國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)為何花落中科院大連化物所

    2015年1月9日。北京。全國(guó)科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在人民大會(huì)堂隆重舉行。

    黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人向獲得2014年度國(guó)家各項(xiàng)科技獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)人員頒發(fā)證書。伴隨著歡快的樂曲聲，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（下稱大連化物所）副所長(zhǎng)劉中民研究員走上主席臺(tái)，代表甲醇制烯烴技術(shù)項(xiàng)目組從中共中央總書記、國(guó)家主席習(xí)近平手中接過國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)的獎(jiǎng)狀。此時(shí)，人民大會(huì)堂里響起了熱烈的掌聲。

    劉中民團(tuán)隊(duì)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(shù)在中國(guó)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(shù)對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所起的巨大作用：自這項(xiàng)技術(shù)在內(nèi)蒙古包頭成功投產(chǎn)以來，已先后在國(guó)內(nèi)建成或開工建設(shè)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(yù)計(jì)將為國(guó)家新增產(chǎn)值1200億元，可拉動(dòng)上下游投資約2500億元。而隱藏在這組數(shù)字背后的事實(shí)更具戰(zhàn)略意義：我國(guó)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(xiàng)成果對(duì)我國(guó)實(shí)施石油替代戰(zhàn)略、走經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)化。其艱辛、困苦是常人難以理解的。

    對(duì)于“目前沒用”的超前研究，大連化物所給予支持

    上世紀(jì)70年代，世界爆發(fā)了兩次石油危機(jī)。石油價(jià)格的大幅攀升，促使包括美國(guó)、日本在內(nèi)的發(fā)達(dá)國(guó)家考慮以煤炭取代石油和石化產(chǎn)品，并相繼啟動(dòng)了以煤代油的科技攻關(guān)計(jì)劃。

    處于文革期間的中國(guó)，總體上受世界石油危機(jī)的影響不大。進(jìn)入80年代，走上改革開放之路的中國(guó)科學(xué)家們振奮精神，開始尋找科技難題，嘗試攻關(guān)。大連化物所的研究人員了解到國(guó)際上有人在石油危機(jī)后研究煤制烯烴，他們認(rèn)為未來的中國(guó)早晚也會(huì)碰到相同的問題，就開始研究煤代油的技術(shù)環(huán)節(jié)，這完全屬于一種超前研究。而對(duì)這一超前研究，中科院和大連化物所領(lǐng)導(dǎo)也給予支持，在當(dāng)時(shí)調(diào)集了以陳國(guó)權(quán)和梁娟為組長(zhǎng)的兩個(gè)研究組聯(lián)合進(jìn)行甲醇制烯烴技術(shù)攻關(guān)。

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

    乙烯、丙烯等低碳烯烴是生產(chǎn)塑料、含氧化合物、精細(xì)化學(xué)品等產(chǎn)品的基本有機(jī)化工原料，也是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基石。在傳統(tǒng)技術(shù)中，烯烴生產(chǎn)嚴(yán)重地依賴石油資源。而科學(xué)家們想到的用煤炭替代石油生產(chǎn)烯烴的技術(shù)，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(gè)技術(shù)鏈條中，只有甲醇→烯烴（乙烯丙烯）在國(guó)際上沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，其他技術(shù)環(huán)節(jié)都有比較成熟的生產(chǎn)工藝。中國(guó)人要想走通煤制烯烴的技術(shù)路線，就必須攻下甲醇制烯烴這一技術(shù)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(shí)驗(yàn)室開始做起。他們首先要解決的技術(shù)難題是催化劑，有了催化劑才能實(shí)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(wú)數(shù)次的失敗，陳國(guó)權(quán)和梁娟研究小組在國(guó)內(nèi)首先合成了ZSM-5型沸石分子篩，并對(duì)其合成規(guī)律、反應(yīng)性能調(diào)變、改性及表征等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究工作，為實(shí)現(xiàn)甲醇制烯烴的戰(zhàn)略目標(biāo)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(shí)驗(yàn)室小試。

