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    劉中民:以煤為基推動能源變革,雙碳下開啟新征程

    新京報發布時間:2022-09-22 10:09:54

      劉中民身上從不缺少光環——27歲擔任中國科學院大連化學物理研究所(簡稱“大連化物所”)甲醇制烯烴研究組副組長,31歲成為研究組組長,34歲成為研究室主任,51歲當選中國工程院院士。

      科研生涯碩果累累,背后是幾十年如一日的不懈攻堅?;赝^去,現任大連化物所所長的劉中民稱,科研讓自己興奮。2010年8月8日,世界首套DMTO工業示范裝置一次開車成功并穩定運轉。次年一月,正式進入商業化運營階段。這是劉中民擔任組長完成的一個重要突破,帶領團隊躬身數載,劉中民至今記得成功投產那一刻,“所有人都沸騰了,大家激動地流下眼淚,這代表著數十年的研究成果正式投入使用,我們做研究的就是為了最后能夠應用。”

      走出實驗室,走向工業化

      劉中民讀書時正趕上“科學的春天”。彼時,徐遲的報告文學《哥德巴赫猜想》傳遍街頭巷尾,其中陳景潤鉆研科學的精神影響了一代人,也讓科研開始在劉中民心中萌芽,希望自己也能有機會攀登科學高峰。

      1979年,在“學好數理化,走遍天下都不怕”氛圍下,劉中民考進鄭州大學化學系,四年后進入大連化物所讀研。

      “迷迷糊糊”,劉中民這樣描述學習進階之路。盡管尚不知自己所學有何用,卻也開始慢慢接觸煤制烯烴的研究。

      彼時,全球剛經歷兩次石油危機,石油價格飆升13倍,最高至39美元/桶,不少國家開始思考石油用盡后的對策,并啟動了以煤經甲醇制烯烴為主的科技攻關計劃。也是這個時候,劉中民所在的大連化物所承擔了甲醇制取低碳烯烴(MTO)研究工作,推出“煤代油”方案。

      劉中民進入大連化物所,從小課題開始研究,碩士期間就已經接觸國家項目的部分研究,從一名學生到助理研究員再到副研究員,他逐漸感受到科研的魅力,也意識到自己積累的知識最終要解決哪些科學問題。

      1995年夏天,還在上海青浦做試驗的劉中民,得知自己成為甲醇制烯烴研究組組長。當年,劉中民僅31歲。

      甲醇制取低碳烯烴是石油危機下的一種嘗試,即從煤或天然氣出發制取化工產品,以煤代油。劉中民解釋,我國“富煤、缺油、少氣”,化石能源資源稟賦決定了現階段以煤為主的能源生產與消費格局。隨著國際形勢不穩定、不確定性日趨復雜,煤炭是維護我國能源安全最可靠資源。

      1995年,劉中民帶領研究組完成了流化床MTO過程的中試運轉,次年這一成果獲得了中科院科技進步獎特等獎,以及原國家計委、國家科委與財政部聯合頒發的“八五”重大科技成果獎。

      “八五”攻關任務收官,大連化物所這一研究并未止步,而是有意由實驗室推向工業化,真正實現落地。此后,劉中民帶領團隊著手研究MTO的工業性試驗,并將技術命名為DMTO。

      現實遠比想象“骨感”,其間正值國際油價下跌,一度跌至不足10美元/桶。與石油制烯烴相比,煤炭制烯烴的成本太高,這直接影響了DMTO的經濟性,企業不愿投資,國家經費也沒能拿到。

      研究陷入資金短缺僵局,劉中民沒有放棄,在推動技術研發的同時,他四處奔波尋找項目經費。

      直到油價逐步回升,甲醇制烯烴再次被關注,劉中民團隊也得到了來自陜西新興煤化工公司8310萬元的投資機會。2004年8月,大連化物所與陜西新興煤化工公司、中國石化集團洛陽石油化工工程公司合作,各自發揮優勢開展合作,共同開發DMTO工業化成套技術。計劃在大連化物所中試研究成果的基礎上,建設一套年加工1.67萬噸甲醇的工業化試驗裝置。

