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【弘揚(yáng)科學(xué)家精神：優(yōu)秀科技工作者風(fēng)采錄】

【編者按】為大力弘揚(yáng)科學(xué)家精神，生動(dòng)展現(xiàn)化工領(lǐng)域科技工作者報(bào)國為民的風(fēng)采，引領(lǐng)廣大化工科技工作者肩負(fù)起歷史責(zé)任，不斷向科學(xué)技術(shù)廣度和深度進(jìn)軍，中國化工學(xué)會開展“弘揚(yáng)科學(xué)家精神：優(yōu)秀科技工作者風(fēng)采錄”系列活動(dòng)?；顒?dòng)將展示化工領(lǐng)域優(yōu)秀科學(xué)家和科技工作者篤行不怠、科技報(bào)國、勇當(dāng)高水平科技自立自強(qiáng)排頭兵的卓越風(fēng)采和創(chuàng)新精神，以增強(qiáng)榮譽(yù)感和科技報(bào)國的使命感，形成推進(jìn)高水平科技自立自強(qiáng)、建設(shè)科技強(qiáng)國的強(qiáng)大合力。

中國化工學(xué)會會士風(fēng)采：王輔臣

 

一、個(gè)人簡歷

 

      華東理工大學(xué)（原華東化工學(xué)院）獲學(xué)士、碩士和博士學(xué)位，1991年2月研究生提前畢業(yè)留校任教，先后入選長江學(xué)者、“新世紀(jì)百千萬人才計(jì)劃”國家級人選、國家萬人計(jì)劃科技領(lǐng)軍人才，國務(wù)院學(xué)位委員會第七、第八屆學(xué)科評議組成員，國家能源局煤炭清潔利用咨詢專家組成員。中國化工學(xué)會煤化工專委會副主任、中國煤炭學(xué)會煤化工專委會副主任、上海市化學(xué)化工學(xué)會理事兼能源化工專委會主任、《潔凈煤技術(shù)》編委會副主任。

      長期從事煤炭氣化及含碳廢棄物資源化技術(shù)研究與開發(fā)，成功合作開發(fā)國內(nèi)首套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)，發(fā)明富甲烷氣綠色高效轉(zhuǎn)化技術(shù)。兩次擔(dān)任國家973項(xiàng)目首席科學(xué)家，項(xiàng)目結(jié)題均獲優(yōu)秀。先后獲科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省部級科技進(jìn)步一等獎(jiǎng) 9項(xiàng)。合作發(fā)表論文450余篇、授權(quán)發(fā)明專利112項(xiàng)、出版《煤炭氣化技術(shù)》等專著2部。

 

二、研究領(lǐng)域介紹

圖1 國內(nèi)首套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型水煤漿氣化裝置

       針對這些問題，在國家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目支持下，在老一代科學(xué)家的指導(dǎo)下，作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一，王輔臣率先建立了氣化爐的混合模型和氣化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，解決了氣化技術(shù)自主設(shè)計(jì)的問題。其后又和團(tuán)隊(duì)一起發(fā)明了多噴嘴對置式煤氣化技術(shù)，二〇〇五年國內(nèi)首套具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大型煤氣化技術(shù)——多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)，在兗礦（現(xiàn)山能）國泰投入運(yùn)行，打破了國外技術(shù)壟斷。首套裝置單爐日處理煤1150噸，配套25萬噸甲醇和20萬噸醋酸裝置（圖1）。該裝置工藝指標(biāo)、關(guān)鍵設(shè)備壽面全面超越了引進(jìn)的水煤漿氣化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行。

       針對早期氣化裝置單爐規(guī)模較小、局部耐火磚壽命短、及碳轉(zhuǎn)化率需要進(jìn)一步提高等技術(shù)與工程難題，王輔臣帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)攻關(guān)與創(chuàng)新。確立了氣化爐放大準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)了多噴嘴對置式水煤漿氣化爐的過程強(qiáng)化與工程放大。二〇一九年在內(nèi)蒙榮信建成世界單爐處理規(guī)模最大（日投煤量4000噸級）的煤氣化裝置（圖2），與同類技術(shù)相比，碳轉(zhuǎn)化率提高3～4%，比氧耗降低3～5%，比煤耗降低～2%（相當(dāng)于單爐年節(jié)煤約2.6萬噸）。

