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中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所所长刘中民——跑好科研这场接力赛(讲述·弘扬科学家精神)

2024-04-02   人民网   阅读量:407

本报记者 胡婧怡《 人民日报 》( 2024年04月02日   第 06 版)

刘中民(右二)在与团队成员讨论研究项目。
中国科学院大连化物所供图

    人物小传

    刘中民,1964年生,河南周口人,中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所所长,长期从事煤化工、石油化工领域应用催化研究与技术开发。根据我国能源禀赋特点,刘中民带领团队开发了甲醇制烯烃(DMTO)技术,合作完成了工业性试验和工业化。他曾获得国家技术发明奖一等奖、国家科技进步奖一等奖、中国科学院杰出科技成就奖和最美科技工作者等荣誉。

    前段时间,中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所(以下简称“大连化物所”)所长刘中民一直往返于北京和大连两地。虽然很辛苦,但刘中民觉得很值得。“‘变革性洁净能源关键技术与示范’科技专项刚刚结项,这个为期5年的项目已累计突破63项包括新一代甲醇制烯烃等的关键技术,建成工业示范项目55项,带动投资1800多亿元。”刘中民说。

    作为这个科技专项的负责人,从上世纪80年代进入煤经甲醇制烯烃研究领域以来,刘中民一直从事催化剂和新催化工艺过程的基础和应用研究,取得多项世界级创新成果并实现产业化,在推动煤炭清洁化利用等方面发挥了重要作用。

    研究“以煤代油”技术,完善煤经甲醇制烯烃工艺

    烯烃,是重要的基础工业化学品之一,以往主要是从石油中提炼。

    “上世纪70年代,不少国家启动了煤经甲醇制烯烃技术的科技攻关计划。”刘中民介绍,1983年,他从郑州大学化学系毕业后来到大连化物所攻读硕士学位,并接触到相关研究课题,“我国的资源禀赋是富煤、贫油,因此,开展‘以煤代油’技术研究具有重要意义。”

    1990年博士毕业后,刘中民正式加入大连化物所煤经甲醇制烯烃课题研究团队,并于次年担任课题组副组长,“当时,曾有人建议我出国发展,也有一些外国机构邀请,但我还是选择留下来。”

    为何留下?“煤制烯烃研究的接力棒传到手上,我必须接好这一棒。”刘中民说,“如果能早日研究出‘以煤代油’技术,将是一件非常了不起的事情!”

    煤制烯烃分为两步,先是以煤为原料合成甲醇,再通过甲醇制取烯烃。“当时,煤合成甲醇已经有了成熟的工业技术,但甲醇制烯烃则是在世界范围内极具挑战性的研究方向。”刘中民回忆。

    刘中民当时的主攻方向是二甲醚制取烯烃。“二甲醚是甲醇的脱水产物,二者转化为烯烃的原理和催化过程是基本相同的。”刘中民说。

    催化剂技术是首先要解决的难题。当时有ZSM—5分子筛催化剂和SAPO—34分子筛催化剂两条技术路线,前者已有工业应用的例子,风险相对较小,而对于SAPO—34分子筛催化剂的工业应用,还需要进一步研究。刘中民经过认真分析后,决定“两条腿走路”。随着研究的深入,他和团队发现,实际上SAPO—34分子筛催化剂的工业应用前景更好。

    失败,研究;再次失败,继续研究……1995年,刘中民带领团队完成了“合成气经由二甲醚制取烯烃工艺”技术年产60吨烯烃的中试试验。这一成果最终获得中国科学院科技进步奖特等奖,以及由原国家计委、国家科委与财政部联合颁发的“八五”重大科技成果奖。

    “就在这时,国际油价大幅下跌,和石油制烯烃相比,煤制烯烃成本太高,企业不愿投资,也没有其他经费来源,如何继续开展研究成了难题。”刘中民说,困难面前,唯有坚持。

    1998年,刘中民从中国科学院争取到一笔科研经费,他和团队得以继续开展研究。他们摸清了甲醇制烯烃过程的反应机理,并在此基础上不断完善工艺生产技术。

    完成万吨级工业性试验,不断推动技术优化升级

    化工行业的一个新工艺过程,通常要经过多轮试验和完善,从实验室到中试再到工业示范生产,最后才能产业化。

    “那些年,我们在做技术研发的同时,还要四处寻找资金支持。”刘中民回忆,“如何让企业了解我们的技术前景和潜在优势,说服他们支持建设万吨级工业性试验装置,挑战很大。”

