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煤炭清潔利用的“魔術(shù)師”——記中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所所長劉中民

2023-08-13 07:52:17 來源：經(jīng)濟日報

“我就是很多科技工作者中的一員而已，還是要踏踏實實地工作。”日前，中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所所長劉中民，得知自己獲得2022年全國“最美科技工作者”稱號，謙虛地說道。

【資料圖】

40多年來，劉中民深耕能源化工領(lǐng)域應(yīng)用催化研究與技術(shù)開發(fā)工作，他是把煤變成烯烴的“魔術(shù)師”，推動孵化上千億產(chǎn)值的煤化工產(chǎn)業(yè)；他成功開辟了“煤基乙醇”的新賽道，讓乙醇生產(chǎn)與糧食脫鉤。他先后獲得國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎、國家科技進步獎一等獎、“八五”重大科技成果獎、中國科學(xué)院杰出科技成就獎等獎項。

挑戰(zhàn)世界性課題

烯烴講起來拗口，其實就是塑料的原料，離我們的生活并不遙遠。輪胎、牌匾、鞋子、衣服等，一切有塑料的地方，大都有烯烴的存在。烯烴是重要的基礎(chǔ)化工原料，在傳統(tǒng)技術(shù)中，主要從石油中提煉。

“我國石油資源短缺的狀況，決定了我們不能走完全依賴石油制烯烴的道路，‘以煤代油’關(guān)系到我國經(jīng)濟長期穩(wěn)定發(fā)展和能源安全，必須立足于自己的資源稟賦做出我們需要的產(chǎn)品。”劉中民說。

上世紀70年代，一些發(fā)達國家開始研發(fā)新的煤炭技術(shù)和設(shè)備，“以煤代油”進行烯烴的高效生產(chǎn)。中國科學(xué)院大連化物所也注意到了這項特殊的技術(shù)——煤制烯烴，并開始組建團隊進行深入研究。

1983年，年輕的劉中民進入中國科學(xué)院大連化物所，從此開啟了烯烴生產(chǎn)新技術(shù)的研究之路。

煤制烯烴要分兩步走，第一步是以煤為原料合成甲醇，第二步是通過甲醇制取烯烴。“當(dāng)時煤合成甲醇已經(jīng)有了成熟的工業(yè)技術(shù)，而甲醇制烯烴則是待攻克的關(guān)鍵核心技術(shù)，也是世界范圍內(nèi)極具挑戰(zhàn)性的課題。”劉中民說。

1990年，劉中民被任命為中國科學(xué)院大連化物所甲醇制烯烴研究組副組長，帶領(lǐng)團隊開始科技攻關(guān)。經(jīng)過6年奮戰(zhàn)，劉中民研究團隊取得了技術(shù)突破，完成了“合成氣經(jīng)由二甲醚制取烯烴工藝”技術(shù)的中試試驗。該技術(shù)還獲得中國科學(xué)院科技進步獎特等獎。

如果單從技術(shù)角度看，這已經(jīng)突破了該領(lǐng)域的世界性難題。作為一名科研人員，劉中民似乎可以松一口氣了，但他并未就此止步。“科學(xué)家當(dāng)然希望只做科學(xué)，但科學(xué)要為社會服務(wù)，我們就得轉(zhuǎn)變觀念、轉(zhuǎn)變角色，直到能把技術(shù)落地，真正服務(wù)于國家、服務(wù)于社會。”劉中民說。

開展工業(yè)性試驗

通過與該領(lǐng)域?qū)＜叶啻谓涣骱螅瑒⒅忻衩靼祝仨氁移髽I(yè)開展工業(yè)性試驗，才能把實驗室里的技術(shù)轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實生產(chǎn)力。但是面對當(dāng)時低迷的國際油價，企業(yè)對煤炭替代石油生產(chǎn)烯烴項目的積極性普遍不高。

為此，劉中民開始在全國主動尋找投資。他已經(jīng)記不清究竟去過多少地方、聯(lián)系過多少公司。無數(shù)次碰壁后，直到陜西省政府看中這項技術(shù)后，劉中民親自帶領(lǐng)團隊在陜西省渭南市華州區(qū)一家化工廠安營扎寨，搭建起工業(yè)性試驗裝置，開啟了至關(guān)重要的萬噸級大型試驗。

工業(yè)性試驗的成功不是一蹴而就的。彼時，整個廠區(qū)只有甲醇制烯烴工業(yè)性試驗裝置孤獨地矗立著，工廠基礎(chǔ)設(shè)施簡陋，環(huán)境異常惡劣，空氣里處處彌散著氨、硫化氫的刺鼻味道，充斥著黑煙、飛塵和煤灰。就是在這樣艱苦的條件下，劉中民帶領(lǐng)團隊在廠區(qū)度過了700多個日日夜夜。這期間，他幾乎沒睡過一個踏實覺，每過一會兒就要爬起來看看裝置上面的火炬是否還亮著，如果火炬燃燒，說明裝置運行正常，他才敢躺下瞇一會。“火要不亮就得趕緊往那跑，說明出事了。”令劉中民憂心的是，如此大規(guī)模的試驗，環(huán)節(jié)眾多、復(fù)雜繁瑣，要是哪個環(huán)節(jié)出了問題，以后可能就沒有機會再進行試驗了。

