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中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所所長劉中民——

跑好科研這場接力賽

2024年04月02日 15:21  |  作者:胡婧怡  |  來源:人民日報 分享到: 

人物小傳

劉中民,1964年生,河南周口人,中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所所長,長期從事煤化工、石油化工領域應用催化研究與技術開發。根據我國能源稟賦特點,劉中民帶領團隊開發了甲醇制烯烴(DMTO)技術,合作完成了工業性試驗和工業化。他曾獲得國家技術發明獎一等獎、國家科技進步獎一等獎、中國科學院杰出科技成就獎和最美科技工作者等榮譽。

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劉中民(右二)在與團隊成員討論研究項目。中國科學院大連化物所供圖

前段時間,中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所(以下簡稱“大連化物所”)所長劉中民一直往返于北京和大連兩地。雖然很辛苦,但劉中民覺得很值得。“‘變革性潔凈能源關鍵技術與示范’科技專項剛剛結項,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。”劉中民說。

作為這個科技專項的負責人,從上世紀80年代進入煤經甲醇制烯烴研究領域以來,劉中民一直從事催化劑和新催化工藝過程的基礎和應用研究,取得多項世界級創新成果并實現產業化,在推動煤炭清潔化利用等方面發揮了重要作用。

研究“以煤代油”技術,完善煤經甲醇制烯烴工藝

烯烴,是重要的基礎工業化學品之一,以往主要是從石油中提煉。

“上世紀70年代,不少國家啟動了煤經甲醇制烯烴技術的科技攻關計劃。”劉中民介紹,1983年,他從鄭州大學化學系畢業后來到大連化物所攻讀碩士學位,并接觸到相關研究課題,“我國的資源稟賦是富煤、貧油,因此,開展‘以煤代油’技術研究具有重要意義。”

1990年博士畢業后,劉中民正式加入大連化物所煤經甲醇制烯烴課題研究團隊,并于次年擔任課題組副組長,“當時,曾有人建議我出國發展,也有一些外國機構邀請,但我還是選擇留下來。”

為何留下?“煤制烯烴研究的接力棒傳到手上,我必須接好這一棒。”劉中民說,“如果能早日研究出‘以煤代油’技術,將是一件非常了不起的事情!”

煤制烯烴分為兩步,先是以煤為原料合成甲醇,再通過甲醇制取烯烴。“當時,煤合成甲醇已經有了成熟的工業技術,但甲醇制烯烴則是在世界范圍內極具挑戰性的研究方向。”劉中民回憶。

劉中民當時的主攻方向是二甲醚制取烯烴。“二甲醚是甲醇的脫水產物,二者轉化為烯烴的原理和催化過程是基本相同的。”劉中民說。

催化劑技術是首先要解決的難題。當時有ZSM—5分子篩催化劑和SAPO—34分子篩催化劑兩條技術路線,前者已有工業應用的例子,風險相對較小,而對于SAPO—34分子篩催化劑的工業應用,還需要進一步研究。劉中民經過認真分析后,決定“兩條腿走路”。隨著研究的深入,他和團隊發現,實際上SAPO—34分子篩催化劑的工業應用前景更好。

失敗,研究;再次失敗,繼續研究……1995年,劉中民帶領團隊完成了“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。這一成果最終獲得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。

“就在這時,國際油價大幅下跌,和石油制烯烴相比,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。”劉中民說,困難面前,唯有堅持。

1998年,劉中民從中國科學院爭取到一筆科研經費,他和團隊得以繼續開展研究。他們摸清了甲醇制烯烴過程的反應機理,并在此基礎上不斷完善工藝生產技術。

完成萬噸級工業性試驗,不斷推動技術優化升級

化工行業的一個新工藝過程,通常要經過多輪試驗和完善,從實驗室到中試再到工業示范生產,最后才能產業化。

“那些年,我們在做技術研發的同時,還要四處尋找資金支持。”劉中民回憶,“如何讓企業了解我們的技術前景和潛在優勢,說服他們支持建設萬噸級工業性試驗裝置,挑戰很大。”

