让煤七十二变——全国政协常委、中国工程院院士刘中民

发表时间:2024-05-28 17:57来源:人民政协报

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刘中民(左三)与科研团队讨论问题 (图片由受访者提供)


刘中民

全国政协常委,辽宁省政协副主席,民盟辽宁省委会主任委员,中国工程院院士,中国科学院大连化学物理研究所所长,低碳催化技术国家工程研究中心主任,国家能源低碳催化与工程研发中心主任,获“最美科技工作者”称号。

您或许没有想过,煤除了拿来烧,还能做什么?或者换个问法:黑黢黢的煤能变成什么?

如果告诉您,黑黢黢的煤能够变成色彩亮丽的电器外壳、五颜六色的服装面料、汽车轮胎……您也许会说我在异想天开。但这正是中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)攻关40年的科研方向。全国政协常委、中国工程院院士刘中民在这过程中是见证者,也是亲历者。而今,这一成果早已被应用、量产。您现在正在使用的手机外壳、眼镜框架、衬衫纽扣等没准就是由一块煤变身而成的。

从19岁考入大连化物所攻读研究生,到成为大连化物所所长,刘中民始终致力于能源化工领域,执着地要将煤变成国家急需的各种生产、生活物资。这种“变”绝非基于贸易的等价交换,而是基于科技成果的可控的化学反应;这种“变”是世界性难题,却也是刘中民一路走来,不断征服的科研高峰。

哥德巴赫猜想到科研报国志向

学文还是学理,大学读什么专业?这些对于学生时代的刘中民来说,从来就没有纠结过。上世纪70年代末,重新恢复高考还没有几年,建设“四个现代化”成为知识分子的共同追求。“那时候,在我们学生中间流传着一句话‘学好数理化,走遍天下都不怕!’理科自然成为我的首选。”这是刘中民的选择,也是时代的选择。

1978年的一天,刘中民和学校里备战高考的同学一起被叫到大礼堂听报告。报告的内容就是一篇被人民日报刊发的题为《哥德巴赫猜想》的报告文学。刘中民至今还记得那天自己情绪的变化。“刚开始有些急躁,正是备战高考的关键时期,分秒必争的时候,哪有心思听什么报告呢?后来,越听越有意思,徐迟先生描述的数学家陈景润的形象越来越具体,也越来越具有感染力。再后来,心情有些激动,自己也想成为像陈景润一样的科学家,期待着有朝一日能够攻克国际难题,为国争光。”

《哥德巴赫猜想》无疑把一颗种子埋进了刘中民的心底,刘中民时常用自己的勤奋浇灌这颗种子,这颗种子又不时给予刘中民奋发向上的力量。用知识改变自己的命运,将自己的命运与国家和民族连接在一起,一股热血时常涌动在刘中民的心头。

1979年,刘中民一举考取了郑州大学化学系。4年的学习,刘中民不敢懈怠,他立志要考研读博,成为一名真正的科研工作者。研究生往哪儿考,成为有志于此的同学们热议的话题。“当时,我记不住从哪儿听说,中国科学院挺好,就是挺难考,”刘中民回忆道,“一听说很难考,我就来了兴致,那我就试试看么。”

现在看来绝非刘中民狂妄自大,而是他的心里就有一种迎难而上,不达目的誓不罢休的韧劲。1983年,刘中民如愿以偿,成为中国科学院大连化学物理研究所的一名硕士研究生。在大连化物所,刘中民遇到了更多的“同类”。在不服输的性格和科研报国的志向双重驱动下,他又很快从“同类”中脱颖而出。入学不久后,刘中民就成为甲醇制取烯烃这一重点课题组的成员。这一干就是40年。

从1万吨/年到1000万吨/年

烯烃是重要的基础化工原料,一切有塑料的地方,大都有烯烃的存在。在传统技术中,烯烃主要从石油中提炼。“但富煤贫油少气的基本国情,决定了我们不能走完全依赖石油制烯烃的道路。”刘中民介绍说,将煤变为烯烃,简单说来要分成两步,首先把煤制成甲醇,再将甲醇制成烯烃。上世纪80年代,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。

从硕士到博士,从助理研究员到副研究员,再到研究员、课题组组长。十年磨一剑,1995年刘中民团队采用自己的技术路线,终于完成了“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。这一成果获得了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。

单从技术角度看,这已经突破了该领域的世界性难题,但在刘中民心里,他还有更多的工作需要做。“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。

正当课题组高歌猛进、致力于放大工业规模之时,国际石油价格大幅下跌,这让煤制烯烃的工业化应用进程受到了前所未有的影响。“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。”丰满的理想遭遇骨感的现实,逼迫刘中民作出决断。