圖2 世界單爐處理能力最大煤氣化裝置（4000噸級煤/天）

       該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到國內(nèi)外70個(gè)項(xiàng)目，在建和運(yùn)行氣化爐202臺，先后應(yīng)用于國內(nèi)首套100萬噸/年煤間接液化裝置（圖3）和國內(nèi)最大煤制氫裝置（圖4），有力支撐了我國現(xiàn)代煤化工的發(fā)展，推動(dòng)了煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化利用。

圖3 國內(nèi)首套100萬噸/年煤間接液化制油裝置

圖4 國內(nèi)最大煤制氫裝置（80萬Nm³ H₂/小時(shí)）

富甲烷氣綠色高效轉(zhuǎn)化和含碳廢棄物資源化利用技術(shù)

      理論上所有的含碳資源都可以通過氣化（或非催化部分氧化）轉(zhuǎn)化為合成氣（CO+H₂），關(guān)鍵是要開發(fā)適用不同原料形態(tài)的工程化技術(shù)。

      我國富甲烷氣資源豐富，其中焦?fàn)t氣、荒煤氣可利用量達(dá)1400億Nm³/年，相當(dāng)于1.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤/年，清潔高效利用是行業(yè)重大需求。轉(zhuǎn)化過程涉及高溫、高壓下湍流擴(kuò)散火焰和有限空間內(nèi)的劇烈熱質(zhì)傳遞，局部燃燒強(qiáng)度大、反應(yīng)復(fù)雜，火焰溫度高達(dá)2000℃以上，工程化面臨燒嘴壽命短、轉(zhuǎn)化爐殼體易超溫、火管鍋爐管板龜裂等技術(shù)難題。

      針對上述需求和問題，王輔臣創(chuàng)新提出純氧條件下實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)溫和燃燒的技術(shù)途徑，構(gòu)建了富甲烷氣-純氧反擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)調(diào)控方法。發(fā)明了回流區(qū)與平推流區(qū)耦合的富甲烷氣非催化轉(zhuǎn)化爐、薄端部高效長壽命燒嘴、三側(cè)孔定向撞擊冷卻水進(jìn)口結(jié)構(gòu)的撓性管板。率先構(gòu)建了非催化部分氧化過程的數(shù)學(xué)模型，發(fā)明了短流程、低能耗、高效率的富甲烷氣非催化轉(zhuǎn)化成套工藝，二〇二二年在寧夏寶豐建成了單爐處理能力世界最大（100000Nm³/h）的焦?fàn)t氣非催化轉(zhuǎn)化制合成氣裝置。與同類技術(shù)相比，原料消耗降低8.6%。該技術(shù)已應(yīng)用于21個(gè)項(xiàng)目（已投入運(yùn)行9個(gè)），轉(zhuǎn)化爐總計(jì)22臺，分別支撐建成世界首套以天然氣、焦?fàn)t氣和荒煤氣制乙二醇大型工業(yè)裝置。

圖5 全球單爐處理能力最大焦?fàn)t氣非催化轉(zhuǎn)化裝置

（10萬Nm³焦?fàn)t氣/小時(shí)）

      針對氣化原料拓展的需要，王輔臣又帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)煉廠廢棄物氣化制氫和生物質(zhì)（垃圾）氣化技術(shù)，并分別建成了工業(yè)裝置（圖6）和中試裝置（圖7）。為我國含碳廢棄物的資源化利用開辟了新途徑，提供了新技術(shù)。

圖6 煉廠廢棄物制氫裝置（27.2萬Nm³ H₂/小時(shí)）

圖7 國內(nèi)首套萬噸級/年垃圾氣化中試裝置

 

三、事跡和故事分享

 

結(jié)緣煤氣化

      王輔臣教授自一九八四年進(jìn)入華東理工大學(xué)（原華東化工學(xué)院）無機(jī)化工專業(yè)學(xué)習(xí)，在華理度過了整整四十年，從一個(gè)青春懵懂的大一新生，成長為兩鬢斑白的“老”教授。在華理學(xué)習(xí)期間，他開始了解煤氣化，也知道煤是最重要的化工原料，但當(dāng)時(shí)是石油化工蓬勃發(fā)展的黃金期，傳統(tǒng)煤化工被喻為夕陽產(chǎn)業(yè)。與煤相關(guān)專業(yè)的學(xué)生自嘲：我們是“搗”煤（諧音倒霉）的人，調(diào)侃“煤化工”是“沒化工”。一九八八年同學(xué)們大學(xué)畢業(yè)時(shí)，最好的去處當(dāng)然是現(xiàn)代化的石油化工廠，但這些企業(yè)基本只招石油加工和化學(xué)工程的學(xué)生，無機(jī)化工和煤化工的學(xué)生只能到焦化廠、化肥廠，條件相對艱苦。