在2006年，甲醇制烯烴（DMTO）工業(yè)性試驗宣告成功；2010年，神華包頭180萬噸/年甲醇制烯烴工業(yè)裝置投料試車一次成功，實現(xiàn)煤制烯烴工業(yè)化應(yīng)用。

“那一刻，所有人都沸騰了，大家激動得流下眼淚，這代表著數(shù)十年的研究成果正式投入使用，我們做研究的目的就是為了最后得到應(yīng)用。”劉中民至今記得試驗成功時的畫面。

截至目前，甲醇制烯烴系列技術(shù)已經(jīng)簽訂了31套裝置的技術(shù)實施許可合同，烯烴產(chǎn)能達2025萬噸/年，約占全國當(dāng)前產(chǎn)能的三分之一。已投產(chǎn)的16套工業(yè)裝置，烯烴產(chǎn)能超過930萬噸/年，新增產(chǎn)值超過930億元/年。如今，甲醇制烯烴技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第三代，劉中民團隊還在不斷探索優(yōu)化，以推動該技術(shù)持續(xù)升級換代，使我國始終保持在該領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。

探索低碳化路徑

“國家要發(fā)展，能源消耗總量還會增加，能源保障和安全事關(guān)國計民生。要推進煤炭安全綠色開發(fā)利用，就必須走低碳化的路子，這對我們來說是巨大的挑戰(zhàn)。”劉中民說。

煤制烯烴大獲成功后，劉中民又把目光投向了煤制乙醇。傳統(tǒng)乙醇生產(chǎn)技術(shù)主要以糧食為原料進行發(fā)酵。但當(dāng)前，我國燃料乙醇供應(yīng)存在著千萬噸的缺口。如何既填補缺口，又不與人爭糧食？

“科研當(dāng)報國，作為科技工作者，我做的工作是找到代替石油的生產(chǎn)方式，這不僅是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，更是國家戰(zhàn)略的長遠需求。”劉中民又一次帶領(lǐng)團隊埋頭苦干、深入鉆研。經(jīng)過多年攻關(guān)，他和團隊開發(fā)了煤基二甲醚制乙醇技術(shù)，實現(xiàn)煤經(jīng)二甲醚羰基化制乙醇技術(shù)工業(yè)化。截至目前，煤基乙醇技術(shù)已簽訂了11套技術(shù)許可合同，乙醇產(chǎn)能累計達到345萬噸/年，將有效滿足我國對燃料乙醇的巨大需求，開創(chuàng)乙醇多元化供應(yīng)的新局面。

推動煤炭清潔綠色的開發(fā)利用，接下來的路該怎么走？劉中民早有深入思考。“那些顛覆性技術(shù)就看你敢不敢想，如果有目標就要敢于提出問題，從而付諸實踐。”劉中民告訴記者，煤炭清潔低碳高效開發(fā)利用的路徑非常豐富，煤制芳烴、煤制含氧化物等新技術(shù)正在快速突破中，有望成為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

近年來，實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標是劉中民持續(xù)關(guān)注的重點課題。2019年，中國科學(xué)院大連化物所聯(lián)合中國科學(xué)院能源領(lǐng)域優(yōu)勢力量，牽頭組建中國科學(xué)院潔凈能源創(chuàng)新研究院，劉中民任院長。隨后，中國科學(xué)院潔凈能源創(chuàng)新研究院高度關(guān)注陜西、山東、河南等典型化工產(chǎn)業(yè)富集地區(qū)，在這些區(qū)域統(tǒng)籌部署多能融合相關(guān)技術(shù)先行先試，積累經(jīng)驗，促進技術(shù)迭代，以點帶面推動“雙碳”目標下我國能源新體系構(gòu)建。

過去一年，劉中民還積極推進本單位與其他科研單位合作，希望基于中國科學(xué)院能源領(lǐng)域科技布局與進展，探討各能源領(lǐng)域碳減排技術(shù)路徑，以多能融合破除各類能源及各種行業(yè)間的技術(shù)壁壘、體制障礙，以區(qū)域示范形成低碳發(fā)展新格局。

“‘雙碳’目標的實現(xiàn)是一個循序漸進的過程。希望通過我們的努力，為國家能源安全和能源革命作出貢獻，助力綠色發(fā)展之路走得更遠更好。”劉中民說。（經(jīng)濟日報記者郭靜原）

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