國家技術發(fā)明一等獎為何花落中科院大連化物所

    2015年1月9日。北京。全國科技獎勵大會在人民大會堂隆重舉行。

    黨和國家領導人向獲得2014年度國家各項科技獎的獲獎人員頒發(fā)證書。伴隨著歡快的樂曲聲，中國科學院大連化學物理研究所（下稱大連化物所）副所長劉中民研究員走上主席臺，代表甲醇制烯烴技術項目組從中共中央總書記、國家主席習近平手中接過國家技術發(fā)明一等獎的獎狀。此時，人民大會堂里響起了熱烈的掌聲。

    劉中民團隊和他的前輩們，經(jīng)過30多年的努力，終于使煤炭經(jīng)甲醇制低碳烯烴技術在中國落地生根，開花結(jié)果。

    一組數(shù)字或許能夠說明甲醇制烯烴技術對中國經(jīng)濟發(fā)展所起的巨大作用：自這項技術在內(nèi)蒙古包頭成功投產(chǎn)以來，已先后在國內(nèi)建成或開工建設了十幾套大型工業(yè)裝置，總共能解決17000人的就業(yè)問題；預計將為國家新增產(chǎn)值1200億元，可拉動上下游投資約2500億元。而隱藏在這組數(shù)字背后的事實更具戰(zhàn)略意義：我國已從單純依靠石油制烯烴的石化工業(yè)的單一模式，邁入包括有煤炭經(jīng)甲醇制烯烴的煤化、石化并舉的工業(yè)生產(chǎn)模式。這項成果對我國實施石油替代戰(zhàn)略、走經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展道路和能源安全都具有重大意義。

    煤炭經(jīng)甲醇制烯烴的研究，歷經(jīng)30多年才成功實現(xiàn)技術轉(zhuǎn)化。其艱辛、困苦是常人難以理解的。

    對于“目前沒用”的超前研究，大連化物所給予支持

    上世紀70年代，世界爆發(fā)了兩次石油危機。石油價格的大幅攀升，促使包括美國、日本在內(nèi)的發(fā)達國家考慮以煤炭取代石油和石化產(chǎn)品，并相繼啟動了以煤代油的科技攻關計劃。

    處于文革期間的中國，總體上受世界石油危機的影響不大。進入80年代，走上改革開放之路的中國科學家們振奮精神，開始尋找科技難題，嘗試攻關。大連化物所的研究人員了解到國際上有人在石油危機后研究煤制烯烴，他們認為未來的中國早晚也會碰到相同的問題，就開始研究煤代油的技術環(huán)節(jié)，這完全屬于一種超前研究。而對這一超前研究，中科院和大連化物所領導也給予支持，在當時調(diào)集了以陳國權和梁娟為組長的兩個研究組聯(lián)合進行甲醇制烯烴技術攻關。

    劉中民就是在這一時期考上大連化物的研究生的，并跟隨著他的導師邁入了煤炭經(jīng)甲醇制烯烴研究領域的。

    乙烯、丙烯等低碳烯烴是生產(chǎn)塑料、含氧化合物、精細化學品等產(chǎn)品的基本有機化工原料，也是現(xiàn)代化學工業(yè)的基石。在傳統(tǒng)技術中，烯烴生產(chǎn)嚴重地依賴石油資源。而科學家們想到的用煤炭替代石油生產(chǎn)烯烴的技術，主要是用煤炭或者天然氣首先制成合成氣，再將合成氣制成甲醇，然后用甲醇制成烯烴。

    在這個技術鏈條中，只有甲醇→烯烴（乙烯丙烯）在國際上沒有實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，其他技術環(huán)節(jié)都有比較成熟的生產(chǎn)工藝。中國人要想走通煤制烯烴的技術路線，就必須攻下甲醇制烯烴這一技術鏈條上所缺失的環(huán)節(jié)。

    大連化物所的研究人員就先從實驗室開始做起。他們首先要解決的技術難題是催化劑，有了催化劑才能實現(xiàn)甲醇向烯烴的轉(zhuǎn)化。

    失敗，研究；再失敗，再研究。經(jīng)過無數(shù)次的失敗，陳國權和梁娟研究小組在國內(nèi)首先合成了ZSM-5型沸石分子篩，并對其合成規(guī)律、反應性能調(diào)變、改性及表征等進行了系統(tǒng)的研究工作，為實現(xiàn)甲醇制烯烴的戰(zhàn)略目標邁出了可喜的第一步。經(jīng)過幾年的努力，研究人員終于研制出了甲醇制烯烴的固定床催化劑，并于1985年完成了實驗室小試。