放弃还是继续?这个问题刘中民问过自己不止一百遍。“实体经济的发展需要依靠资源,从安全的角度来说,如果我国石油进口的依存度过高,会带来一定风险。一旦进口石油不顺畅,会造成一系列产业链的风险。”刘中民下定决心:“要为国家守住安全底线。”

为了进一步在放大中验证和完善技术,1998年刘中民向中国科学院递交报告,希望可以“借钱”继续研究这项技术。不久后,中国科学院特批了100万元科研经费。“利用这笔经费,我们进一步研究了甲醇制烯烃过程的反应机理,完善了催化剂放大和工艺技术,同时继续寻找进一步放大试验的机会。”刘中民说。

直到2004年,国际油价攀升,甲醇制烯烃又一次得到了业内重视,煤炭资源富集的陕西省成为了“第一个吃螃蟹的人”。破土动工,当年8月总投资8610万元、年处理甲醇能力1.67万吨的工业性试验装置,在陕西省华县(现渭南市华州区)开工建设。

“试验厂区,试验装置建得很好,但周边基础条件比较简陋,整个厂区只有甲醇制烯烃工业性试验装置孤独地矗立着。”与之一同镌刻进刘中民记忆的,还有700多个不能安睡的夜晚。“装置上面的火炬就犹如信号灯。过一会儿就要起床看看火炬是不是还亮着,有没有异常;火要不亮就得赶紧往那跑,说明可能有问题。100多人,36米高的大型装置,任何一个环节都不能出问题,工业性试验机会来之不易。”

直到2006年5月,甲醇制烯烃工业性试验宣告成功,这为设计建设更大规模的生产装置积累了可靠数据。2010年,神华包头180万吨/年甲醇制烯烃工业装置建成并投料试车一次成功,我国在世界上首次实现煤制烯烃工业化。

40多年里,大连化物所围绕煤制烯烃完成了科研攻关和技术迭代。而今,刘中民带头研发的甲醇制烯烃技术已经签订了34套装置的技术实施许可合同,烯烃设计产能达2320万吨/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。

从科学研究到战略研究

马克思说,在科学上没有平坦的大道,只有不畏劳苦,沿着陡峭山路攀登的人,才有希望达到光辉的顶点。

技术升级之路没有尽头。甲醇制烯烃技术目前已发展应用到第三代技术,与前两代技术相比,在反应器尺寸基本不变的情况下,第三代技术使甲醇处理量从每年180万吨提升到360万吨;吨烯烃甲醇单耗从之前的3吨下降到2.6至2.7吨;换算成烯烃的产量,就是从每年60万吨增加到135万吨。

最近,“变革性洁净能源关键技术与示范”科技专项也刚刚结项。刘中民表示:“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。”

在煤制烯烃发展过程中,煤制乙醇是刘中民另一个瞄准的方向。“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?”

2010年10月,刘中民研究团队在一条全新的“赛道”上,正式开展煤制乙醇技术攻坚。然而,催化剂活性低、稳定性差,是面临的最大问题。为此,研究人员进行了多年探索,在2013年开发出了较为稳定的催化剂,并完成了项目中试研究工作。2017年1月11日,具有我国自主知识产权技术的全球首套10万吨/年煤基乙醇工业示范项目打通全流程,生产出合格无水乙醇。目前,煤基乙醇技术已签订了13套技术许可合同,乙醇产能累计达到395万吨/年。煤基乙醇技术不但可以以煤为原料,也能以天然气、生物质、钢厂煤气为原料生产乙醇。

在“双碳”目标下,打造新质生产力,推动煤炭清洁绿色开发利用,是刘中民始终不变的追求。他常说“做科研要有想象力,要敢于突破。而今,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。”

作为科技战线上的全国政协委员,2022年,刘中民就曾联合科技界别20位全国政协委员联名提交了《关于设立颠覆性技术国家专项创新基金》的提案,呼吁在国家层面为颠覆性技术研发提供资金支持。

最近两年,刘中民依然聚焦能源科技领域。他在提交全国政协的《关于促进科技成果转化的提案》中建议,建立国家级对接平台,使对接活动“制度化”和“定期化”;科技成果“清单化”,促进科技成果落地转化;对接方式“多样化”,务求实效性;服务“市场化”,大力发展科技服务业。在《关于积极推进能源国际合作的提案》中提出,加强能源科技创新与国际合作,促进全球能源绿色低碳发展;以“一带一路”为依托,深化能源国际合作;构建具有中国特色的对外能源话语体系,积极参与全球能源治理。

“我是能源化工专业出身,近年来研究了很多国家能源化工发展的战略问题。”刘中民认为,我们现在正处于能源革命、工业革命、科技革命和人工智能互相叠加的一个大变革的初期,这是世界大趋势,要顺应这个大趋势,继续走好创新绿色低碳的高质量发展之路。


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