“率先行动”,做世界一流研究所
 
“率先行动”,做世界一流研究所
发布时间:2015-01-13 11:36    栏目类别:媒体聚焦
记者 杨琪

  

  由左及右:金玉奇、张东辉、刘中民、孙公权

  1月9日,中科院大连化物所刘中民团队的DMTO技术获得2014年国家技术发明奖一等奖。这是继大连化物所张存浩院士获得2013年国家最高科技奖后,大连化物所获得的又一项殊荣。细细数来,2008年以来,这支“国家队”拿下了15项国家大奖、省部级一等奖及以上奖项29项。那么,是怎样的力量让这支劲旅保持高涨的科技创新能力?

  “在过去的一年,大连化物所紧密围绕中科院‘率先行动’计划及研究所分类改革总体部署和要求,积极开展研讨,研究制定并组织实施了大连化学物理研究所‘率先行动’计划方案。在新形势和新要求下,全所上下继续奋发图强、开拓创新,使得各项事业在探索求变中取得了新的成绩!”中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)所长、中国科学院院士张涛告诉《中国科学报》记者。

  新年伊始,大连化物所便捷报频传。1月9日,中科院大连化物所刘中民团队的甲醇制取低碳烯烃(DMTO)技术获得2014年度国家技术发明奖一等奖。这是继2013年大连化物所张存浩院士获得国家最高科技奖后,该研究所获得的又一项殊荣。

  令人喜悦的事情接连不断:由大连化物所张东辉、杨学明、戴东旭、肖春雷、孙志刚等人完成的态—态分子反应动力学研究,和孙公权、辛勤、姜鲁华、王素力、李焕巧等人完成的直接醇类燃料电池电催化剂材料应用基础研究双双获得2014年国家自然科学奖二等奖。

  在过去7年间,这支“国家队”拿下了15项国家大奖、省部级一等奖及以上奖项29项。那么,是怎样的力量让这支劲旅保持高涨的科技创新力呢?

  “‘率先行动’,箭在弦上,跃马扬鞭,世界一流。”张涛给出了这样的十六个字。

  三十载,积跬步至千里

  进入2014年,DMTO工业装置进入开工高潮期,全年已有5套工业装置成功开车运行,分别是延长靖边、中煤榆林、宁夏宝丰、山东神达以及蒲城能化(DMTO-II第二代技术)工业装置。据统计,2014年投产装置新增烯烃产能280万吨/年,新增经济效益超过60亿元。

  “毫无疑问,DMTO技术开发及工业化的成功,贯通了煤化工与石油化工的重要通道,为我国烯烃产业发展开辟了一条新的重要途径,标志着我国在该技术领域处于国际领先地位。”张涛评价道。

  目前,DMTO技术累计实现技术实施许可20套大型工业装置(含DMTO-II第二代技术),合计烯烃总产能为1126万吨/年,这些装置的建设预计可拉动上下游投资2500亿元,新增产值1200亿元,实现新增就业17000 人。已投产的7套DMTO装置的合计烯烃总年产能已经达到400万吨烯烃/年,带动了我国甲醇制烯烃战略性新兴产业的快速形成。

  这样一份成绩单的背后是大连化物所大团队作战、三十年几代人坚持的结果。“DMTO团队与张存浩先生研发化学激光有着相似之处:科学家们目光高远,面向国家重大战略需求,他们急国家之所急,三十年如一日、几代人不断奉献。”张涛说。

  科技是国家强盛之基,创新是民族进步之魂。一直以来,科学技术以一种不可逆转、不可抗拒的力量推动人类社会向前发展。作为中科院的第一梯队成员,大连化物所将创新深深刻入自己的基因里。应用研究有DMTO技术为典范,基础研究领域也不乏佳作,比如获得2014年国家自然科学奖二等奖的态—态分子反应动力学研究和直接醇类燃料电池电催化剂材料应用基础研究。

  态—态分子反应动力学研究是物理化学学科的基础前沿课题。张东辉、杨学明等科学家利用自行研制的具有世界领先水平的高分辨交叉分子束仪器,理论上发展量子反应动力学新理论方法和构造高精度势能面。他们通过实验与理论的密切结合,在态—态反应动力学研究方面取得了系列性的重要研究成果。“该项目的研究不仅提升了对化学反应本质机理的认识,也使我国在该领域处于世界领先的地位。”张涛说。

