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高层声音
刘中民院士:以煤为基推动能源变革,双碳下开启新征程
2022-09-22 09:25:39   来源: 新京报

   刘中民身上从不缺少光环——27岁担任中国科学院大连化学物理研究所(简称“大连化物所”)甲醇制烯烃研究组副组长,31岁成为研究组组长,34岁成为研究室主任,51岁当选中国工程院院士。
  科研生涯硕果累累,背后是几十年如一日的不懈攻坚。回望过去,现任大连化物所所长的刘中民称,科研让自己兴奋。2010年8月8日,世界首套DMTO工业示范装置一次开车成功并稳定运转。次年一月,正式进入商业化运营阶段。这是刘中民担任组长完成的一个重要突破,带领团队躬身数载,刘中民至今记得成功投产那一刻,“所有人都沸腾了,大家激动地流下眼泪,这代表着数十年的研究成果正式投入使用,我们做研究的就是为了最后能够应用。”
  走出实验室,走向工业化
  刘中民读书时正赶上“科学的春天”。彼时,徐迟的报告文学《哥德巴赫猜想》传遍街头巷尾,其中陈景润钻研科学的精神影响了一代人,也让科研开始在刘中民心中萌芽,希望自己也能有机会攀登科学高峰。
  1979年,在“学好数理化,走遍天下都不怕”氛围下,刘中民考进郑州大学化学系,四年后进入大连化物所读研。
  “迷迷糊糊”,刘中民这样描述学习进阶之路。尽管尚不知自己所学有何用,却也开始慢慢接触煤制烯烃的研究。
  彼时,全球刚经历两次石油危机,石油价格飙升13倍,最高至39美元/桶,不少国家开始思考石油用尽后的对策,并启动了以煤经甲醇制烯烃为主的科技攻关计划。也是这个时候,刘中民所在的大连化物所承担了甲醇制取低碳烯烃(MTO)研究工作,推出“煤代油”方案。
  刘中民进入大连化物所,从小课题开始研究,硕士期间就已经接触国家项目的部分研究,从一名学生到助理研究员再到副研究员,他逐渐感受到科研的魅力,也意识到自己积累的知识最终要解决哪些科学问题。
  1995年夏天,还在上海青浦做试验的刘中民,得知自己成为甲醇制烯烃研究组组长。当年,刘中民仅31岁。
  甲醇制取低碳烯烃是石油危机下的一种尝试,即从煤或天然气出发制取化工产品,以煤代油。刘中民解释,我国“富煤、缺油、少气”,化石能源资源禀赋决定了现阶段以煤为主的能源生产与消费格局。随着国际形势不稳定、不确定性日趋复杂,煤炭是维护我国能源安全最可靠资源。
  1995年,刘中民带领研究组完成了流化床MTO过程的中试运转,次年这一成果获得了中科院科技进步奖特等奖,以及原国家计委、国家科委与财政部联合颁发的“八五”重大科技成果奖。
  “八五”攻关任务收官,大连化物所这一研究并未止步,而是有意由实验室推向工业化,真正实现落地。此后,刘中民带领团队着手研究MTO的工业性试验,并将技术命名为DMTO。
  现实远比想象“骨感”,其间正值国际油价下跌,一度跌至不足10美元/桶。与石油制烯烃相比,煤炭制烯烃的成本太高,这直接影响了DMTO的经济性,企业不愿投资,国家经费也没能拿到。
  研究陷入资金短缺僵局,刘中民没有放弃,在推动技术研发的同时,他四处奔波寻找项目经费。
  直到油价逐步回升,甲醇制烯烃再次被关注,刘中民团队也得到了来自陕西新兴煤化工公司8310万元的投资机会。2004年8月,大连化物所与陕西新兴煤化工公司、中国石化集团洛阳石油化工工程公司合作,各自发挥优势开展合作,共同开发DMTO工业化成套技术。计划在大连化物所中试研究成果的基础上,建设一套年加工1.67万吨甲醇的工业化试验装置。
