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讓煤七十二變

——記全國政協常委、中國工程院院士劉中民

2024年05月22日 10:04  |  作者:本報記者 王金晶  |  來源:人民政協網 分享到: 

(遼站,委員風采約稿)讓煤七十二變(分離(4593405)-20240522095325(1)

劉中民(左三)與科研團隊討論問題 (圖片由受訪者提供)

劉中民

全國政協常委,遼寧省政協副主席,民盟遼寧省委會主任委員,中國工程院院士,中國科學院大連化學物理研究所所長,低碳催化技術國家工程研究中心主任,國家能源低碳催化與工程研發中心主任,獲“最美科技工作者”稱號。

您或許沒有想過,煤除了拿來燒,還能做什么?或者換個問法:黑黢黢的煤能變成什么?

如果告訴您,黑黢黢的煤能夠變成色彩亮麗的電器外殼、五顏六色的服裝面料、汽車輪胎……您也許會說我在異想天開。但這正是中國科學院大連化學物理研究所(以下簡稱大連化物所)攻關40年的科研方向。全國政協常委、中國工程院院士劉中民在這過程中是見證者,也是親歷者。而今,這一成果早已被應用、量產。您現在正在使用的手機外殼、眼鏡框架、襯衫紐扣等沒準就是由一塊煤變身而成的。

從19歲考入大連化物所攻讀研究生,到成為大連化物所所長,劉中民始終致力于能源化工領域,執著地要將煤變成國家急需的各種生產、生活物資。這種“變”絕非基于貿易的等價交換,而是基于科技成果的可控的化學反應;這種“變”是世界性難題,卻也是劉中民一路走來,不斷征服的科研高峰。

從哥德巴赫猜想到科研報國志向

學文還是學理,大學讀什么專業?這些對于學生時代的劉中民來說,從來就沒有糾結過。上世紀70年代末,重新恢復高考還沒有幾年,建設“四個現代化”成為知識分子的共同追求。“那時候,在我們學生中間流傳著一句話‘學好數理化,走遍天下都不怕!’理科自然成為我的首選?!边@是劉中民的選擇,也是時代的選擇。

1978年的一天,劉中民和學校里備戰高考的同學一起被叫到大禮堂聽報告。報告的內容就是一篇被人民日報刊發的題為《哥德巴赫猜想》的報告文學。劉中民至今還記得那天自己情緒的變化。“剛開始有些急躁,正是備戰高考的關鍵時期,分秒必爭的時候,哪有心思聽什么報告呢?后來,越聽越有意思,徐遲先生描述的數學家陳景潤的形象越來越具體,也越來越具有感染力。再后來,心情有些激動,自己也想成為像陳景潤一樣的科學家,期待著有朝一日能夠攻克國際難題,為國爭光。”

《哥德巴赫猜想》無疑把一顆種子埋進了劉中民的心底,劉中民時常用自己的勤奮澆灌這顆種子,這顆種子又不時給予劉中民奮發向上的力量。用知識改變自己的命運,將自己的命運與國家和民族連接在一起,一股熱血時常涌動在劉中民的心頭。

1979年,劉中民一舉考取了鄭州大學化學系。4年的學習,劉中民不敢懈怠,他立志要考研讀博,成為一名真正的科研工作者。研究生往哪兒考,成為有志于此的同學們熱議的話題?!爱敃r,我記不住從哪兒聽說,中國科學院挺好,就是挺難考,”劉中民回憶道,“一聽說很難考,我就來了興致,那我就試試看么?!?/p>

現在看來絕非劉中民狂妄自大,而是他的心里就有一種迎難而上,不達目的誓不罷休的韌勁。1983年,劉中民如愿以償,成為中國科學院大連化學物理研究所的一名碩士研究生。在大連化物所,劉中民遇到了更多的“同類”。在不服輸的性格和科研報國的志向雙重驅動下,他又很快從“同類”中脫穎而出。入學不久后,劉中民就成為甲醇制取烯烴這一重點課題組的成員。這一干就是40年。

從1萬噸/年到1000萬噸/年

烯烴是重要的基礎化工原料,一切有塑料的地方,大都有烯烴的存在。在傳統技術中,烯烴主要從石油中提煉?!暗幻贺氂蜕贇獾幕緡椋瑳Q定了我們不能走完全依賴石油制烯烴的道路?!眲⒅忻窠榻B說,將煤變為烯烴,簡單說來要分成兩步,首先把煤制成甲醇,再將甲醇制成烯烴。上世紀80年代,煤合成甲醇已經有了成熟的工業技術,而甲醇制烯烴則是待攻克的關鍵核心技術,也是世界范圍內極具挑戰性的課題。

從碩士到博士,從助理研究員到副研究員,再到研究員、課題組組長。十年磨一劍,1995年劉中民團隊采用自己的技術路線,終于完成了“合成氣經由二甲醚制取烯烴工藝”技術年產60噸烯烴的中試試驗。這一成果獲得了中國科學院科技進步獎特等獎,以及由原國家計委、國家科委與財政部聯合頒發的“八五”重大科技成果獎。

單從技術角度看,這已經突破了該領域的世界性難題,但在劉中民心里,他還有更多的工作需要做?!翱茖W要為社會服務。我們就得轉變觀念、轉變角色,直到能把技術落地,真正服務于國家、服務于社會。”劉中民說。

正當課題組高歌猛進、致力于放大工業規模之時,國際石油價格大幅下跌,這讓煤制烯烴的工業化應用進程受到了前所未有的影響?!昂褪椭葡N相比,煤制烯烴成本太高,企業不愿投資,也沒有其他經費來源,如何繼續開展研究成了難題?!必S滿的理想遭遇骨感的現實,逼迫劉中民作出決斷。