一九九二年團(tuán)隊(duì)合影

（前排左二為于遵宏教授，后排右一為王輔臣）

      一九八八年五月王輔臣被母校化工系錄取為研究生，西北農(nóng)村出來的他心里一直在糾結(jié)，是出去工作，以減輕父母負(fù)擔(dān)，支持弟弟妹妹讀書，還是繼續(xù)讀書。6月國內(nèi)一家大型石化企業(yè)來校招聘，他很忐忑的給來招聘的公司總工遞上了自己四年的成績單，那位總工一看四年成績?nèi)珜I(yè)第一，當(dāng)時(shí)就決定錄用他。當(dāng)時(shí)國家有政策，已考取研究生的應(yīng)屆本科生，如果先去工廠工作，可以保留兩年學(xué)籍，這些來招聘的總工也都明確承諾了。既能去心儀的大企業(yè)工作，又有將來繼續(xù)深造的機(jī)會，對王輔臣來說，這當(dāng)然是求之不得的。沒想到，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)去系里調(diào)檔案時(shí)，王輔臣當(dāng)時(shí)本科論文的指導(dǎo)教師、化工系系主任于遵宏教授知道了此事，就把王輔臣叫到了辦公室，于先生并沒有給他講大道理，先問他當(dāng)年全國大學(xué)畢業(yè)生有多少，王輔臣回答說，大概五十多萬。又問他，當(dāng)年研究生錄取數(shù)是多少，王輔臣搖搖頭。于先生告訴王輔臣，當(dāng)年全國研究生招生數(shù)只有三萬五千多。再問他，是想做五十萬分之一？還是做三萬五千分之一？這樣質(zhì)樸簡單的分析，一下子堅(jiān)定了王輔臣讀研的想法。道別時(shí)，王輔臣請于先生在自己的畢業(yè)紀(jì)念冊上留言，他用自己瀟灑的鋼筆字寫下了：“成績得來不易，更上一層樓，當(dāng)須放眼量！”

于先生的一席話，改變了王輔臣的人生軌跡，從此與煤氣化結(jié)下不解之緣。

投身煤氣化

      一九八八年九月，王輔臣開始跟隨于遵宏先生讀研究生。一九九零年四月底的一天下午，于先生叫上王輔臣，師生走出實(shí)驗(yàn)，坐在華理五教和七教東側(cè)的那個(gè)花園里的草地上，做了一次長談。王輔臣后來回憶，那是一個(gè)晴天，碧空如洗，春天的氣息還沒有散盡，遠(yuǎn)處有幾株杜鵑在開放，學(xué)校南門主干道上的高大的樟樹已經(jīng)逐漸換上了嫩綠的新葉，暖風(fēng)和煦，心境格外的好。那時(shí)候王輔臣的研究生研究課題已經(jīng)基本完成，于先生希望他提前答辯，留校任教，導(dǎo)師的再次挽留，堅(jiān)定了王輔臣從事教育和科研的決心。一九九零年年底，王輔臣提前半年完成了自己的碩士論文。一九九一年一月，完成了碩士論文答辯。二月，入職成為華理教師隊(duì)伍中的一員，全身心投入煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)。

      一九九二年九月，他成為于先生的第一個(gè)博士生，論文選擇了當(dāng)時(shí)極有挑戰(zhàn)性的氣流床氣化爐。當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件非常艱苦，為了研究爐內(nèi)流場，團(tuán)隊(duì)在中國石化和化工部的支持下，建立了首套大型氣流床氣化冷模裝置，裝置有了，測試的手段又跟不上，王輔臣提出了測定爐內(nèi)冷態(tài)相對濃度的方法，研究了冷態(tài)濃度分布和停留時(shí)間分布，全面揭示了爐內(nèi)混合過程，為建立氣化爐和氣化系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型奠定了基礎(chǔ)。其后他又再接再厲，建立了氣化爐和氣化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，編制了氣化爐、氣化系統(tǒng)模擬和優(yōu)化軟件。一九九五年五月底，他博士論文答辯時(shí)，專家們在答辯決議書中給與了極高的評價(jià)：“為我國開發(fā)自己的氣化技術(shù)和PDP軟件奠定了理論基礎(chǔ)。”