  “直接醇类燃料电池电催化剂材料应用基础研究,有力地促进了醇类燃料电池的应用研究,丰富了纳米材料、电化学、催化化学等学科的理论体系,引领我国相关行业的发展。”张涛如数家珍。

  日日新,创新当不息

  2014年,大连化物所创新指数再度飙升:研究所专利申请再创新高,全年共申请专利超过950件、授权超过280件;发表SCI收录论文827篇,SCI收录篇数和国际论文被引用篇数均位居全国前列;《能源化学(英文)》和《催化学报》的SCI影响因子分别位居SCI收录中国化学类期刊的第一名和第二名;《色谱》的中信所影响因子在中国化学类38种核心期刊中排名第一。

  “我们提倡基础研究与应用研究进一步相互欣赏、相互融合、相互促进,这使得科技创新能力稳步提升。”张涛说。基础研究方面,甲烷高效转化利用、膜分离、分子反应动力学、生物分析、太阳能全分解水制氢、纳米碳催化、固体酸酸强度调控、单原子催化、系统生物学等领域取得新的突破,相关成果均已被Science或Nature(含子刊)接收;催化基础国家重点实验室和分子反应动力学国家重点实验室继2009年之后,在2014年再次双双被评为优秀国家重点实验室。应用研究方面,延长靖边、中煤榆林、宁夏宝丰、山东神达等DMTO工业化装置相继开车成功,战略性新兴产业初具规模;大规模液流储能技术进军德国和美国市场,国际标准由该所牵头制定;世界首套高压天然气净化中空纤维膜接触器中试装置在马来西亚试车成功;化学激光、燃料电池和航天催化剂等工作取得新进展。

  “科学绝不是一种自私自利的享乐,有幸能够致力于科学研究的人,首先应该拿自己的学识为人类服务。”马克思的这句名言阐述了科学家极高的精神境界。建所60多年,大连化物所培育了一代代这样的科学家,他们又不断影响年轻人,这让大连化物所成为吸引人才的“梧桐树”,创新的火花越发闪亮。

  去年,大连化物所入选国家创新人才培养示范基地。包信和荣获“十佳全国优秀科技工作者”荣誉称号,李灿荣获“中国催化成就奖”,张涛、刘中民、张丽华新增入选国家首批万人计划,田志坚、张华民入选国家创新人才推进计划,潘秀莲获杰出青年科学基金资助,王峰、赵广久、徐兆超获国家优秀青年基金资助。

  “我们怀抱坚定的信念:只要我们踏踏实实,埋头苦干,就一定能谱写出大连化物所更加辉煌的诗篇!”张涛对未来充满信心。

  让煤代油技术发挥更大潜力

  

  2010 年8 月,神华包头项目开工现场刘中民(坐)团队

  中科院大连化物所依山而建。在茂密的翠林中,一条蜿蜒小路一直通往山顶。豁然开朗处,伫立着一座大楼,这里便是洁净能源国家实验室(筹)。

  煤代油新技术的最新研发多是在这座实验楼里进行的。煤代油技术是大连化物所“一三五”规划中的突破之一。其以甲醇制烯烃(DMTO)技术为龙头,实现转化一代、开发一代、前瞻一代,突破一批煤代油关键新技术,完成煤制丙烯、乙醇、高碳醇以及天然气等一批工业性试验,推向产业化,力争初步形成以甲醇制烯烃为龙头的煤代油新兴战略产业。

  “目前,我们正在加紧进行第三代DMTO技术开发,以持续创新巩固中国在煤基烯烃技术的领先地位。”未来,中科院大连化物所刘中民团队将用新技术支持煤化工产业发展的同时,同步改造传统石油化工产业,推动我国石油化工和煤化工产业协调发展。

  “我们经常说,生要逢时。我们正是生在这样一个伟大的时代。因此,我们要抓紧时间研发DMTO的新一代技术。如果再等20年,国家能源结构转型完成,就该轮到我们自己转型了。”刘中民说。

