劉中民身上從不缺少光環(huán)——27歲擔(dān)任中國科學(xué)院大連化學(xué)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(dāng)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。回望過去,現(xiàn)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(yè)示范裝置一次開車成功并穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。次年一月,正式進入商業(yè)化運營階段。這是劉中民擔(dān)任組長完成的一個重要突破,帶領(lǐng)團隊躬身數(shù)載,劉中民至今記得成功投產(chǎn)那一刻,“所有人都沸騰了,大家激動地流下眼淚,這代表著數(shù)十年的研究成果正式投入使用,我們做研究的就是為了最后能夠應(yīng)用。”
走出實驗室,走向工業(yè)化
劉中民讀書時正趕上“科學(xué)的春天”。彼時,徐遲的報告文學(xué)《哥德巴赫猜想》傳遍街頭巷尾,其中陳景潤鉆研科學(xué)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(xué)高峰。
1979年,在“學(xué)好數(shù)理化,走遍天下都不怕”氛圍下,劉中民考進鄭州大學(xué)化學(xué)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(xué)習(xí)進階之路。盡管尚不知自己所學(xué)有何用,卻也開始慢慢接觸煤制烯烴的研究。
彼時,全球剛經(jīng)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(jīng)甲醇制烯烴為主的科技攻關(guān)計劃。也是這個時候,劉中民所在的大連化物所承擔(dān)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(jīng)接觸國家項目的部分研究,從一名學(xué)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(xué)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(dāng)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(fā)制取化工產(chǎn)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(xiàn)階段以煤為主的能源生產(chǎn)與消費格局。隨著國際形勢不穩(wěn)定、不確定性日趨復(fù)雜,煤炭是維護我國能源安全最可靠資源。
1995年,劉中民帶領(lǐng)研究組完成了流化床MTO過程的中試運轉(zhuǎn),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(lián)合頒發(fā)的“八五”重大科技成果獎。
“八五”攻關(guān)任務(wù)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(yè)化,真正實現(xiàn)落地。此后,劉中民帶領(lǐng)團隊著手研究MTO的工業(yè)性試驗,并將技術(shù)命名為DMTO。
現(xiàn)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(jīng)濟性,企業(yè)不愿投資,國家經(jīng)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(shù)研發(fā)的同時,他四處奔波尋找項目經(jīng)費。
直到油價逐步回升,甲醇制烯烴再次被關(guān)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(fā)揮優(yōu)勢開展合作,共同開發(fā)DMTO工業(yè)化成套技術(shù)。計劃在大連化物所中試研究成果的基礎(chǔ)上,建設(shè)一套年加工1.67萬噸甲醇的工業(yè)化試驗裝置。
將技術(shù)由實驗室?guī)У焦S,實現(xiàn)“零”的突破
把技術(shù)由實驗室?guī)У焦S,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(zhàn)?!叭绻懂a(chǎn)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(zhàn)略方向有問題,會直接影響我們的政策和產(chǎn)業(yè)發(fā)展?!?
提起這段經(jīng)歷,劉中民坦言,工業(yè)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(zé)人有很大的責(zé)任?!?
重壓之下,劉中民從未對這一技術(shù)產(chǎn)生過懷疑,更多的是擔(dān)憂安全及環(huán)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(dǎo)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(dāng)時工業(yè)性試驗裝置建在華山腳下,遠處經(jīng)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(dān)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(xiàn)場總結(jié)數(shù)據(jù)、查找問題及原因、關(guān)注安全。“一度草木皆兵”,回想當(dāng)時狀態(tài),劉中民稱:“我作為負責(zé)人,即使內(nèi)心再緊張也不能表現(xiàn)出來,我必須得給大家信心?!?