    2004年,国际油价开始回升,甲醇制烯烃技术的应用迎来新机遇。就在这一年,利用大连化物所开发的具有世界领先水平的甲醇制烯烃技术,陕西省在渭南市华县(今华州区)建起万吨级工业性试验装置。

    “对于我们来说,这么大规模的试验从来没有过。如果试验成功,就意味着我们具备了编制百万吨级装置成套工艺包的能力。”刘中民说。

    700多个日日夜夜,团队十几个人坚守在试验现场,每天在几十米高的装置上爬上爬下,忙于试验。终于,2006年8月,试验获得成功:相关技术指标先进,日转化甲醇75吨。

    随后,刘中民团队和神华集团达成合作,签订60万吨/年甲醇制低碳烯烃技术许可合同。2010年8月,神华集团包头甲醇制烯烃技术工业装置投料试车一次成功,我国实现了这一领域关键技术及工业应用“零”的突破。

    “截至目前,甲醇制烯烃系列技术已经签订了32套装置的技术实施许可合同,烯烃产能达2160万吨/年;已投产的17套工业装置,烯烃产能超过1000万吨/年,新增产值每年约1000亿元。”刘中民自豪地列出这些数字。

    如今,在刘中民团队的不断探索优化下,甲醇制烯烃技术已经发展到第三代。“第三代技术的单套装置甲醇处理能力大幅增加,单位烯烃成本下降10%左右,能耗下降明显,经济效益显著提升。”刘中民介绍。

    科研攻关不停步,研发煤基乙醇新技术

    攻克了甲醇制烯烃技术的一道道难题,似乎可以“松一口气”了,但刘中民并未止步于此。在研发煤制烯烃技术的同时,他又瞄上了“煤制乙醇”这项富有挑战且应用前景广阔的技术。

    “科研成果能够满足经济社会发展需要,这样的科研才更有价值。”刘中民介绍,“目前,世界范围的乙醇生产主要依靠粮食等生物质原料制备,但根据我国的实际情况,以粮食为原料制备乙醇不适合大规模推广。”

    2012年,大连化物所和陕西延长石油(集团)有限公司合作开展“合成气制乙醇整套工艺技术”项目研发工作。2017年1月,具有我国自主知识产权的全球首套10万吨/年煤基乙醇工业示范项目完成全流程试验,生产出合格的无水乙醇。

    截至目前,煤基乙醇技术已签订12套技术许可合同,乙醇产能累计达到375万吨/年,煤基乙醇新兴产业已具雏形。这对保障我国能源安全、粮食安全以及实现“双碳”目标具有重要意义。

    近年来,助力实现碳达峰、碳中和目标是刘中民持续关注的重点课题。2019年,大连化物所联合中国科学院能源领域优势力量,牵头组建中国科学院洁净能源创新研究院,刘中民任院长;2023年,科技部成立了首届国家碳中和科技专家委员会,刘中民担任组长。“‘双碳’目标的实现是一个循序渐进的过程,希望我们能为推动绿色高质量发展作出更多贡献。”他说。

    在能源领域潜心攻关40余年,当年的年轻小伙已经两鬓斑白。“我只是广大科技工作者中的一员而已。”2023年7月,刘中民被评选为“最美科技工作者”,他谦虚地说,“这不仅仅是对我个人成绩的表彰,更是对我们团队工作的认可。科研是场接力赛,我们要继续完成好。”

    记者手记

    始终保持那份执着

    刘中民团队研发的煤制烯烃技术,从无到有,从实验室到工业应用,从第一代到第三代,因受到国际油价等因素影响,时而备受关注,时而无人问津,但刘中民始终坚持着,而且坚持了40余年。

    在逆境中坚持不懈,在顺境中顺势而为。

    无论困难有多大,无论成果有多少,刘中民始终保持着一名科技工作者的执着。推动煤炭安全绿色开发利用,助力构建“双碳”目标下的能源新格局……刘中民的科研工作在不断取得新进展的同时,又不断迎接着新挑战。在刘中民看来,研发具有颠覆性的技术肯定面临很多困难,但只要目标明确、直面问题、付诸行动,办法总比困难多。