  开启甲醇化工新纪元

  众所周知,石油是不可再生的资源且储量有限,目前主要用于生产汽油等车用燃料;同时,石油馏分中可用于化工原料的石脑油则又与汽油组分在馏分上是相互重叠的,也就是说,石脑油用于石化原料与车用燃料两者是矛盾的。

  中油集团咨询中心专家委员会、国内著名石化专家王贤清表示:“这一矛盾在原油价格高企及车用燃料需求量逐年增加的情况下,显得十分突出,从而造成了以石油为基础的石化原料严重短缺,甚至出现了我国相关石化产业难以为继的严重局面。”

  对于DMTO技术,王贤清更是给出了极高评价:“DMTO的工业应用的成功,开启了‘甲醇化工’的新时代,对以石油为主要原料的传统石化产业而言,是一场创新性的革命。”

  DMTO在催化材料科学、催化剂制备技术、催化反应工艺、化学反应工程及工业化成套技术的集成等方面,取得了一系列的发明与创新。刘中民团队突破了小孔磷酸硅铝分子筛SAPO-34催化材料的合成技术,并针对MTO的反应特点,将催化剂与炼油工业已成熟运用的流化床催化裂化工艺,创造性地有机结合解决了一系列工程问题而取得了工业应用的成功。

  按照类似思路,我国相继在流化床MTP(甲醇制丙烯)、流化床MTA(甲醇制芳烃)以及甲醇/甲苯烷基化制PX等亦取得了万吨级以至百万吨级的工业示范装置的开发成功。

  由于DMTO将石油化工的主要原料,从以石油为主转换到以天然气及煤为原料,这大大扩展了石油化工的原料来源。

  世界上天然气,特别是非常规天然气如煤层气、页岩气及天然气水合物等,及煤炭的储量大大超过了石油的储量。这些丰富的石化燃料资源,经合成甲醇,并通过MTO/MTP及MTA等工艺技术,就可获得石油化工的基本原料三烯/三苯。

  “利用已有或进一步创新的技术,生产出多种多样石油化工衍生产品,这就使得石油化工在现有以石油为原料的基础上,又向前拓展了至少一个世纪。”王贤清说。

  产业布局趋于合理

  DMTO技术的商业化以国家产业政策和发展规划为指导,正在稳步发展,有序推广。目前,该技术的应用已经列入《烯烃工业“十二五”发展规划》《石油和化学工业“十二五”发展规划》及《国家能源科技“十二五”规划》等相关国家发展规划。

  已经获得技术许可的20套DMTO工业装置,部分位于内蒙古、青海、陕西、宁夏等条件合适的西部煤炭主产区,以煤基甲醇作为原料生产烯烃,对于西部工业经济发展意义重大;部分布局在东南沿海经济相对发达地区,开创了一条以外购甲醇为原料生产低碳烯烃的新路线,具有鲜明的特色。对于缺乏煤炭资源但烯烃需求旺盛的沿海发达地区经济发展具有重要的借鉴意义。东部沿海地区也是我国烯烃的主要消费区,同样属于MTO产业发展的重点区域。

  因此,“现在,我国甲醇制烯烃产业格局正在形成:中西部地区煤经甲醇制烯烃;东南沿海地区依托海外天然气生产甲醇,进行甲醇制烯烃深加工。”刘中民说。

  将DMTO成果推到海外市场去

  “那时,美国著名的UOP公司也在开展这方面的研究,但他们还处于实验室的小规模实验阶段。而大连化物所和陕煤公司合作,在陕西华县已经完成了中试,大约是日投甲醇50吨左右的规模。”国家发改委原副主任、国家能源局原局长张国宝回忆起2006年考察中科院大连化物所甲醇制取低碳烯烃(DMTO)技术时了解到的情况。

  科技竞争形成的鲜明对比让张国宝等领导对DMTO更加关注。实际上,在DMTO的赛场上,大连化物所并不是最早进入的。然而,历经30年,能够在此领域持续科研创新的并不多,更不要说像大连化物所这般成功地推动该科研成果产业化,进而为调整我国能源结构作出贡献。

  从参与者到引领者

  上世纪70年,全世界发生了两次石油危机,油价大幅攀升。受此影响,包括美国、日本在内的多个发达国家相继启动了煤代油攻关计划。最早提出“醇变烯”工艺的是美孚石油公司,随后巴斯夫、埃克森石油公司、环球石油公司及海德鲁公司等相继投入开发,它们在很大程度上推进了这一工艺的工业化。然而,这些公司均未对技术进行过工业性试验。