      將技術由實驗室帶到工廠,實現“零”的突破

      把技術由實驗室帶到工廠,不是簡單地放大。十幾人到上百人,36米高裝置,這些對劉中民來說都是個不小的挑戰。“如果投產成功了,我們的煤化工出路也就打開了。這一步一旦失敗,說明戰略方向有問題,會直接影響我們的政策和產業發展。”

      提起這段經歷,劉中民坦言,工業性試驗時壓力最大,“8000多萬巨款,一大群人為此努力。我作為總負責人有很大的責任。”

      重壓之下,劉中民從未對這一技術產生過懷疑,更多的是擔憂安全及環境問題。這些在實驗室不太會遇到的問題,走進工廠就需要格外注意,出了問題可能會直接導致項目“夭折”。

      “中途被斃,做了一半等于沒做。這樣的機會一輩子只有一次,失敗了就再也不會有了。”

      劉中民回憶,當時工業性試驗裝置建在華山腳下,遠處經常會傳來采礦放炮的悶響聲。剛開始每次聲響自己都會心中一驚,擔心是不是出了什么事。

      時間久了,他會去看裝置火炬亮不亮,“只要火炬亮著,我們的裝置就沒有大問題。”

      劉中民在這樣緊張氣氛中,不知度過多少個日夜。除了睡覺,基本都在裝置現場總結數據、查找問題及原因、關注安全。“一度草木皆兵”,回想當時狀態,劉中民稱:“我作為負責人,即使內心再緊張也不能表現出來,我必須得給大家信心。”

      經過兩年通力合作,2006年,“甲醇制取低碳烯烴技術開發”工業性試驗項目取得重大突破性進展,在日處理甲醇50噸的工業化試驗裝置上實現了甲醇轉化率接近100%、低碳烯烴(乙烯、丙烯、丁烯)選擇性達90%以上的目標。

      經國家發改委2006年12月核準,世界首套煤制烯烴工廠,在內蒙古包頭市的神華集團落定。這是“十一五”期間國家核準的首個特大型煤制烯烴工業化示范項目,也是全球最大的,以煤為原料,通過煤氣化制甲醇、甲醇轉化制烯烴、烯烴聚合生產聚烯烴的特大煤化工項目。

      2010年8月8日,世界首套DMTO工業示范裝置一次開車成功并穩定運轉。次年一月,正式進入商業化運營階段。由此,我國率先實現了甲醇制烯烴核心技術及工業應用“零”的突破。

      第一代技術攻堅之后,劉中民又帶領團隊繼續突破,具備更高烯烴收率的第二代甲醇制烯烴(DMTO-II)技術工業化試驗也在陜西華縣基地進行著,并在2015年成功投產,DMTO-II的開發進一步鞏固了我國在世界煤基烯烴工業化產業中的國際領先地位。

      2020年,第三代甲醇制烯烴(DMTO-Ⅲ)技術通過了科技成果鑒定。DMTO-Ⅲ技術采用新一代催化劑,通過對反應器和工藝過程的創新,不需要設單獨的副產的碳四以上組分裂解單元,可實現單套工業裝置甲醇處理量300萬噸/年以上,噸烯烴(乙烯+丙烯)甲醇消耗可降到2.60-2.70噸。

      目前,DMTO系列技術已累計技術許可31套工業裝置(投產16套),對應烯烴產能2025萬噸/年,預計拉動投資超4000億元,全部投產后可實現年產值超2000億元人民幣。

      “雙碳”目標開啟新征程,“有挑戰就想辦法破解”

      2020年,我國提出“雙碳”目標,煤化工產業所面臨的新挑戰被推至臺前。

      煤炭、石油、天然氣三種化石燃料中,煤炭轉化相對來說排放二氧化碳最多。某種程度上而言,煤化工發展與減排相悖。目前,我國尚不能完全“去煤化”,如何在“雙碳”目標下保障安全與發展,保障產業鏈完整和供應鏈穩定,成為研究的新課題。