    煤制烯烴技術(shù)最終也引起了國(guó)家有關(guān)部門的重視。國(guó)家“七五”計(jì)劃期間，原國(guó)家計(jì)委科技司和中國(guó)科學(xué)院決定，在大連化物所建立甲醇制低碳烯烴的中試基地。當(dāng)時(shí)成立了以王公慰為組長(zhǎng)、蔡光宇和應(yīng)慕良為副組長(zhǎng)的中試攻關(guān)小組。

    到1989年底，大連化物所甲醇制烯烴攻關(guān)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(shè)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(yīng)系統(tǒng)和全部外圍設(shè)備等，并在此基礎(chǔ)上于1991年4月完成了中試運(yùn)轉(zhuǎn)。

    1995年，在蔡光宇研究員的帶領(lǐng)下，大連化物所采用國(guó)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(yùn)轉(zhuǎn)，創(chuàng)造了新的世界第一。他們研制的適合兩段反應(yīng)的催化劑及流化反應(yīng)工藝，被專家們確認(rèn)為達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。1996年，這一成果獲得了中科院的科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)，以及原國(guó)家計(jì)委、國(guó)家科委與財(cái)政部聯(lián)合頒發(fā)的“八五”重大科技成果獎(jiǎng)。

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

    上世紀(jì)90年代中期，劉中民成為甲醇制烯烴技術(shù)研究的學(xué)術(shù)帶頭人。他的歷史責(zé)任就是在小試、中試的基礎(chǔ)上，繼續(xù)改進(jìn)并推動(dòng)這項(xiàng)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?yàn)槊客霸瓦€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(guó)家和企業(yè)對(duì)煤炭替代石油生產(chǎn)烯烴項(xiàng)目的積極性也不高，這讓劉中民深感作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)領(lǐng)軍人物的艱辛。

    更為不幸的是，劉中民團(tuán)隊(duì)將甲醇制烯烴技術(shù)申請(qǐng)國(guó)家“九五”攻關(guān)項(xiàng)目時(shí)，又被否掉了。他的團(tuán)隊(duì)等著他找到項(xiàng)目資金維持“生計(jì)”，煤炭取代石油的技術(shù)等待著他來繼續(xù)發(fā)揚(yáng)光大，導(dǎo)師和前輩們的事業(yè)不能斷送在他的手里……

    美國(guó)一家公司在了解情況后希望與大連化物所團(tuán)隊(duì)合作，共同開發(fā)甲醇制烯烴技術(shù)。這在今天看來似乎是一件應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)的、再平常不過的事了，但在當(dāng)時(shí)，對(duì)于這樣的項(xiàng)目與外國(guó)公司合作，沒有人敢批準(zhǔn)。

    國(guó)際上的路不通，就重點(diǎn)在國(guó)內(nèi)尋求突破。劉中民在全國(guó)范圍內(nèi)找資金。“那時(shí)我天南海北四處尋找實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，盼望與企業(yè)的聯(lián)合開發(fā)，只求合作，不求回報(bào)。”但是，沒有一家企業(yè)看得上這項(xiàng)在未來可能領(lǐng)導(dǎo)全球的技術(shù)，也沒有一位領(lǐng)導(dǎo)“可憐可憐”這位懷揣絕技的中科院的研究員。

    無(wú)奈，劉中民團(tuán)隊(duì)只能蟄伏，等待時(shí)機(jī)。

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

    報(bào)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(tuán)隊(duì)100萬(wàn)元經(jīng)費(fèi)，用于甲醇制烯烴的進(jìn)一步研究。

    猶如雪中送炭。劉中民用這100萬(wàn)元資金，對(duì)甲醇制烯烴的技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)一步完善，將生產(chǎn)工藝又做了更細(xì)致的研究。

    劉中民帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)持續(xù)攻關(guān)，并取得了重大突破：他們把1995年中試時(shí)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(chǔ)。

    2004年，機(jī)遇來到了劉中民面前。

    建設(shè)并運(yùn)行一套甲醇制烯烴的工業(yè)化試驗(yàn)裝置，少則五六千萬(wàn)元，多則上億元。面對(duì)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(lǐng)導(dǎo)一直想利用先進(jìn)的煤化工技術(shù)，通過發(fā)展新型煤化工產(chǎn)業(yè)，實(shí)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(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。