    煤制烯烴技術最終也引起了國家有關部門的重視。國家“七五”計劃期間，原國家計委科技司和中國科學院決定，在大連化物所建立甲醇制低碳烯烴的中試基地。當時成立了以王公慰為組長、蔡光宇和應慕良為副組長的中試攻關小組。

    到1989年底，大連化物所甲醇制烯烴攻關小組先后完成了3噸/年規(guī)模沸石放大合成及4—5噸/年規(guī)模的裂解催化劑放大設備，以及日處理量1噸甲醇規(guī)模的甲醇制烯烴固定床反應系統(tǒng)和全部外圍設備等，并在此基礎上于1991年4月完成了中試運轉(zhuǎn)。

    1995年，在蔡光宇研究員的帶領下，大連化物所采用國際首創(chuàng)的“合成氣經(jīng)由二甲醚制低碳烯烴新工藝方法”，完成了流化床甲醇制烯烴過程的中試運轉(zhuǎn)，創(chuàng)造了新的世界第一。他們研制的適合兩段反應的催化劑及流化反應工藝，被專家們確認為達到了國際先進水平。1996年，這一成果獲得了中科院的科技進步獎特等獎，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。

    他晚上經(jīng)常睡不著覺。當聽到“哐”的一聲響時，他會從床上彈起來

    上世紀90年代中期，劉中民成為甲醇制烯烴技術研究的學術帶頭人。他的歷史責任就是在小試、中試的基礎上，繼續(xù)改進并推動這項研究成果的工業(yè)示范及規(guī)模生產(chǎn)。

    大背景依然不利，因為每桶原油還在10美元左右。假如企業(yè)采用了甲醇制烯烴生產(chǎn)工藝，并且產(chǎn)出了成品，他們根本就掙不到錢。與石油制烯烴相比，煤炭制烯烴的工藝成本太高！國家和企業(yè)對煤炭替代石油生產(chǎn)烯烴項目的積極性也不高，這讓劉中民深感作為一個團隊領軍人物的艱辛。

    更為不幸的是，劉中民團隊將甲醇制烯烴技術申請國家“九五”攻關項目時，又被否掉了。他的團隊等著他找到項目資金維持“生計”，煤炭取代石油的技術等待著他來繼續(xù)發(fā)揚光大，導師和前輩們的事業(yè)不能斷送在他的手里……

    美國一家公司在了解情況后希望與大連化物所團隊合作，共同開發(fā)甲醇制烯烴技術。這在今天看來似乎是一件應當鼓勵的、再平常不過的事了，但在當時，對于這樣的項目與外國公司合作，沒有人敢批準。

    國際上的路不通，就重點在國內(nèi)尋求突破。劉中民在全國范圍內(nèi)找資金。“那時我天南海北四處尋找實驗經(jīng)費，盼望與企業(yè)的聯(lián)合開發(fā)，只求合作，不求回報。”但是，沒有一家企業(yè)看得上這項在未來可能領導全球的技術，也沒有一位領導“可憐可憐”這位懷揣絕技的中科院的研究員。

    無奈，劉中民團隊只能蟄伏，等待時機。

    1998年8月，中科院院長路甬祥到大連化物所視察。借路院長與科研人員座談之機，劉中民將準備好的報告，遞到了路院長手里，希望中科院能夠繼續(xù)支持這項技術的研究。

    報告遞交上去了，已經(jīng)視“被拒絕”為家常便飯的劉中民本沒抱太大希望。但不久，中科院來了通知，由院里資助劉中民團隊100萬元經(jīng)費，用于甲醇制烯烴的進一步研究。

    猶如雪中送炭。劉中民用這100萬元資金，對甲醇制烯烴的技術環(huán)節(jié)進一步完善，將生產(chǎn)工藝又做了更細致的研究。

    劉中民帶領團隊持續(xù)攻關，并取得了重大突破：他們把1995年中試時采用的“合成氣經(jīng)由二甲醚制烯烴工藝”改為“合成氣經(jīng)由甲醇制烯烴工藝”。雖然兩者的原理相近，但甲醇生產(chǎn)工藝更加成熟，能夠制烯烴的規(guī)模也更大。這為課題組未來“出山”奠定了良好的基礎。

    2004年，機遇來到了劉中民面前。

    建設并運行一套甲醇制烯烴的工業(yè)化試驗裝置，少則五六千萬元，多則上億元。面對這種巨額投入，陜西省向大連化物所拋來了“橄欖枝”。

    陜西省礦產(chǎn)資源豐富。多年來，省領導一直想利用先進的煤化工技術，通過發(fā)展新型煤化工產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)煤的就近轉(zhuǎn)化、高效轉(zhuǎn)化，以期將全省的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟優(yōu)勢、產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。

