十载上下求索

文／本刊记者 郑 丹／姚 璐 覃 念

坚实的积淀、优秀的队伍，是西南院研发大型煤制气甲烷化催化剂及工艺的源泉。

“当国外的技术比我们先进的时候，国内厂家一般都首选国外的。我们坚守创新，实现了从跟跑到超越。目前，我们出口到海外最大的变压吸附装置每小时产氢量已经达到23 万立方米。”中化西南化工研究设计院有限公司（以下简称西南院）党委书记、总经理陈健表示。

从尚不能比肩国际水平到技术和装置被国内企业选择，甚至出口海外与国外企业，在国际化市场上同台竞争彰显国际影响力，西南院走过的是怎样的一条路？

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！

这条大型煤制天然气关键技术求索之路，西南院走过了十二年。

“填补国内空白”

“2000年以前，我国化工行业大量的技术依赖国外引进。2001年正式加入WTO 后的这二十年，是我们赶超国外先进技术的关键阶段。在这二十年中，我国的许多化工技术实现了赶超。”陈健说。

2009年，西南院大型煤制天然气甲烷化技术立项。

立项之初，国内天然气资源开始出现短缺，对外依存度不断提高。根据预测，国内天然气缺口会逐年增大。

“煤制天然气使用劣质煤为原料，是天然气能源的有益补充。2009年国资委首次批复煤制天然气路条（大唐克旗）至今，国内所有煤制天然气项目采用的都是国外甲烷化工艺技术及催化剂。”西南院副总经理、催化剂事业部总经理郑珩介绍说。

科技报国。填补国内空白，打破国外垄断，始终是我国科研人员的使命！

开发成套甲烷化催化剂和工艺技术的任务，落在了西南院肩上。

回顾西南院的历史，会发现一条与祖国同呼吸共命运的发展轨迹。自建院之初，该院就开展了天然气利用技术研究，迈上了填补国内技术空白的道路。

“我们院成立于1958年。当初布局西南院的历史使命，就是研发中国需要的自主技术。”郑珩说。

新中国成立伊始，工业基础薄弱。为解决全国人民吃饭的问题，农业生产急需尿素。当时，西南院接到的第一个任务就是开发天然气生产化肥技术。

“当时，我们用催化剂把天然气转化为氢气，再和空气中的氮气反应，在催化剂作用下制成合成氨，合成氨与二氧化碳反应变成尿素。”催化剂事业部副总经理曾旭说。

此后，六十载岁月沧桑，一甲子风云变换。西南院围绕着如何把天然气转化成化工产品，持之以恒，砥砺前行，取得了天然气转化催化剂及工艺技术的一个又一个突破。

作为国内知名的催化剂产品供应商，西南院拥有自主研发的各类催化剂50 余种。从20世纪80年代开始，西南院的催化剂出口20 多个国家和地区，多项催化技术处于国际先进水平。“以变压吸附技术为例，经过努力，西南院已经成为世界三大变压吸附技术提供商。”郑珩表示。

有了光荣的历史和坚实的研发基础，煤制天然气甲烷化技术是西南院在“填补国内空白”道路上的又一次成功探索。

2009年，西南院开题立项进行煤制天然气工艺及催化剂研究；

2013年，西南院完成350Nm3/h 甲烷化模试；

2014年，西南院与中海油合作完成国内外第一套2000Nm3/h 煤制天然气甲烷化全流程中试；

2021年，西南院与新疆庆华合作开展煤制天然气甲烷化催化剂侧线试验，经1400 小时侧线试验运行，煤制天然气甲烷化催化剂各项性能指标达到设计要求；

2022年，西南院与新疆庆华签订催化剂供货合同；

7月28日，新疆庆华煤制天然气装置实现满负荷生产；

7月28日，新疆庆华煤制天然气装置使用国产化催化剂开车成功；

7月31日，煤制天然气催化剂通过72 小时性能考核，装置最大生产负荷达到设计指标的110%，每天生产460万标准立方米天然气并顺利并入国家西气东输管网，标志着我国首次国产煤制气催化剂整炉工业化应用取得完全成功；