    在得知大連化物所已經(jīng)開發(fā)出具有世界領(lǐng)先水平的甲醇制烯烴的實(shí)驗(yàn)室中試技術(shù)、并正在尋找風(fēng)險(xiǎn)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(yàn)。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(yáng)石化工程公司合作，開發(fā)甲醇制烯烴工業(yè)化技術(shù)。

    2004年8月2日，總投資8610萬(wàn)元、年處理甲醇能力1.67萬(wàn)噸的大連化物所甲醇制烯烴技術(shù)（簡(jiǎn)稱DMTO）工業(yè)化試驗(yàn)裝置，在陜西省華縣開工建設(shè)。劉中民團(tuán)隊(duì)在華縣化工廠安營(yíng)扎寨，開始了至關(guān)重要的大型試驗(yàn)。

    甲醇制烯烴，技術(shù)上已沒有什么問題，工藝上也基本走通了。作為技術(shù)總負(fù)責(zé)人，劉中民最擔(dān)心的是人員安全、生產(chǎn)安全和環(huán)保安全。“幾個(gè)單位的100多號(hào)人， 36米高的大型裝置，哪一個(gè)環(huán)節(jié)出了問題，以后就再?zèng)]機(jī)會(huì)做了。”

    700多個(gè)日日夜夜，劉中民幾乎每天晚上都睡不踏實(shí)，過一會(huì)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(gè)采石場(chǎng)，經(jīng)常放炮，有時(shí)候半夜聽到“哐”的一聲，劉中民會(huì)從床上彈起來，他真怕裝置出事啊。

    在整個(gè)工業(yè)試驗(yàn)期間，劉中民團(tuán)隊(duì)先后有20多人在華縣試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)奮戰(zhàn)了8個(gè)多月，其中10幾人長(zhǎng)期堅(jiān)守在那里，每天都到現(xiàn)場(chǎng)和操作人員、技術(shù)人員一起觀察試驗(yàn)運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。

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

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

    對(duì)于這個(gè)全球首套萬(wàn)噸級(jí)DMTO工業(yè)化試驗(yàn)裝置，中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)組織了科技成果鑒定。鑒定專家們認(rèn)為：該工業(yè)化試驗(yàn)裝置是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)，裝置運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，是目前世界上唯一的萬(wàn)噸級(jí)甲醇制低碳烯烴的工業(yè)化試驗(yàn)裝置，裝置規(guī)模和技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。

    150多億元建設(shè)DMTO裝置，這是劉中民團(tuán)隊(duì)以前想都不敢想的

    陜西華縣DMTO項(xiàng)目的成功是工業(yè)化試驗(yàn)裝置的成功，它引起了國(guó)家發(fā)改委的關(guān)注。2006年12月，國(guó)家發(fā)改委核準(zhǔn)中國(guó)神華集團(tuán)投資150億元在包頭建設(shè)DMTO項(xiàng)目。

    這里還有一個(gè)小故事。當(dāng)初，神華包頭項(xiàng)目在遴選技術(shù)方案時(shí)，最開始選定的是引進(jìn)國(guó)外某公司的甲醇制烯烴技術(shù)。但在正式投建時(shí)，神華又改變了原先的技術(shù)方案，換成了采用大連化物所DMTO技術(shù)。

    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(yáng)石化工程公司三方代表與神華集團(tuán)在北京簽訂了60萬(wàn)噸/年甲醇制低碳烯烴（DMTO）技術(shù)許可合同。這是世界首套煤制烯烴技術(shù)許可合同，標(biāo)志著DMTO技術(shù)從前期的萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)性試驗(yàn)，向日后的百萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)化生產(chǎn)邁出關(guān)鍵一步。

    投資150多億元，這是劉中民團(tuán)隊(duì)以前連想都不敢想的天文數(shù)字。一個(gè)新的戰(zhàn)場(chǎng)開辟出來了。劉中民又帶領(lǐng)隊(duì)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(shè)中。

    煤制烯烴60萬(wàn)噸/年，投資150多億。這個(gè)巨大的項(xiàng)目受到政府的高度重視。2009年，由工信部牽頭，科技部、財(cái)政部、國(guó)土資源部、環(huán)境保護(hù)部等15個(gè)部委（單位）聯(lián)合成立協(xié)調(diào)指導(dǎo)小組，保障了該項(xiàng)目的順利實(shí)施。

