煤炭清洁利用的“魔术师”——记中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所所长刘中民
2023-08-13 07:38:51 来源:经济日报 编辑:

“我就是很多科技工作者中的一员而已,还是要踏踏实实地工作。”日前,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,得知自己获得2022年全国“最美科技工作者”称号,谦虚地说道。

40多年来,刘中民深耕能源化工领域应用催化研究与技术开发工作,他是把煤变成烯烃的“魔术师”,推动孵化上千亿产值的煤化工产业;他成功开辟了“煤基乙醇”的新赛道,让乙醇生产与粮食脱钩。他先后获得国家技术发明奖一等奖、国家科技进步奖一等奖、“八五”重大科技成果奖、中国科学院杰出科技成就奖等奖项。

挑战世界性课题

烯烃讲起来拗口,其实就是塑料的原料,离我们的生活并不遥远。轮胎、牌匾、鞋子、衣服等,一切有塑料的地方,大都有烯烃的存在。烯烃是重要的基础化工原料,在传统技术中,主要从石油中提炼。

“我国石油资源短缺的状况,决定了我们不能走完全依赖石油制烯烃的道路,‘以煤代油’关系到我国经济长期稳定发展和能源安全,必须立足于自己的资源禀赋做出我们需要的产品。”刘中民说。

上世纪70年代,一些发达国家开始研发新的煤炭技术和设备,“以煤代油”进行烯烃的高效生产。中国科学院大连化物所也注意到了这项特殊的技术——煤制烯烃,并开始组建团队进行深入研究。

1983年,年轻的刘中民进入中国科学院大连化物所,从此开启了烯烃生产新技术的研究之路。

煤制烯烃要分两步走,第一步是以煤为原料合成甲醇,第二步是通过甲醇制取烯烃。“当时煤合成甲醇已经有了成熟的工业技术,而甲醇制烯烃则是待攻克的关键核心技术,也是世界范围内极具挑战性的课题。”刘中民说。

1990年,刘中民被任命为中国科学院大连化物所甲醇制烯烃研究组副组长,带领团队开始科技攻关。经过6年奋战,刘中民研究团队取得了技术突破,完成了“合成气经由二甲醚制取烯烃工艺”技术的中试试验。该技术还获得中国科学院科技进步奖特等奖。

如果单从技术角度看,这已经突破了该领域的世界性难题。作为一名科研人员,刘中民似乎可以松一口气了,但他并未就此止步。“科学家当然希望只做科学,但科学要为社会服务,我们就得转变观念、转变角色,直到能把技术落地,真正服务于国家、服务于社会。”刘中民说。

开展工业性试验

通过与该领域专家多次交流后,刘中民明白,必须要找企业开展工业性试验,才能把实验室里的技术转化成现实生产力。但是面对当时低迷的国际油价,企业对煤炭替代石油生产烯烃项目的积极性普遍不高。

为此,刘中民开始在全国主动寻找投资。他已经记不清究竟去过多少地方、联系过多少公司。无数次碰壁后,直到陕西省政府看中这项技术后,刘中民亲自带领团队在陕西省渭南市华州区一家化工厂安营扎寨,搭建起工业性试验装置,开启了至关重要的万吨级大型试验。

工业性试验的成功不是一蹴而就的。彼时,整个厂区只有甲醇制烯烃工业性试验装置孤独地矗立着,工厂基础设施简陋,环境异常恶劣,空气里处处弥散着氨、硫化氢的刺鼻味道,充斥着黑烟、飞尘和煤灰。就是在这样艰苦的条件下,刘中民带领团队在厂区度过了700多个日日夜夜。这期间,他几乎没睡过一个踏实觉,每过一会儿就要爬起来看看装置上面的火炬是否还亮着,如果火炬燃烧,说明装置运行正常,他才敢躺下眯一会。“火要不亮就得赶紧往那跑,说明出事了。”令刘中民忧心的是,如此大规模的试验,环节众多、复杂繁琐,要是哪个环节出了问题,以后可能就没有机会再进行试验了。

在2006年,甲醇制烯烃(DMTO)工业性试验宣告成功;2010年,神华包头180万吨/年甲醇制烯烃工业装置投料试车一次成功,实现煤制烯烃工业化应用。

“那一刻,所有人都沸腾了,大家激动得流下眼泪,这代表着数十年的研究成果正式投入使用,我们做研究的目的就是为了最后得到应用。”刘中民至今记得试验成功时的画面。

截至目前,甲醇制烯烃系列技术已经签订了31套装置的技术实施许可合同,烯烃产能达2025万吨/年,约占全国当前产能的三分之一。已投产的16套工业装置,烯烃产能超过930万吨/年,新增产值超过930亿元/年。如今,甲醇制烯烃技术已经发展到第三代,刘中民团队还在不断探索优化,以推动该技术持续升级换代,使我国始终保持在该领域的国际领先地位。

探索低碳化路径

“国家要发展,能源消耗总量还会增加,能源保障和安全事关国计民生。要推进煤炭安全绿色开发利用,就必须走低碳化的路子,这对我们来说是巨大的挑战。”刘中民说。

煤制烯烃大获成功后,刘中民又把目光投向了煤制乙醇。传统乙醇生产技术主要以粮食为原料进行发酵。但当前,我国燃料乙醇供应存在着千万吨的缺口。如何既填补缺口,又不与人争粮食?

“科研当报国,作为科技工作者,我做的工作是找到代替石油的生产方式,这不仅是产业发展的需要,更是国家战略的长远需求。”刘中民又一次带领团队埋头苦干、深入钻研。经过多年攻关,他和团队开发了煤基二甲醚制乙醇技术,实现煤经二甲醚羰基化制乙醇技术工业化。截至目前,煤基乙醇技术已签订了11套技术许可合同,乙醇产能累计达到345万吨/年,将有效满足我国对燃料乙醇的巨大需求,开创乙醇多元化供应的新局面。

推动煤炭清洁绿色的开发利用,接下来的路该怎么走?刘中民早有深入思考。“那些颠覆性技术就看你敢不敢想,如果有目标就要敢于提出问题,从而付诸实践。”刘中民告诉记者,煤炭清洁低碳高效开发利用的路径非常丰富,煤制芳烃、煤制含氧化物等新技术正在快速突破中,有望成为战略性新兴产业。

近年来,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,中国科学院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。随后,中国科学院洁净能源创新研究院高度关注陕西、山东、河南等典型化工产业富集地区,在这些区域统筹部署多能融合相关技术先行先试,积累经验,促进技术迭代,以点带面推动“双碳”目标下我国能源新体系构建。

过去一年,刘中民还积极推进本单位与其他科研单位合作,希望基于中国科学院能源领域科技布局与进展,探讨各能源领域碳减排技术路径,以多能融合破除各类能源及各种行业间的技术壁垒、体制障碍,以区域示范形成低碳发展新格局。

“‘双碳’目标的实现是一个循序渐进的过程。希望通过我们的努力,为国家能源安全和能源革命作出贡献,助力绿色发展之路走得更远更好。”刘中民说。 (经济日报记者 郭静原)

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