    在得知大連化物所已經(jīng)開發(fā)出具有世界領先水平的甲醇制烯烴的實驗室中試技術、并正在尋找風險投資人和合作伙伴的消息后，陜西省決定與大連化物所合作開展工業(yè)化試驗。隨后，陜西省專門成立了新興煤化工科技發(fā)展有限公司，與大連化物所、中石化洛陽石化工程公司合作，開發(fā)甲醇制烯烴工業(yè)化技術。

    2004年8月2日，總投資8610萬元、年處理甲醇能力1.67萬噸的大連化物所甲醇制烯烴技術（簡稱DMTO）工業(yè)化試驗裝置，在陜西省華縣開工建設。劉中民團隊在華縣化工廠安營扎寨，開始了至關重要的大型試驗。

    甲醇制烯烴，技術上已沒有什么問題，工藝上也基本走通了。作為技術總負責人，劉中民最擔心的是人員安全、生產(chǎn)安全和環(huán)保安全。“幾個單位的100多號人， 36米高的大型裝置，哪一個環(huán)節(jié)出了問題，以后就再沒機會做了。”

    700多個日日夜夜，劉中民幾乎每天晚上都睡不踏實，過一會兒就爬起來看看裝置上面的火炬，如果火炬亮著就說明沒出事。華縣化工廠附近有個采石場，經(jīng)常放炮，有時候半夜聽到“哐”的一聲，劉中民會從床上彈起來，他真怕裝置出事啊。

    在整個工業(yè)試驗期間，劉中民團隊先后有20多人在華縣試驗現(xiàn)場奮戰(zhàn)了8個多月，其中10幾人長期堅守在那里，每天都到現(xiàn)場和操作人員、技術人員一起觀察試驗運行情況，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

    2006年5月，DMTO工業(yè)化試驗宣告成功，每天可以轉(zhuǎn)化甲醇75噸，而國外類似裝置一天轉(zhuǎn)化還不到1噸。

    DMTO技術的研發(fā)成功，標志著大連化物所等技術研發(fā)單位，突破了小孔磷酸硅鋁分子篩合成技術，研制成功甲醇制烯烴流化反應專用催化劑；發(fā)明了甲醇制烯烴密相循環(huán)流化床反應工藝，在世界首套萬噸級工業(yè)性試驗裝置上驗證了其先進性和可靠性；發(fā)明了DMTO技術大型反應－再生系統(tǒng)及工藝調(diào)控方法，形成了成套技術，為建設百萬噸級DMTO大型化工業(yè)示范裝置提供了技術基礎。

    對于這個全球首套萬噸級DMTO工業(yè)化試驗裝置，中國石油和化學工業(yè)協(xié)會組織了科技成果鑒定。鑒定專家們認為：該工業(yè)化試驗裝置是具有自主知識產(chǎn)權的創(chuàng)新技術，裝置運行穩(wěn)定、安全可靠，技術指標先進，是目前世界上唯一的萬噸級甲醇制低碳烯烴的工業(yè)化試驗裝置，裝置規(guī)模和技術指標達到了世界領先水平。

    150多億元建設DMTO裝置，這是劉中民團隊以前想都不敢想的

    陜西華縣DMTO項目的成功是工業(yè)化試驗裝置的成功，它引起了國家發(fā)改委的關注。2006年12月，國家發(fā)改委核準中國神華集團投資150億元在包頭建設DMTO項目。

    這里還有一個小故事。當初，神華包頭項目在遴選技術方案時，最開始選定的是引進國外某公司的甲醇制烯烴技術。但在正式投建時，神華又改變了原先的技術方案，換成了采用大連化物所DMTO技術。

    2007年9月17日，大連化物所、陜西新興能源科技有限公司、中石化洛陽石化工程公司三方代表與神華集團在北京簽訂了60萬噸/年甲醇制低碳烯烴（DMTO）技術許可合同。這是世界首套煤制烯烴技術許可合同，標志著DMTO技術從前期的萬噸級工業(yè)性試驗，向日后的百萬噸級工業(yè)化生產(chǎn)邁出關鍵一步。

    投資150多億元，這是劉中民團隊以前連想都不敢想的天文數(shù)字。一個新的戰(zhàn)場開辟出來了。劉中民又帶領隊伍轉(zhuǎn)戰(zhàn)包頭，投入到世界首套DMTO工業(yè)示范裝置的建設中。

    煤制烯烴60萬噸/年，投資150多億。這個巨大的項目受到政府的高度重視。2009年，由工信部牽頭，科技部、財政部、國土資源部、環(huán)境保護部等15個部委（單位）聯(lián)合成立協(xié)調(diào)指導小組，保障了該項目的順利實施。

