十載上下求索

文／本刊記者 鄭 丹／姚 璐 覃 念

堅實的積淀、優秀的隊伍，是西南院研發大型煤制氣甲烷化催化劑及工藝的源泉。

“當國外的技術比我們先進的時候，國內廠家一般都首選國外的。我們堅守創新，實現了從跟跑到超越。目前，我們出口到海外最大的變壓吸附裝置每小時產氫量已經達到23 萬立方米。”中化西南化工研究設計院有限公司（以下簡稱西南院）黨委書記、總經理陳健表示。

從尚不能比肩國際水平到技術和裝置被國內企業選擇，甚至出口海外與國外企業，在國際化市場上同臺競爭彰顯國際影響力，西南院走過的是怎樣的一條路？

路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索！

這條大型煤制天然氣關鍵技術求索之路，西南院走過了十二年。

“填補國內空白”

“2000年以前，我國化工行業大量的技術依賴國外引進。2001年正式加入WTO 后的這二十年，是我們趕超國外先進技術的關鍵階段。在這二十年中，我國的許多化工技術實現了趕超。”陳健說。

2009年，西南院大型煤制天然氣甲烷化技術立項。

立項之初，國內天然氣資源開始出現短缺，對外依存度不斷提高。根據預測，國內天然氣缺口會逐年增大。

“煤制天然氣使用劣質煤為原料，是天然氣能源的有益補充。2009年國資委首次批復煤制天然氣路條（大唐克旗）至今，國內所有煤制天然氣項目采用的都是國外甲烷化工藝技術及催化劑。”西南院副總經理、催化劑事業部總經理鄭珩介紹說。

科技報國。填補國內空白，打破國外壟斷，始終是我國科研人員的使命！

開發成套甲烷化催化劑和工藝技術的任務，落在了西南院肩上。

回顧西南院的歷史，會發現一條與祖國同呼吸共命運的發展軌跡。自建院之初，該院就開展了天然氣利用技術研究，邁上了填補國內技術空白的道路。

“我們院成立于1958年。當初布局西南院的歷史使命，就是研發中國需要的自主技術。”鄭珩說。

新中國成立伊始，工業基礎薄弱。為解決全國人民吃飯的問題，農業生產急需尿素。當時，西南院接到的第一個任務就是開發天然氣生產化肥技術。

“當時，我們用催化劑把天然氣轉化為氫氣，再和空氣中的氮氣反應，在催化劑作用下制成合成氨，合成氨與二氧化碳反應變成尿素。”催化劑事業部副總經理曾旭說。

此后，六十載歲月滄桑，一甲子風云變換。西南院圍繞著如何把天然氣轉化成化工產品，持之以恒，砥礪前行，取得了天然氣轉化催化劑及工藝技術的一個又一個突破。

作為國內知名的催化劑產品供應商，西南院擁有自主研發的各類催化劑50 余種。從20世紀80年代開始，西南院的催化劑出口20 多個國家和地區，多項催化技術處于國際先進水平。“以變壓吸附技術為例，經過努力，西南院已經成為世界三大變壓吸附技術提供商。”鄭珩表示。

有了光榮的歷史和堅實的研發基礎，煤制天然氣甲烷化技術是西南院在“填補國內空白”道路上的又一次成功探索。

2009年，西南院開題立項進行煤制天然氣工藝及催化劑研究；

2013年，西南院完成350Nm3/h 甲烷化模試；

2014年，西南院與中海油合作完成國內外第一套2000Nm3/h 煤制天然氣甲烷化全流程中試；

2021年，西南院與新疆慶華合作開展煤制天然氣甲烷化催化劑側線試驗，經1400 小時側線試驗運行，煤制天然氣甲烷化催化劑各項性能指標達到設計要求；

2022年，西南院與新疆慶華簽訂催化劑供貨合同；

7月28日，新疆慶華煤制天然氣裝置實現滿負荷生產；

7月28日，新疆慶華煤制天然氣裝置使用國產化催化劑開車成功；

7月31日，煤制天然氣催化劑通過72 小時性能考核，裝置最大生產負荷達到設計指標的110%，每天生產460萬標準立方米天然氣并順利并入國家西氣東輸管網，標志著我國首次國產煤制氣催化劑整爐工業化應用取得完全成功；