2004年,國際油價開始回升,甲醇制烯烴技術的應用迎來新機遇。就在這一年,利用大連化物所開發的具有世界領先水平的甲醇制烯烴技術,陜西省在渭南市華縣(今華州區)建起萬噸級工業性試驗裝置。

“對于我們來說,這么大規模的試驗從來沒有過。如果試驗成功,就意味著我們具備了編制百萬噸級裝置成套工藝包的能力。”劉中民說。

700多個日日夜夜,團隊十幾個人堅守在試驗現場,每天在幾十米高的裝置上爬上爬下,忙于試驗。終于,2006年8月,試驗獲得成功:相關技術指標先進,日轉化甲醇75噸。

隨后,劉中民團隊和神華集團達成合作,簽訂60萬噸/年甲醇制低碳烯烴技術許可合同。2010年8月,神華集團包頭甲醇制烯烴技術工業裝置投料試車一次成功,我國實現了這一領域關鍵技術及工業應用“零”的突破。

“截至目前,甲醇制烯烴系列技術已經簽訂了32套裝置的技術實施許可合同,烯烴產能達2160萬噸/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。”劉中民自豪地列出這些數字。

如今,在劉中民團隊的不斷探索優化下,甲醇制烯烴技術已經發展到第三代。“第三代技術的單套裝置甲醇處理能力大幅增加,單位烯烴成本下降10%左右,能耗下降明顯,經濟效益顯著提升。”劉中民介紹。

科研攻關不停步,研發煤基乙醇新技術

攻克了甲醇制烯烴技術的一道道難題,似乎可以“松一口氣”了,但劉中民并未止步于此。在研發煤制烯烴技術的同時,他又瞄上了“煤制乙醇”這項富有挑戰且應用前景廣闊的技術。

“科研成果能夠滿足經濟社會發展需要,這樣的科研才更有價值。”劉中民介紹,“目前,世界范圍的乙醇生產主要依靠糧食等生物質原料制備,但根據我國的實際情況,以糧食為原料制備乙醇不適合大規模推廣。”

2012年,大連化物所和陜西延長石油(集團)有限公司合作開展“合成氣制乙醇整套工藝技術”項目研發工作。2017年1月,具有我國自主知識產權的全球首套10萬噸/年煤基乙醇工業示范項目完成全流程試驗,生產出合格的無水乙醇。

截至目前,煤基乙醇技術已簽訂12套技術許可合同,乙醇產能累計達到375萬噸/年,煤基乙醇新興產業已具雛形。這對保障我國能源安全、糧食安全以及實現“雙碳”目標具有重要意義。

近年來,助力實現碳達峰、碳中和目標是劉中民持續關注的重點課題。2019年,大連化物所聯合中國科學院能源領域優勢力量,牽頭組建中國科學院潔凈能源創新研究院,劉中民任院長;2023年,科技部成立了首屆國家碳中和科技專家委員會,劉中民擔任組長。“‘雙碳’目標的實現是一個循序漸進的過程,希望我們能為推動綠色高質量發展作出更多貢獻。”他說。

在能源領域潛心攻關40余年,當年的年輕小伙已經兩鬢斑白。“我只是廣大科技工作者中的一員而已。”2023年7月,劉中民被評選為“最美科技工作者”,他謙虛地說,“這不僅僅是對我個人成績的表彰,更是對我們團隊工作的認可。科研是場接力賽,我們要繼續完成好。”

記者手記

始終保持那份執著

劉中民團隊研發的煤制烯烴技術,從無到有,從實驗室到工業應用,從第一代到第三代,因受到國際油價等因素影響,時而備受關注,時而無人問津,但劉中民始終堅持著,而且堅持了40余年。

在逆境中堅持不懈,在順境中順勢而為。

無論困難有多大,無論成果有多少,劉中民始終保持著一名科技工作者的執著。推動煤炭安全綠色開發利用,助力構建“雙碳”目標下的能源新格局……劉中民的科研工作在不斷取得新進展的同時,又不斷迎接著新挑戰。在劉中民看來,研發具有顛覆性的技術肯定面臨很多困難,但只要目標明確、直面問題、付諸行動,辦法總比困難多。

編輯:位林惠