  至上世纪80年代初,“甲醇制烯烃催化剂研制”被列为中科院重大课题,由大连化物所陈国权和梁娟两位研究员牵头攻关。

  经过无数次失败,大连化物所研制出固定床催化剂,并于1985年完成了实验室小试。1995年,在大连化物所研究员蔡广宇的带领下,大连化物所采用国际首创的“合成气经由二甲醚制取低碳烯烃新工艺方法”,完成了年制60吨烯烃的中试,创造了又一个“世界第一”。

  此时,美国一家跨国公司就找上门来要求合作。但在当时,这样的合作没人敢批。

  刘中民团队明白,只有把核心技术掌握在自己手中,才能真正掌握竞争和发展的主动权,才能从根本上保障国家经济安全。因此,DMTO创新的脚步并未停歇。

  2010年,我国利用DMTO技术建设完成了世界首套甲醇制烯烃工业化装置神华包头项目,也是我国煤制烯烃国家示范项目,该装置规模为每年180万吨甲醇生产60万吨烯烃。

  同年8月8日,该装置一次开车成功并稳定运转。2011年1月起正式进入商业化运营阶段,我国率先实现了甲醇制烯烃核心技术及工业应用“零”的突破。

  “神华包头项目做了很好的示范,引起了国内外的广泛关注。”张国宝评价道。

  海外市场受热捧

  DMTO就是一个新兴的赛场。30年的坚持,使得大连化物所在DMTO赛场建设之初就加入其中,甚至主导了一些国内外赛场的建设。

  “2008年,新兴能源正式宣布,面向全球推广我国拥有自主知识产权的甲醇制烯烃(DMTO)的专利技术。”新兴能源科技有限公司(简称新兴能源)总经理杜国良说。

  新兴能源科技有限公司于是由中国科学院大连化学物理研究所、陕西煤业化工集团和正大煤化有限公司共同组建的一家中外合资公司。作为DMTO技术产学研合作方之一,其拥有DMTO技术的独家销售权。

  随着多套工业装置的顺利投产和平稳运行,DMTO技术的成熟度和先进性得到了充分验证。DMTO能够影响传统的石油化工和煤化工产业格局,在海外也可以用于天然气(页岩气)制烯烃,其应用绝不仅仅局限在国内市场。开拓DMTO技术海外市场,是DMTO技术商业化的重要战略部署。

  近年来,北美页岩气的开发使得天然气价格走低,大幅降低了天然气基甲醇成本,为DMTO技术在海外市场应用提供了发展机遇。一方面,可在当地建设DMTO及烯烃下游联合装置;另一方面,美国正掀起甲醇生产的热潮,多个甲醇厂正在筹建,中国是其主要目标市场,可以稳定为我国提供廉价甲醇原料,有利于我国沿海地区DMTO产业的发展。

  “越来越多的国际知名大公司加强了与新兴能源的交流,表达合作意向的国家与公司不断增多。”杜国良说,“目前,潜在的国际客户已达20多家。其中,对合作比较积极的国家多为海湾国家,还有前独联体国家,以及马来西亚、印尼、日本、韩国等国家。”

  其中,伊朗地区富含天然气资源,且价格低廉,甲醇生产成本低,是DMTO技术重要的潜在市场,伊朗国家石油公司(NPC)宣称将选用中国的MTO技术。此外,其他多家海外客户也达成了合作意向。

  在可预期的未来,我们或许将看到DMTO技术在越来越多的海外市场落地,凭借当地具有价格优势的天然气资源,一条“天然气—甲醇—烯烃”产业链将为人类使用清洁能源服务。

  找对合作伙伴很重要

  中科院大连化物所是一个基础研究与应用研究并重、应用研究和技术转化相结合,以任务带学科为主要特色的综合性研究所。这支“国家队”历来重视面向国家需要的重大科技项目,承担国家重大科技攻关任务,促进高技术产业发展。

  中科院原副院长杨柏龄说:“经过几代研究人员的共同努力,几十年的科学技术积累,大连化物所克服了许多困难和障碍,最终与洛阳设计院、神华集团合作完成了世界第一个甲醇制烯烃的工业化项目,是我国具有自主知识产权的大型化工过程,无疑是我国科技界、高技术产业界的骄傲。”