8月1日，陳健應邀赴新疆參加新疆慶華國產甲烷化催化劑整爐工業化應用成功發布會。

……

一路走來，陳健感慨萬千。“當看到國內化工行業的首套裝置、第一爐催化劑都是用國外技術的時候，作為國家級的創新平臺，西南院倍增使命感，立志要解決行業‘卡脖子’的技術難題并且終獲突破。”

“我們用自主技術補上了我國煤制天然氣技術鏈的最后一環，實現了煤制天然氣全產業鏈技術國產化。”西南院副總工程師、催化劑事業部副總經理張新波指出了這項技術的另一層突破性意義。

據介紹，在現代煤化工四大技術——煤制乙二醇、煤制油、煤制烯烴、煤制氣中，前三項技術在經過十到二十年的努力后已經實現了國產化，煤制氣是最晚實現全產業鏈國產化的技術。

西南院甲烷化技術為煤制天然氣產業發展提供了有力的技術支撐。

“一流的技術創新和服務”

煤制天然氣甲烷化技術和催化劑花落中國，花開圓滿。

“這是具有里程碑意義的。西南院以國家資源稟賦為考量，用一流的技術創新和服務，讓煤制天然氣甲烷化技術和催化劑取得了較好的應用效果。”陳健表示。

▲西南院催化劑樣品合集。

據介紹，在煤制天然氣甲烷化技術和催化劑以外，西南院還研發出諸多技術，包括低碳化工催化劑、變壓吸附技術、有機合成技術，在能源化工領域里發揮著核心作用。西南院的變壓吸附氣體分離技術達到世界一流水平，曾兩次獲得國家科技進步一等獎。西南院的服務對象包括中國石化、中國石油等大型煉油化工企業以及國家能源集團、陜煤等現代煤化工企業。

瞄準世界一流搞創新，西南院的多項國產化技術從無到有，并實現超越。

“我們的目標是讓西南院的技術、產品在工藝和工程上達到預期目的，并且技術的先進性要達到國際一流水平。這不是一件簡單的事情。”陳健表示。

以催化劑研發為例。雖然條條大路通羅馬，但各家的催化劑都有自己的特色。要研發出國產化的、技術領先的催化劑，必然要走前人沒有走過的路。

“科研就是研究規律，沒有竅門，一步一個腳印。”張新波表示。

面對煤制天然氣甲烷化國產化需求，西南院催化劑研發人員采用新的制備、評價思路，以新的制備工藝開發出新型催化劑。

“項目團隊分工明確，包括工藝、催化劑制備、催化劑放大、催化劑生產、催化劑評價分析、信息調研、專利布局等。年復一年，我們逐步完善和提升催化劑的性能。”西南院催化劑事業部總經理助理、煤制氣立項研發負責人何洋表示。

西南院催化劑與國外催化劑相比，在工業實施中體現出更優異的性能。新疆慶華應用的CNGC-2催化劑和CNJ-8 系列甲烷化催化劑與國外催化劑相比，起活溫度低（20℃～50℃），活性更高，穩定性更好，還提升了單程甲烷化反應的轉化效率。

擁有了一流的技術、產品和服務，定會闖出一片新天地。

“我們有10 多個國家級科技創新平臺，包括國家碳一化學工程技術研究中心、工業排放氣綜合利用國家重點實驗室、國家變壓吸附氣體分離技術研究推廣中心……這些一流的技術創新平臺支撐了國產化自主技術的研究。”鄭珩表示。

“板凳要坐十年冷”

“十年磨一劍”“板凳要坐十年冷”“機會只留給有準備的人”……這些話放在西南院催化劑團隊的身上，真是再合適不過了。

煤制天然氣甲烷化技術和催化劑從開始研究到取得突破，歷經12年。其間有很多標志性的節點。例如，實驗室催化劑定型、催化劑放大制備、單反應器模試、全流程中試、工藝包編制。

“這算是比較長的歷程了，也從一個側面說明項目研發的難度大。這個項目投入了很多研發資源，像模試和中試的經費投入是非常巨大的。”何洋說。

時間長、難度高、投入大。12年的時光流逝，讓西南院催化劑團隊的不少成員從青蔥少年成長為中堅力量。

碩士研究生一畢業就到西南院工作的劉玉成，現在已經是催化劑事業部的研發主任工程師。說起自己在這十年中的蛻變，他頗有感觸——因為自己遇到了好的項目與機會，從一名學院派的學子變身為從應用基礎研究到工程化試驗全流程技術創新的科研人員。