  将技术由实验室带到工厂,实现“零”的突破
  把技术由实验室带到工厂,不是简单地放大。十几人到上百人,36米高装置,这些对刘中民来说都是个不小的挑战。“如果投产成功了,我们的煤化工出路也就打开了。这一步一旦失败,说明战略方向有问题,会直接影响我们的政策和产业发展。”
  提起这段经历,刘中民坦言,工业性试验时压力最大,“8000多万巨款,一大群人为此努力。我作为总负责人有很大的责任。”
  重压之下,刘中民从未对这一技术产生过怀疑,更多的是担忧安全及环境问题。这些在实验室不太会遇到的问题,走进工厂就需要格外注意,出了问题可能会直接导致项目“夭折”。
  “中途被毙,做了一半等于没做。这样的机会一辈子只有一次,失败了就再也不会有了。”
  刘中民回忆,当时工业性试验装置建在华山脚下,远处经常会传来采矿放炮的闷响声。刚开始每次声响自己都会心中一惊,担心是不是出了什么事。
  时间久了,他会去看装置火炬亮不亮,“只要火炬亮着,我们的装置就没有大问题。”
  刘中民在这样紧张气氛中,不知度过多少个日夜。除了睡觉,基本都在装置现场总结数据、查找问题及原因、关注安全。“一度草木皆兵”,回想当时状态,刘中民称:“我作为负责人,即使内心再紧张也不能表现出来,我必须得给大家信心。”
  经过两年通力合作,2006年,“甲醇制取低碳烯烃技术开发”工业性试验项目取得重大突破性进展,在日处理甲醇50吨的工业化试验装置上实现了甲醇转化率接近100%、低碳烯烃(乙烯、丙烯、丁烯)选择性达90%以上的目标。
  经国家发改委2006年12月核准,世界首套煤制烯烃工厂,在内蒙古包头市的神华集团落定。这是“十一五”期间国家核准的首个特大型煤制烯烃工业化示范项目,也是全球最大的,以煤为原料,通过煤气化制甲醇、甲醇转化制烯烃、烯烃聚合生产聚烯烃的特大煤化工项目。
  2010年8月8日,世界首套DMTO工业示范装置一次开车成功并稳定运转。次年一月,正式进入商业化运营阶段。由此,我国率先实现了甲醇制烯烃核心技术及工业应用“零”的突破。
  第一代技术攻坚之后,刘中民又带领团队继续突破,具备更高烯烃收率的第二代甲醇制烯烃(DMTO-II)技术工业化试验也在陕西华县基地进行着,并在2015年成功投产,DMTO-II的开发进一步巩固了我国在世界煤基烯烃工业化产业中的国际领先地位。
  2020年,第三代甲醇制烯烃(DMTO-Ⅲ)技术通过了科技成果鉴定。DMTO-Ⅲ技术采用新一代催化剂,通过对反应器和工艺过程的创新,不需要设单独的副产的碳四以上组分裂解单元,可实现单套工业装置甲醇处理量300万吨/年以上,吨烯烃(乙烯+丙烯)甲醇消耗可降到2.60-2.70吨。
  目前,DMTO系列技术已累计技术许可31套工业装置(投产16套),对应烯烃产能2025万吨/年,预计拉动投资超4000亿元,全部投产后可实现年产值超2000亿元人民币。
  “双碳”目标开启新征程,“有挑战就想办法破解”
  2020年,我国提出“双碳”目标,煤化工产业所面临的新挑战被推至台前。
  煤炭、石油、天然气三种化石燃料中,煤炭转化相对来说排放二氧化碳最多。某种程度上而言,煤化工发展与减排相悖。目前,我国尚不能完全“去煤化”,如何在“双碳”目标下保障安全与发展,保障产业链完整和供应链稳定,成为研究的新课题。
  刘中民提出煤化工和石油化工协调发展策略,如今两者已非“替代”关系,而是要促进其相互协调,支撑国家发展。