放棄還是繼續?這個問題劉中民問過自己不止一百遍?!皩嶓w經濟的發展需要依靠資源,從安全的角度來說,如果我國石油進口的依存度過高,會帶來一定風險。一旦進口石油不順暢,會造成一系列產業鏈的風險?!眲⒅忻裣露Q心:“要為國家守住安全底線?!?/p>

為了進一步在放大中驗證和完善技術,1998年劉中民向中國科學院遞交報告,希望可以“借錢”繼續研究這項技術。不久后,中國科學院特批了100萬元科研經費?!袄眠@筆經費,我們進一步研究了甲醇制烯烴過程的反應機理,完善了催化劑放大和工藝技術,同時繼續尋找進一步放大試驗的機會?!眲⒅忻裾f。

直到2004年,國際油價攀升,甲醇制烯烴又一次得到了業內重視,煤炭資源富集的陜西省成為了“第一個吃螃蟹的人”。破土動工,當年8月總投資8610萬元、年處理甲醇能力1.67萬噸的工業性試驗裝置,在陜西省華縣(現渭南市華州區)開工建設。

“試驗廠區,試驗裝置建得很好,但周邊基礎條件比較簡陋,整個廠區只有甲醇制烯烴工業性試驗裝置孤獨地矗立著?!迸c之一同鐫刻進劉中民記憶的,還有700多個不能安睡的夜晚?!把b置上面的火炬就猶如信號燈。過一會兒就要起床看看火炬是不是還亮著,有沒有異常;火要不亮就得趕緊往那跑,說明可能有問題。100多人,36米高的大型裝置,任何一個環節都不能出問題,工業性試驗機會來之不易。”

直到2006年5月,甲醇制烯烴工業性試驗宣告成功,這為設計建設更大規模的生產裝置積累了可靠數據。2010年,神華包頭180萬噸/年甲醇制烯烴工業裝置建成并投料試車一次成功,我國在世界上首次實現煤制烯烴工業化。

40多年里,大連化物所圍繞煤制烯烴完成了科研攻關和技術迭代。而今,劉中民帶頭研發的甲醇制烯烴技術已經簽訂了34套裝置的技術實施許可合同,烯烴設計產能達2320萬噸/年;已投產的17套工業裝置,烯烴產能超過1000萬噸/年,新增產值每年約1000億元。

從科學研究到戰略研究

馬克思說,在科學上沒有平坦的大道,只有不畏勞苦,沿著陡峭山路攀登的人,才有希望達到光輝的頂點。

技術升級之路沒有盡頭。甲醇制烯烴技術目前已發展應用到第三代技術,與前兩代技術相比,在反應器尺寸基本不變的情況下,第三代技術使甲醇處理量從每年180萬噸提升到360萬噸;噸烯烴甲醇單耗從之前的3噸下降到2.6至2.7噸;換算成烯烴的產量,就是從每年60萬噸增加到135萬噸。

最近,“變革性潔凈能源關鍵技術與示范”科技專項也剛剛結項。劉中民表示:“這個為期5年的項目已累計突破63項包括新一代甲醇制烯烴等的關鍵技術,建成工業示范項目55項,帶動投資1800多億元?!?/p>

在煤制烯烴發展過程中,煤制乙醇是劉中民另一個瞄準的方向?!拔覈剂弦掖脊嬖谥f噸的缺口,如何既填補缺口,又不與人爭糧?”

2010年10月,劉中民研究團隊在一條全新的“賽道”上,正式開展煤制乙醇技術攻堅。然而,催化劑活性低、穩定性差,是面臨的最大問題。為此,研究人員進行了多年探索,在2013年開發出了較為穩定的催化劑,并完成了項目中試研究工作。2017年1月11日,具有我國自主知識產權技術的全球首套10萬噸/年煤基乙醇工業示范項目打通全流程,生產出合格無水乙醇。目前,煤基乙醇技術已簽訂了13套技術許可合同,乙醇產能累計達到395萬噸/年。煤基乙醇技術不但可以以煤為原料,也能以天然氣、生物質、鋼廠煤氣為原料生產乙醇。

在“雙碳”目標下,打造新質生產力,推動煤炭清潔綠色開發利用,是劉中民始終不變的追求。他常說“做科研要有想象力,要敢于突破。而今,煤制芳烴、煤制含氧化物等新技術正在快速突破中,有望成為戰略性新興產業。”

作為科技戰線上的全國政協委員,2022年,劉中民就曾聯合科技界別20位全國政協委員聯名提交了《關于設立顛覆性技術國家專項創新基金》的提案,呼吁在國家層面為顛覆性技術研發提供資金支持。

最近兩年,劉中民依然聚焦能源科技領域。他在提交全國政協的《關于促進科技成果轉化的提案》中建議,建立國家級對接平臺,使對接活動“制度化”和“定期化”;科技成果“清單化”,促進科技成果落地轉化;對接方式“多樣化”,務求實效性;服務“市場化”,大力發展科技服務業。在《關于積極推進能源國際合作的提案》中提出,加強能源科技創新與國際合作,促進全球能源綠色低碳發展;以“一帶一路”為依托,深化能源國際合作;構建具有中國特色的對外能源話語體系,積極參與全球能源治理。

“我是能源化工專業出身,近年來研究了很多國家能源化工發展的戰略問題?!眲⒅忻裾J為,我們現在正處于能源革命、工業革命、科技革命和人工智能互相疊加的一個大變革的初期,這是世界大趨勢,要順應這個大趨勢,繼續走好創新綠色低碳的高質量發展之路。 


編輯:董雨吉