      團(tuán)隊(duì)都知道，王輔臣在工作中是“拼命三郎”。當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)氣化爐和氣化系統(tǒng)，他為了開發(fā)氣化系統(tǒng)的模擬程序，曾經(jīng)有兩次三天三夜坐在計(jì)算機(jī)房，只在吃飯、方便時(shí)離開一下。那時(shí)候計(jì)算機(jī)相對落后，一萬多行程序，全系統(tǒng)計(jì)算一次、運(yùn)行一遍，就是24小時(shí)，要查找程序錯(cuò)誤，盯著計(jì)算機(jī)屏幕。

有一次氫氣鋼瓶到了樓下，恰好電梯壞了，實(shí)驗(yàn)不能停下，王輔臣抗著鋼瓶從樓梯走上三樓。

      一九九七年九月初的一個(gè)周日早上，王輔臣早早到辦公室，調(diào)試剛剛從國外購置的大型流場測試儀器，數(shù)年的拼搏，身體透支，這位當(dāng)年學(xué)校田徑隊(duì)的中長跑主力隊(duì)員當(dāng)天上午暈倒在了實(shí)驗(yàn)室。他在醫(yī)院治療、休養(yǎng)六個(gè)月才慢慢恢復(fù)。一出院他又馬上投入到中試裝置的設(shè)計(jì)當(dāng)中，用自主開發(fā)的系統(tǒng)模擬軟件，完成了全系統(tǒng)的物料熱量平衡計(jì)算，并反復(fù)調(diào)整，后來的中試結(jié)果表明，這些計(jì)算都非常準(zhǔn)確，這其中傾注了王輔臣大量的心血。

王輔臣（左一）教授在裝置現(xiàn)場

王輔臣（右二）教授在裝置現(xiàn)場

王輔臣（右一）教授在裝置現(xiàn)場

      二〇〇一年，自主知識產(chǎn)權(quán)氣化技術(shù)工程示范列入國家863重大項(xiàng)目，王輔臣開發(fā)的模擬軟件發(fā)揮了巨大作用，二〇〇五年，裝置順利投產(chǎn)，模擬結(jié)果再次得到工業(yè)化驗(yàn)證。

 

與煤氣化共成長

      由于工作業(yè)績突出，二〇〇〇年王輔臣被學(xué)校破格晉升為正教授；二〇〇四年他成為當(dāng)時(shí)國家最年輕的973項(xiàng)目首席科學(xué)家，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)和合作單位順利完成相關(guān)研究任務(wù)，二〇〇九年結(jié)題獲評優(yōu)秀。次年，由于項(xiàng)目成果突出，再次列入國家973項(xiàng)目，他提出了含碳廢棄物氣化及廢棄物與煤共氣化的思路，積極推進(jìn)氣化原料的拓展，二〇一四年項(xiàng)目結(jié)題時(shí)再次評為優(yōu)秀。二〇〇六年他率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)入選教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，這是華東理工大學(xué)的第一個(gè)教育創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，其后又入選科技部重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。王輔臣本人也先后入選教育部長江學(xué)者、“新世紀(jì)百千萬人才工程”國家級人選、國家萬人計(jì)劃科技領(lǐng)軍人才等。

王輔臣（前排中）教授和同事討論

      提起這些，王輔臣總是謙虛地說：“成績是站在前輩的肩膀上取得的，是在團(tuán)隊(duì)共同努力下取得的。能有今天的成績是生逢好的時(shí)代，趕上了國家改革開發(fā)發(fā)展的大潮。”

      他說：“與煤氣化技術(shù)結(jié)緣三十六年，煤氣化技術(shù)發(fā)展了，自己也成長了。感懷先師，感念時(shí)代，感謝同事，感恩同行！”

      二〇一六年，他牽頭獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，在同行們紛紛祝賀時(shí)，他曾用一首七言絕句答謝：

 劍磨十年憑堅(jiān)韌，

 汗滴泥土終不空。

 臺下掌聲成過往，

 明朝再登新征程。

      詩言志，這首詩表明了王輔臣在科研創(chuàng)新上永不停息的精神。

      智山慧海傳薪火，愿隨前薪做后薪。二〇二二年，他又牽頭創(chuàng)建了含碳廢棄物資源化零碳利用教育部工程研究中心，把煤氣化技術(shù)拓展到生物質(zhì)、垃圾、煉廠廢棄物等含碳固廢氣化等領(lǐng)域，并和團(tuán)隊(duì)全力開展基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)。

      他既謙虛又滿懷信心地說：“我們站在前人的肩膀上，要取得無愧于前輩、無愧于時(shí)代的新成績！”