  甲醇制取低碳烯烃(DMTO)从基础研究到工业化技术开发再到应用推广走了一条创新的合作模式。

  为第一个“螃蟹”买单

  作为国家技术发明奖的推荐单位,中国石油和化学工业联合会(以下简称石化联合会)力推了大连化物所DMTO项目。石化联合会奖励办相关人员详细地与记者分析了这一产学研经典案例。

  石化联合会奖励办认为,首先,DMTO项目具有时代性,是我国具有自主知识产权的煤制烯烃技术,开拓了一个新的烯烃原料路线,对我国传统的油制烯烃的缺口进行了有效的补充,为特殊环境下石油替代工作作出了很大贡献,给国家能源安全交了一份有分量的答卷。

  其次,他们找到了好的合作模式。

  一个好的大型项目,先进的科研开发与匹配的工程开发缺一不可。比如,大连化物所的刘中民团队擅长催化剂技术创新,可是他们却不知道在工业化过程中,购置什么样的装备、建设多高的塔,乃至如何做出符合工程要求的工艺包。而这些正是洛阳工程公司擅长的。

  但是,仅有他们双方还是不够,还缺一个能够为第一个“螃蟹”买单的一方。幸运的是陕西省成立了新兴能源科技有限公司,为DMTO项目提供了充分的资金,以保障大连化物所、洛阳工程公司顺利地开展DMTO项目产业化。

  石化联合会奖励办认为,新兴能源公司承担了风险投资角色,将第一个“螃蟹”的技术买下来,交由工厂去实施,工厂则只需要承担设备、工艺和工业示范风险,不用自己花钱买“螃蟹”了。他们三方的有机结合,需要有战略的眼光与智慧,因而具有长期示范效应。

  要有战略的眼光与智慧

  甲醇制取烯烃项目产业化过程,是科技促进经济发展的典型案例,值得各方面关注,需要深入总结经验和教训。比如,实验室成果完成以后,年投入万吨甲醇的工业试验迟迟找不到投资方和合作对象,使工业化过程推迟将近十年。

  一直以来,我国科技与经济是“两张皮”,产学研转化还有诸多问题需要解决。DMTO技术工业化过程被推迟了近十年时间,虽然该技术最终得以成功实施,但其中问题发人深思。

  对于产学研合作,刘中民进行了深入的思考。他提出,能源战略研究必须具有前瞻性的眼光,需要超前部署、长期攻关。开发成功世界领先的创新技术绝非朝夕之间可以实现的,科研人员要有持之以恒的决心和信念,具有持续创新能力。

  此外,团队只有在前期做好充分的技术积累,才能在时机成熟时,在关键时刻顶上去。重大的科技创新项目必须符合国家的规划布局,得到认可,方能获得经费和政策上的持续支持。

  此外,科研院所的技术转移与转化,必须与社会优化的资源要素结合,寻找到真正能够与自己作用互补、能够发挥各方优势的合作模式。

  刘中民表示:“重大工程化、产业化项目的建设,外部资金的投入虽然至关重要,但是科技人员能否对自己进行合适地定位,能否充分解放思想,明白战略合作的真谛,是能否干好大事的前提。技术开发不能闭门造车,必须加强产学研合作,才能使大家形成合力,快速推进技术发展。”

  日前,科技部解读了“深化中央财政科技计划管理改革的方案”。其中指出:“联席会议是实现对科技计划(专项、基金等)统一管理的关键。其主要作用体现在:首先是形成相关各方的合力,科技行政主管部门与相关行业主管部门和地方加强沟通协调,围绕国家科技发展重大战略任务、行业和区域发展需要,研究凝练形成科研任务需求,经联席会议充分讨论后按程序确定,相关各方在科研任务组织实施过程中及时跟进,产生的科技成果在行业和区域内应用示范。”

  可以想见,在科技体制不断深化改革的今天,类似DMTO这样的重大科技战略任务将在产学研合作领域获得更多来自国家的支持,促使此类科研成果更快、更好地服务我国社会经济发展。

  以下是该媒体报道地址:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2015/1/296158.shtm

 
     
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