    2010年8月8日，DMTO裝置項目在包頭投料試車一次成功。這次開工非常順利，DMTO裝置運行平穩(wěn)，甲醇單程轉(zhuǎn)化率100.00%，乙烯＋丙烯選擇性大于80%，反應結(jié)果超過了預期指標。

    當包頭裝置投料試車一次成功時，劉中民團隊的研究人員激動得抱頭哭泣。多年的艱辛，巨大的壓力，成功的喜悅，匯成了激動的淚水。片刻，劉中民向大連化物所所長張濤發(fā)去一條短信，告之試車成功。而遠在大連的張濤正在所里主持全體研究員參加的發(fā)展戰(zhàn)略研討會。張濤讓會議暫停了一會兒，把這一好消息與大家分享。全體與會人員起立，用最熱烈的掌聲對這項成果表示了祝賀。

    隨著神華包頭項目正式進入商業(yè)化運營，我國率先實現(xiàn)了甲醇制烯烴的核心技術及工業(yè)應用“零”的突破。

    猶如一場春雨，DMTO技術催生了我國煤化工產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。目前，在DMTO技術的推廣方面，已累計實現(xiàn)技術實施許可20套大型工業(yè)裝置（包括采用DMTO第二代技術，其甲醇制烯烴的轉(zhuǎn)化效率比第一代技術又提高了10%以上），烯烴總產(chǎn)能為1126萬噸/年。這些裝置的建設預計可拉動上下游投資約2500億元，新增產(chǎn)值1200億元，實現(xiàn)新增就業(yè)約17000 人。除神華包頭項目外，2013年1月寧波禾元年產(chǎn)60萬噸烯烴DMTO裝置也成功投產(chǎn)。

    DMTO技術為企業(yè)帶來的利潤是豐厚的。神華包頭煤制烯烴裝置運行到2014年底，新增銷售額235億元，新增利潤43.4億元，新增稅收18.4億元；寧波禾元裝置在運行了不到10個月時，全廠凈利潤就達到4.3億元。DMTO的技術開發(fā)方獲得直接經(jīng)濟效益超過8億元。

    2014年，DMTO工業(yè)裝置進入開工的高潮期，全年已有5套工業(yè)裝置相繼投產(chǎn)運行，分別是延長靖邊、中煤榆林、寧夏寶豐、山東神達DMTO，以及蒲城能化（第二代技術）等工業(yè)裝置，新增烯烴產(chǎn)能280萬噸/年，新增經(jīng)濟效益超過60億元。已投產(chǎn)的7套DMTO裝置的烯烴總產(chǎn)能已達到400萬噸烯烴/年，帶動了我國甲醇制烯烴戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的快速形成。

    DMTO項目還形成了一系列具有我國自主知識產(chǎn)權的專利技術，目前已授權的發(fā)明專利有63件，其中國內(nèi)34件，國外29件。有11件核心專利分別進入到10個國家和地區(qū)。

    正是由于DMTO技術的先進性和實用性，工業(yè)和信息化部在總結(jié)“原材料工業(yè)‘十一五’發(fā)展成就”中指出，大連化物所DMTO技術在世界煤化工領域處于技術領先地位；胡錦濤總書記在2012年兩院院士大會講話中，也將“甲醇制烯烴實現(xiàn)工業(yè)化應用”列為兩年來我國科技發(fā)展的新成就。

    轉(zhuǎn)化一代，開發(fā)一代，前瞻一代。故事剛剛開始

    已經(jīng)初戰(zhàn)告捷的劉中民團隊并沒有停歇。如今他們正積極研究DMTO第三代技術，擬使DMTO單套裝置處理能力從現(xiàn)有的180萬噸/年的水平提高到300萬噸/年以上，并且單程甲醇轉(zhuǎn)化率和烯烴選擇性不低于第二代技術。目前催化劑研制工作、反應工藝的實驗室中試放大工作均已完成。

    “轉(zhuǎn)化一代，開發(fā)一代，前瞻一代。”這是大連化物所對DMTO研究的具體要求。

    近年來，中科院組織各研究所分別制定了“一三五規(guī)劃”，即“一個定位，三個重大突破，五個重點培育方向”。

    大連化物所將一個定位確立為：以能源研究為主導。在三個重大突破中，DMTO等煤代油新技術被列為第一個突破。目標是：以DMTO技術為龍頭，轉(zhuǎn)化一代，開發(fā)一代，前瞻一代；突破一批煤代油關鍵新技術，完成煤制丙烯、乙醇、高碳醇以及天然氣等一批工業(yè)性試驗，推向產(chǎn)業(yè)化；初步形成以甲醇制烯烴為龍頭的煤代油新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。

    DMTO的故事剛剛開始。