  “现在全世界还处于石油时代,但是我们又缺油,因此要把发展立足在自己的基础之上,减少石油依赖。但发展煤化工也不能立足于把石油化工完全替代,这需要国家在大格局下统筹协调。”他进一步解释称,技术上来看,相较于其他生产方式,煤制醇类、酸类等含氧化合物具有天然优势,这是石油化工很难做到的。未来煤化工领域的重点是以合成气、甲醇转化为平台,耦合石油基原料(苯、甲苯、石脑油等),实现烯烃、芳烃和含氧化合物大宗化学品/燃料的合成技术变革,践行煤化工与石油化工的协调发展,构建更加合理的产业结构。
  对于煤化工的作用和地位,刘中民称,在过渡期煤化工有两个根本职能:一个是作为战略储备,保安全。另一个就是支撑转型发展,保障产业链的完整性和稳定性。
  刘中民表示,“双碳”目标不只是某个产业的问题,而是要从顶层设计上去研究分析。他目前也在和其他领域院士专家合作,试图厘清其中的轻重缓急,搞清楚每一步怎么走。“双碳”目标提出后,光技术路线就提出来上千种,各有各的道理,其中有真有假、有虚有实,但科研人员不能做假事、虚事,要做真事实事。
  对于挑战,刘中民并不担忧,“我们做研究本身就是面对各种挑战,既然有挑战就想办法破解,科研人员从不怕挑战。”
  为了更好地服务于国家战略,刘中民参与了中科院“十四五”能源规划、中科院“双碳”战略行动计划、“双碳”重点专项任务。“作为一个科技工作者要关注国家这些大事和形势发展,要做好参谋,提出正确的意见和建议。”
  最近,刘中民和他的同事频繁往返于大连与榆林,其团队历时十年科技攻关的50万吨/年煤基乙醇工业装置将正式投料试车工作,这一项目成功投产意味着乙醇生产迈入大规模工业化时代。“乙醇是世界公认的清洁环保燃料、油品质量改良剂,此前乙醇主要来源于粮食,受产量限制,不能普遍使用,如果从煤中来,对于我们的粮食安全和环境保护都有一定的好处。”
  对于未来研究计划,刘中民称应该注重培养年轻人做事,“什么年纪做什么事,退休前就把接力棒交给年轻人,一代更比一代强,要相信年轻人,给他们更多机会。”
  匠心解读
  如何理解匠心精神?
  匠心精神如何坚守,如何传承?
  刘中民:大胆探索,精益求精,追求完美。
  我们的技术从投产到现在已经发展到第三代了,我们还在不断探索,新技术还可能会把自己以前的技术给否定掉,总体上还是要持续不断地追求进步。
  匠人心声
  什么时候是你认为最艰难的时候?能够坚持下去的原因是什么?
  刘中民:我没有因为科研而苦恼的时候,可能会遇到一些问题和一些困惑,那就琢磨怎么解决。我有时候解决这些问题,是睡觉做梦想出来的,梦醒了就赶紧拿笔记下来。
  面对挑战去解决问题,本来就是我的职业特点,科研工作的基本素质要求就是不怕挑战,所以也不存在很苦恼的情况,有时候会表现出来有困扰,但不是内心的苦恼。
  你希望未来还取得怎样的成就,对于未来有怎样的期待?
  刘中民:科研是我的主业,但我的年龄不断增大,接下来应该注重培养年轻人,让我们的团队持续做更多更大的事。培养不是一个简单的活,不是拔苗助长,而是需要用实际的事情去锻炼,实战中成长。
  技术上,我们关注的煤化工和石油化工协调,实际上是有技术对应的,我们主要盯基础化学品,合成气直接制烯烃、芳烃等新技术正在快速突破,接下来准备把一批新技术陆续投入工业化,相信很快就会实现。
  你感觉你获得的最大的快乐是什么?
  刘中民:科研让我快乐,科研是对未知事情的认识,探索现象背后的科学规律。我们有可能会突发奇想,用科学知识很轻松地去解决一个很困难的事儿。所学能有所用,这时候就会有成就感和愉悦感。如果技术最终能为国家所用,就会更快乐。

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