“這些年，我是和這個項目一起成長的。從項目中學習到的知識和積累的經驗，讓我再做其他項目時，很快就能上手。通過這個十年的大項目，讓我對整個催化劑體系有了較為完整的認識，拓展了我的思維方式。”劉玉成說。

在甲烷化催化劑的研制過程，積碳一度成為最讓研究人員頭疼的問題。

“催化劑不僅要解決活性、穩定性的問題，而且要解決積碳的問題。我們要平衡各個關系，在提高其穩定性的同時降低積碳的風險。”劉玉成強調的“平衡”，就是他在參與甲烷化催化劑工業化過程中最深的體會。“工業化過程中要全面考慮很多因素，它不見得要求催化劑的每一項性能都特別頂尖，但是需要一個平衡，體現出綜合性能的優勢。”他說。

最終，整個團隊通過發揮智慧和努力，把這個“硬骨頭”啃了下來。“我們通過調優催化劑配方和改變催化劑制備工藝，解決了積碳的問題。”他說。

在普通人心中，科研人員常常是身穿白大褂，整日沉浸在實驗室中……然而，在西南院的煤制氣甲烷化項目團隊，大部分研究人員竟然身著施工工裝，一次一次出現在中試、側線試驗、工業裝置開車現場。

“2014年初，與中海油合作的中試項目進入建設階段，我們領導當時讓我過去學習一下。沒想到這一學就是7 個月。”催化劑事業部研發主任工程師譚建冬說。原來，項目中試，從零做起，人手短缺，他“變身”為長期駐扎項目部的工程管理人員了。

在那段時間里，他每天要去盯中試裝置的施工進度，還要跟業主方、施工方、設計方去溝通中試有關的技術問題。歷經半年時間，中試裝置建設和開車運行順利完成了。

“我本來是做催化劑研究的，但有這個難得的機會讓我參與催化劑與工藝、實驗室與工程化相結合，更有利于我的成長，我也更加體會到整個過程的艱辛。”

經過這次難忘的歷練，到了新疆慶華工業裝置正式開車的時候，譚建冬感到自己在現場更加游刃有余了。在他看來，新疆慶華的開車過程是非常嚴密和嚴謹的。“催化劑的裝填完全是一個教科書式的。裝填高度竟然與我們設計畫線的位置是一樣起平的，一點不多一點不少，說明我們的功夫沒有白費。”

十二載歲月，如白駒過隙。順境也好，逆境也罷，“作為研究人員，我們對起起伏伏早已經習慣了。在技術研發和成果轉化最艱難的時候，我們沒有放棄過。”張新波表示。

十年一劍，一劍破曉。這十年，對西南院來說，很值得。

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西南院的催化劑家族產品

上世紀60年代，西南院開始研究氣態烴轉化催化劑和工藝，開發出Z107、CN-8、Z110Y、Z111-6YQ 、CN-16YQ、CN-23、CN-28YQ等系列一段轉化催化劑，已成功應用于國內外300多套合成氨、甲醇、制氫裝置。烴類轉化催化劑榮獲國家科技進步二等獎2次、三等獎1次，化工部科技進步一等獎等獎項。

上世紀70年代中期，西南院進行合成甲醇催化劑研究，先后研發了C302、C312、XNC-98等系列合成甲醇催化劑，成功應用于國內大中小型甲醇合成裝置130多套。甲醇催化劑先后獲國家科技進步二等獎、化工部科技進步二等獎、第三屆愛因斯坦世界發明博覽會國際最高金獎等獎項。

上世紀80年代，西南院開始進行甲醇蒸汽轉化制氫工藝和催化劑的研究。如今，該型催化劑與工藝技術已成功應用于國內大中小型甲醇水蒸汽轉化制氫裝置100多套。

2006年，西南院開始進行超精凈化劑研究，先后開發多型超精凈化劑，應用于30多套合成氣、焦爐氣、熱解氣等工藝氣體的深度脫硫凈化裝置，可將原料氣中有機硫和無機硫脫除至≤0.02ppm。

西南院的二甲醚催化劑成功應用于國內外80多套甲醇制二甲醚裝置。