8月1日，陈健应邀赴新疆参加新疆庆华国产甲烷化催化剂整炉工业化应用成功发布会。

……

一路走来，陈健感慨万千。“当看到国内化工行业的首套装置、第一炉催化剂都是用国外技术的时候，作为国家级的创新平台，西南院倍增使命感，立志要解决行业‘卡脖子’的技术难题并且终获突破。”

“我们用自主技术补上了我国煤制天然气技术链的最后一环，实现了煤制天然气全产业链技术国产化。”西南院副总工程师、催化剂事业部副总经理张新波指出了这项技术的另一层突破性意义。

据介绍，在现代煤化工四大技术——煤制乙二醇、煤制油、煤制烯烃、煤制气中，前三项技术在经过十到二十年的努力后已经实现了国产化，煤制气是最晚实现全产业链国产化的技术。

西南院甲烷化技术为煤制天然气产业发展提供了有力的技术支撑。

“一流的技术创新和服务”

煤制天然气甲烷化技术和催化剂花落中国，花开圆满。

“这是具有里程碑意义的。西南院以国家资源禀赋为考量，用一流的技术创新和服务，让煤制天然气甲烷化技术和催化剂取得了较好的应用效果。”陈健表示。

▲西南院催化剂样品合集。

据介绍，在煤制天然气甲烷化技术和催化剂以外，西南院还研发出诸多技术，包括低碳化工催化剂、变压吸附技术、有机合成技术，在能源化工领域里发挥着核心作用。西南院的变压吸附气体分离技术达到世界一流水平，曾两次获得国家科技进步一等奖。西南院的服务对象包括中国石化、中国石油等大型炼油化工企业以及国家能源集团、陕煤等现代煤化工企业。

瞄准世界一流搞创新，西南院的多项国产化技术从无到有，并实现超越。

“我们的目标是让西南院的技术、产品在工艺和工程上达到预期目的，并且技术的先进性要达到国际一流水平。这不是一件简单的事情。”陈健表示。

以催化剂研发为例。虽然条条大路通罗马，但各家的催化剂都有自己的特色。要研发出国产化的、技术领先的催化剂，必然要走前人没有走过的路。

“科研就是研究规律，没有窍门，一步一个脚印。”张新波表示。

面对煤制天然气甲烷化国产化需求，西南院催化剂研发人员采用新的制备、评价思路，以新的制备工艺开发出新型催化剂。

“项目团队分工明确，包括工艺、催化剂制备、催化剂放大、催化剂生产、催化剂评价分析、信息调研、专利布局等。年复一年，我们逐步完善和提升催化剂的性能。”西南院催化剂事业部总经理助理、煤制气立项研发负责人何洋表示。

西南院催化剂与国外催化剂相比，在工业实施中体现出更优异的性能。新疆庆华应用的CNGC-2催化剂和CNJ-8 系列甲烷化催化剂与国外催化剂相比，起活温度低（20℃～50℃），活性更高，稳定性更好，还提升了单程甲烷化反应的转化效率。

拥有了一流的技术、产品和服务，定会闯出一片新天地。

“我们有10 多个国家级科技创新平台，包括国家碳一化学工程技术研究中心、工业排放气综合利用国家重点实验室、国家变压吸附气体分离技术研究推广中心……这些一流的技术创新平台支撑了国产化自主技术的研究。”郑珩表示。

“板凳要坐十年冷”

“十年磨一剑”“板凳要坐十年冷”“机会只留给有准备的人”……这些话放在西南院催化剂团队的身上，真是再合适不过了。

煤制天然气甲烷化技术和催化剂从开始研究到取得突破，历经12年。其间有很多标志性的节点。例如，实验室催化剂定型、催化剂放大制备、单反应器模试、全流程中试、工艺包编制。

“这算是比较长的历程了，也从一个侧面说明项目研发的难度大。这个项目投入了很多研发资源，像模试和中试的经费投入是非常巨大的。”何洋说。

时间长、难度高、投入大。12年的时光流逝，让西南院催化剂团队的不少成员从青葱少年成长为中坚力量。

硕士研究生一毕业就到西南院工作的刘玉成，现在已经是催化剂事业部的研发主任工程师。说起自己在这十年中的蜕变，他颇有感触——因为自己遇到了好的项目与机会，从一名学院派的学子变身为从应用基础研究到工程化试验全流程技术创新的科研人员。