      劉中民提出煤化工和石油化工協調發展策略,如今兩者已非“替代”關系,而是要促進其相互協調,支撐國家發展。

      “現在全世界還處于石油時代,但是我們又缺油,因此要把發展立足在自己的基礎之上,減少石油依賴。但發展煤化工也不能立足于把石油化工完全替代,這需要國家在大格局下統籌協調。”他進一步解釋稱,技術上來看,相較于其他生產方式,煤制醇類、酸類等含氧化合物具有天然優勢,這是石油化工很難做到的。未來煤化工領域的重點是以合成氣、甲醇轉化為平臺,耦合石油基原料(苯、甲苯、石腦油等),實現烯烴、芳烴和含氧化合物大宗化學品/燃料的合成技術變革,踐行煤化工與石油化工的協調發展,構建更加合理的產業結構。

      對于煤化工的作用和地位,劉中民稱,在過渡期煤化工有兩個根本職能:一個是作為戰略儲備,保安全。另一個就是支撐轉型發展,保障產業鏈的完整性和穩定性。

      劉中民表示,“雙碳”目標不只是某個產業的問題,而是要從頂層設計上去研究分析。他目前也在和其他領域院士專家合作,試圖厘清其中的輕重緩急,搞清楚每一步怎么走。“雙碳”目標提出后,光技術路線就提出來上千種,各有各的道理,其中有真有假、有虛有實,但科研人員不能做假事、虛事,要做真事實事。

      對于挑戰,劉中民并不擔憂,“我們做研究本身就是面對各種挑戰,既然有挑戰就想辦法破解,科研人員從不怕挑戰。”

      為了更好地服務于國家戰略,劉中民參與了中科院“十四五”能源規劃、中科院“雙碳”戰略行動計劃、“雙碳”重點專項任務。“作為一個科技工作者要關注國家這些大事和形勢發展,要做好參謀,提出正確的意見和建議。”

      最近,劉中民和他的同事頻繁往返于大連與榆林,其團隊歷時十年科技攻關的50萬噸/年煤基乙醇工業裝置將正式投料試車工作,這一項目成功投產意味著乙醇生產邁入大規模工業化時代。“乙醇是世界公認的清潔環保燃料、油品質量改良劑,此前乙醇主要來源于糧食,受產量限制,不能普遍使用,如果從煤中來,對于我們的糧食安全和環境保護都有一定的好處。”

      對于未來研究計劃,劉中民稱應該注重培養年輕人做事,“什么年紀做什么事,退休前就把接力棒交給年輕人,一代更比一代強,要相信年輕人,給他們更多機會。”

      匠心解讀

      如何理解匠心精神?

      匠心精神如何堅守,如何傳承?

      劉中民:大膽探索,精益求精,追求完美。

      我們的技術從投產到現在已經發展到第三代了,我們還在不斷探索,新技術還可能會把自己以前的技術給否定掉,總體上還是要持續不斷地追求進步。

      匠人心聲

      什么時候是你認為最艱難的時候?能夠堅持下去的原因是什么?

      劉中民:我沒有因為科研而苦惱的時候,可能會遇到一些問題和一些困惑,那就琢磨怎么解決。我有時候解決這些問題,是睡覺做夢想出來的,夢醒了就趕緊拿筆記下來。

      面對挑戰去解決問題,本來就是我的職業特點,科研工作的基本素質要求就是不怕挑戰,所以也不存在很苦惱的情況,有時候會表現出來有困擾,但不是內心的苦惱。

      你希望未來還取得怎樣的成就,對于未來有怎樣的期待?

      劉中民:科研是我的主業,但我的年齡不斷增大,接下來應該注重培養年輕人,讓我們的團隊持續做更多更大的事。培養不是一個簡單的活,不是拔苗助長,而是需要用實際的事情去鍛煉,實戰中成長。

      技術上,我們關注的煤化工和石油化工協調,實際上是有技術對應的,我們主要盯基礎化學品,合成氣直接制烯烴、芳烴等新技術正在快速突破,接下來準備把一批新技術陸續投入工業化,相信很快就會實現。

      你感覺你獲得的最大的快樂是什么?

      劉中民:科研讓我快樂,科研是對未知事情的認識,探索現象背后的科學規律。我們有可能會突發奇想,用科學知識很輕松地去解決一個很困難的事兒。所學能有所用,這時候就會有成就感和愉悅感。如果技術最終能為國家所用,就會更快樂。(作者:宋美璐)

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