    2010年8月8日，DMTO裝置項(xiàng)目在包頭投料試車一次成功。這次開工非常順利，DMTO裝置運(yùn)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(yīng)結(jié)果超過了預(yù)期指標(biāo)。

    當(dāng)包頭裝置投料試車一次成功時(shí)，劉中民團(tuán)隊(duì)的研究人員激動(dòng)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(dòng)的淚水。片刻，劉中民向大連化物所所長(zhǎng)張濤發(fā)去一條短信，告之試車成功。而遠(yuǎn)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(huì)。張濤讓會(huì)議暫停了一會(huì)兒，把這一好消息與大家分享。全體與會(huì)人員起立，用最熱烈的掌聲對(duì)這項(xiàng)成果表示了祝賀。

    隨著神華包頭項(xiàng)目正式進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，我國(guó)率先實(shí)現(xiàn)了甲醇制烯烴的核心技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用“零”的突破。

    猶如一場(chǎng)春雨，DMTO技術(shù)催生了我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。目前，在DMTO技術(shù)的推廣方面，已累計(jì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)實(shí)施許可20套大型工業(yè)裝置（包括采用DMTO第二代技術(shù)，其甲醇制烯烴的轉(zhuǎn)化效率比第一代技術(shù)又提高了10%以上），烯烴總產(chǎn)能為1126萬(wàn)噸/年。這些裝置的建設(shè)預(yù)計(jì)可拉動(dòng)上下游投資約2500億元，新增產(chǎn)值1200億元，實(shí)現(xiàn)新增就業(yè)約17000 人。除神華包頭項(xiàng)目外，2013年1月寧波禾元年產(chǎn)60萬(wàn)噸烯烴DMTO裝置也成功投產(chǎn)。

    DMTO技術(shù)為企業(yè)帶來的利潤(rùn)是豐厚的。神華包頭煤制烯烴裝置運(yùn)行到2014年底，新增銷售額235億元，新增利潤(rùn)43.4億元，新增稅收18.4億元；寧波禾元裝置在運(yùn)行了不到10個(gè)月時(shí)，全廠凈利潤(rùn)就達(dá)到4.3億元。DMTO的技術(shù)開發(fā)方獲得直接經(jīng)濟(jì)效益超過8億元。

    2014年，DMTO工業(yè)裝置進(jìn)入開工的高潮期，全年已有5套工業(yè)裝置相繼投產(chǎn)運(yùn)行，分別是延長(zhǎng)靖邊、中煤榆林、寧夏寶豐、山東神達(dá)DMTO，以及蒲城能化（第二代技術(shù)）等工業(yè)裝置，新增烯烴產(chǎn)能280萬(wàn)噸/年，新增經(jīng)濟(jì)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(dá)到400萬(wàn)噸烯烴/年，帶動(dòng)了我國(guó)甲醇制烯烴戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的快速形成。

    DMTO項(xiàng)目還形成了一系列具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)，目前已授權(quán)的發(fā)明專利有63件，其中國(guó)內(nèi)34件，國(guó)外29件。有11件核心專利分別進(jìn)入到10個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

    正是由于DMTO技術(shù)的先進(jìn)性和實(shí)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(shù)在世界煤化工領(lǐng)域處于技術(shù)領(lǐng)先地位；胡錦濤總書記在2012年兩院院士大會(huì)講話中，也將“甲醇制烯烴實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用”列為兩年來我國(guó)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(tuán)隊(duì)并沒有停歇。如今他們正積極研究DMTO第三代技術(shù)，擬使DMTO單套裝置處理能力從現(xiàn)有的180萬(wàn)噸/年的水平提高到300萬(wàn)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(shù)。目前催化劑研制工作、反應(yīng)工藝的實(shí)驗(yàn)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(duì)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(gè)定位，三個(gè)重大突破，五個(gè)重點(diǎn)培育方向”。

    大連化物所將一個(gè)定位確立為：以能源研究為主導(dǎo)。在三個(gè)重大突破中，DMTO等煤代油新技術(shù)被列為第一個(gè)突破。目標(biāo)是：以DMTO技術(shù)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(guān)鍵新技術(shù)，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(yàn)，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。