“这些年，我是和这个项目一起成长的。从项目中学习到的知识和积累的经验，让我再做其他项目时，很快就能上手。通过这个十年的大项目，让我对整个催化剂体系有了较为完整的认识，拓展了我的思维方式。”刘玉成说。

在甲烷化催化剂的研制过程，积碳一度成为最让研究人员头疼的问题。

“催化剂不仅要解决活性、稳定性的问题，而且要解决积碳的问题。我们要平衡各个关系，在提高其稳定性的同时降低积碳的风险。”刘玉成强调的“平衡”，就是他在参与甲烷化催化剂工业化过程中最深的体会。“工业化过程中要全面考虑很多因素，它不见得要求催化剂的每一项性能都特别顶尖，但是需要一个平衡，体现出综合性能的优势。”他说。

最终，整个团队通过发挥智慧和努力，把这个“硬骨头”啃了下来。“我们通过调优催化剂配方和改变催化剂制备工艺，解决了积碳的问题。”他说。

在普通人心中，科研人员常常是身穿白大褂，整日沉浸在实验室中……然而，在西南院的煤制气甲烷化项目团队，大部分研究人员竟然身着施工工装，一次一次出现在中试、侧线试验、工业装置开车现场。

“2014年初，与中海油合作的中试项目进入建设阶段，我们领导当时让我过去学习一下。没想到这一学就是7 个月。”催化剂事业部研发主任工程师谭建冬说。原来，项目中试，从零做起，人手短缺，他“变身”为长期驻扎项目部的工程管理人员了。

在那段时间里，他每天要去盯中试装置的施工进度，还要跟业主方、施工方、设计方去沟通中试有关的技术问题。历经半年时间，中试装置建设和开车运行顺利完成了。

“我本来是做催化剂研究的，但有这个难得的机会让我参与催化剂与工艺、实验室与工程化相结合，更有利于我的成长，我也更加体会到整个过程的艰辛。”

经过这次难忘的历练，到了新疆庆华工业装置正式开车的时候，谭建冬感到自己在现场更加游刃有余了。在他看来，新疆庆华的开车过程是非常严密和严谨的。“催化剂的装填完全是一个教科书式的。装填高度竟然与我们设计画线的位置是一样起平的，一点不多一点不少，说明我们的功夫没有白费。”

十二载岁月，如白驹过隙。顺境也好，逆境也罢，“作为研究人员，我们对起起伏伏早已经习惯了。在技术研发和成果转化最艰难的时候，我们没有放弃过。”张新波表示。

十年一剑，一剑破晓。这十年，对西南院来说，很值得。

链 接

西南院的催化剂家族产品

上世纪60年代，西南院开始研究气态烃转化催化剂和工艺，开发出Z107、CN-8、Z110Y、Z111-6YQ 、CN-16YQ、CN-23、CN-28YQ等系列一段转化催化剂，已成功应用于国内外300多套合成氨、甲醇、制氢装置。烃类转化催化剂荣获国家科技进步二等奖2次、三等奖1次，化工部科技进步一等奖等奖项。

上世纪70年代中期，西南院进行合成甲醇催化剂研究，先后研发了C302、C312、XNC-98等系列合成甲醇催化剂，成功应用于国内大中小型甲醇合成装置130多套。甲醇催化剂先后获国家科技进步二等奖、化工部科技进步二等奖、第三届爱因斯坦世界发明博览会国际最高金奖等奖项。

上世纪80年代，西南院开始进行甲醇蒸汽转化制氢工艺和催化剂的研究。如今，该型催化剂与工艺技术已成功应用于国内大中小型甲醇水蒸汽转化制氢装置100多套。

2006年，西南院开始进行超精净化剂研究，先后开发多型超精净化剂，应用于30多套合成气、焦炉气、热解气等工艺气体的深度脱硫净化装置，可将原料气中有机硫和无机硫脱除至≤0.02ppm。

西南院的二甲醚催化剂成功应用于国内外80多套甲醇制二甲醚装置。