經(jīng)過兩年通力合作,2006年,“甲醇制取低碳烯烴技術(shù)開發(fā)”工業(yè)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(yè)化試驗裝置上實現(xiàn)了甲醇轉(zhuǎn)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(jīng)國家發(fā)改委2006年12月核準,世界首套煤制烯烴工廠,在內(nèi)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(yè)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(zhuǎn)化制烯烴、烯烴聚合生產(chǎn)聚烯烴的特大煤化工項目。
2010年8月8日,世界首套DMTO工業(yè)示范裝置一次開車成功并穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。次年一月,正式進入商業(yè)化運營階段。由此,我國率先實現(xiàn)了甲醇制烯烴核心技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用“零”的突破。
第一代技術(shù)攻堅之后,劉中民又帶領(lǐng)團隊繼續(xù)突破,具備更高烯烴收率的第二代甲醇制烯烴(DMTO-II)技術(shù)工業(yè)化試驗也在陜西華縣基地進行著,并在2015年成功投產(chǎn),DMTO-II的開發(fā)進一步鞏固了我國在世界煤基烯烴工業(yè)化產(chǎn)業(yè)中的國際領(lǐng)先地位。
2020年,第三代甲醇制烯烴(DMTO-Ⅲ)技術(shù)通過了科技成果鑒定。DMTO-Ⅲ技術(shù)采用新一代催化劑,通過對反應(yīng)器和工藝過程的創(chuàng)新,不需要設(shè)單獨的副產(chǎn)的碳四以上組分裂解單元,可實現(xiàn)單套工業(yè)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(shù)已累計技術(shù)許可31套工業(yè)裝置(投產(chǎn)16套),對應(yīng)烯烴產(chǎn)能2025萬噸/年,預(yù)計拉動投資超4000億元,全部投產(chǎn)后可實現(xiàn)年產(chǎn)值超2000億元人民幣。
“雙碳”目標開啟新征程,“有挑戰(zhàn)就想辦法破解”
2020年,我國提出“雙碳”目標,煤化工產(chǎn)業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)被推至臺前。
煤炭、石油、天然氣三種化石燃料中,煤炭轉(zhuǎn)化相對來說排放二氧化碳最多。某種程度上而言,煤化工發(fā)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(fā)展,保障產(chǎn)業(yè)鏈完整和供應(yīng)鏈穩(wěn)定,成為研究的新課題。
劉中民提出煤化工和石油化工協(xié)調(diào)發(fā)展策略,如今兩者已非“替代”關(guān)系,而是要促進其相互協(xié)調(diào),支撐國家發(fā)展。
“現(xiàn)在全世界還處于石油時代,但是我們又缺油,因此要把發(fā)展立足在自己的基礎(chǔ)之上,減少石油依賴。但發(fā)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(tǒng)籌協(xié)調(diào)?!彼M一步解釋稱,技術(shù)上來看,相較于其他生產(chǎn)方式,煤制醇類、酸類等含氧化合物具有天然優(yōu)勢,這是石油化工很難做到的。未來煤化工領(lǐng)域的重點是以合成氣、甲醇轉(zhuǎn)化為平臺,耦合石油基原料(苯、甲苯、石腦油等),實現(xiàn)烯烴、芳烴和含氧化合物大宗化學(xué)品/燃料的合成技術(shù)變革,踐行煤化工與石油化工的協(xié)調(diào)發(fā)展,構(gòu)建更加合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。
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(zhàn)略儲備,保安全。另一個就是支撐轉(zhuǎn)型發(fā)展,保障產(chǎn)業(yè)鏈的完整性和穩(wěn)定性。
劉中民表示,“雙碳”目標不只是某個產(chǎn)業(yè)的問題,而是要從頂層設(shè)計上去研究分析。他目前也在和其他領(lǐng)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?!半p碳”目標提出后,光技術(shù)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(zhàn),劉中民并不擔(dān)憂,“我們做研究本身就是面對各種挑戰(zhàn),既然有挑戰(zhàn)就想辦法破解,科研人員從不怕挑戰(zhàn)?!?
為了更好地服務(wù)于國家戰(zhàn)略,劉中民參與了中科院“十四五”能源規(guī)劃、中科院“雙碳”戰(zhàn)略行動計劃、“雙碳”重點專項任務(wù)?!白鳛橐粋€科技工作者要關(guān)注國家這些大事和形勢發(fā)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(guān)的50萬噸/年煤基乙醇工業(yè)裝置將正式投料試車工作,這一項目成功投產(chǎn)意味著乙醇生產(chǎn)邁入大規(guī)模工業(yè)化時代?!耙掖际鞘澜绻J的清潔環(huán)保燃料、油品質(zhì)量改良劑,此前乙醇主要來源于糧食,受產(chǎn)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(huán)境保護都有一定的好處。”
對于未來研究計劃,劉中民稱應(yīng)該注重培養(yǎng)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(shù)從投產(chǎn)到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到第三代了,我們還在不斷探索,新技術(shù)還可能會把自己以前的技術(shù)給否定掉,總體上還是要持續(xù)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(zhàn)去解決問題,本來就是我的職業(yè)特點,科研工作的基本素質(zhì)要求就是不怕挑戰(zhàn),所以也不存在很苦惱的情況,有時候會表現(xiàn)出來有困擾,但不是內(nèi)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(yè),但我的年齡不斷增大,接下來應(yīng)該注重培養(yǎng)年輕人,讓我們的團隊持續(xù)做更多更大的事。培養(yǎng)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(zhàn)中成長。
技術(shù)上,我們關(guān)注的煤化工和石油化工協(xié)調(diào),實際上是有技術(shù)對應(yīng)的,我們主要盯基礎(chǔ)化學(xué)品,合成氣直接制烯烴、芳烴等新技術(shù)正在快速突破,接下來準備把一批新技術(shù)陸續(xù)投入工業(yè)化,相信很快就會實現(xiàn)。
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(xiàn)象背后的科學(xué)規(guī)律。我們有可能會突發(fā)奇想,用科學(xué)知識很輕松地去解決一個很困難的事兒。所學(xué)能有所用,這時候就會有成就感和愉悅感。如果技術(shù)最終能為國家所用,就會更快樂。
來源:新京報