性评价体系,实现对美国、欧洲和日本药典相关技术的全覆盖。
被应用于高风险医药用聚烯烃包材关联审评,成为进入中国市场的安全性评价标准,牵头完成了2项团体标准的制定,提高了在国际国内学术界的知名度和影响力。
长期以来,兰州石化紧盯国际市场最高端、最前沿和大需求去研发医用料。
为做好注射用聚乙烯LD26D材料品质认证,建立一套医用料认证体系,形成国家标准,兰州石化持续投入数亿元展开安全性评价,一个样品的品质认证就要投入200万元,相当于做一个新药。
2024年1月底,中国大冢制药有限公司首批采购的兰州石化公司LD26D产品,通过其QC部门入厂检测及外检,并于2月初正式在两条10毫升氯化钠注射液安瓿瓶生产线上批量生产。截至2月27日,已有超过3000万个国产聚乙烯医用料安瓿产品投入市场。
从刚开发的1000吨,到现在近15000吨的生产量,注射用聚乙烯LD26D材料在成都新奥克、沈阳兴齐等企业应用,并实现了出口。同类产品价格比国外价格每吨少43%,而且即便是使用国外产品,也要用中国检测试验的标准去准入。
兰州石化石油化工首席专家、科技创新中心主任王福善介绍,截至2024年7月,兰州石化医用料在全国医用市场的份额达到70%至80%。
王福善欣喜地说,除了加油补能外,中国石油还跨界医用领域,不论是盛装药液的容器安瓿瓶,还是生产灭活疫苗的辅助材料疫苗白油,中国石油都能生产,开创了相关产品国产化的新时代。
2024年1月4日,中国石油官方微信公众号以《突破!!中国石油“跨界”医用领域!》为题,向世界自豪地展示兰州石化取得注射用聚乙烯LD26D材料的重大突破。
兰州石化,曾诞生了新中国第一批“争气油”,如今又在医用材料上研发出让国人扬眉吐气的新材料。
兰州石化,从历史深处奔涌而来,向着民族复兴澎湃而去。成功研发注射液安瓿瓶聚乙烯LD26D材料的路上,打破特殊材料长期被国外技术垄断局面。
这是兰州石化在新时代攀登的新高峰。他们,敢于向棘手问题“亮剑”,依靠刻苦钻研,百折不挠的精气神,为世界医用材料发展贡献中国智慧、中国方案,为构建人类命运共同体添砖加瓦。
迈步新征程,兰州石化自强不息的“砂子炉”精神,正不断传承发扬,成为兰州石化企业精神的鲜明标识,激励着一代又一代兰州石化人大步向前,奔赴熠熠生辉的未来事业之路。(章梓)
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