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【弘揚科學家精神：優(yōu)秀科技工作者風采錄】

【編者按】為大力弘揚科學家精神，生動展現化工領域科技工作者報國為民的風采，引領廣大化工科技工作者肩負起歷史責任，不斷向科學技術廣度和深度進軍，中國化工學會開展“弘揚科學家精神：優(yōu)秀科技工作者風采錄”系列活動?；顒訉⒄故净ゎI域優(yōu)秀科學家和科技工作者篤行不怠、科技報國、勇當高水平科技自立自強排頭兵的卓越風采和創(chuàng)新精神，以增強榮譽感和科技報國的使命感，形成推進高水平科技自立自強、建設科技強國的強大合力。

中國化工學會會士風采：王輔臣

 

一、個人簡歷

 

      華東理工大學（原華東化工學院）獲學士、碩士和博士學位，1991年2月研究生提前畢業(yè)留校任教，先后入選長江學者、“新世紀百千萬人才計劃”國家級人選、國家萬人計劃科技領軍人才，國務院學位委員會第七、第八屆學科評議組成員，國家能源局煤炭清潔利用咨詢專家組成員。中國化工學會煤化工專委會副主任、中國煤炭學會煤化工專委會副主任、上海市化學化工學會理事兼能源化工專委會主任、《潔凈煤技術》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研究與開發(fā)，成功合作開發(fā)國內首套具有自主知識產權的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術，發(fā)明富甲烷氣綠色高效轉化技術。兩次擔任國家973項目首席科學家，項目結題均獲優(yōu)秀。先后獲科技進步二等獎2項、省部級科技進步一等獎 9項。合作發(fā)表論文450余篇、授權發(fā)明專利112項、出版《煤炭氣化技術》等專著2部。

 

二、研究領域介紹

圖1 國內首套具有自主知識產權的大型水煤漿氣化裝置

       針對這些問題，在國家“九五”重點科技攻關項目支持下，在老一代科學家的指導下，作為項目負責人之一，王輔臣率先建立了氣化爐的混合模型和氣化系統的數學模型，解決了氣化技術自主設計的問題。其后又和團隊一起發(fā)明了多噴嘴對置式煤氣化技術，二〇〇五年國內首套具有完全自主知識產權的大型煤氣化技術——多噴嘴對置式水煤漿氣化技術，在兗礦（現山能）國泰投入運行，打破了國外技術壟斷。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、關鍵設備壽面全面超越了引進的水煤漿氣化技術，實現安全穩(wěn)定長周期運行。

       針對早期氣化裝置單爐規(guī)模較小、局部耐火磚壽命短、及碳轉化率需要進一步提高等技術與工程難題，王輔臣帶領團隊進行了關鍵技術的系統攻關與創(chuàng)新。確立了氣化爐放大準則，實現了多噴嘴對置式水煤漿氣化爐的過程強化與工程放大。二〇一九年在內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），與同類技術相比，碳轉化率提高3～4%，比氧耗降低3～5%，比煤耗降低～2%（相當于單爐年節(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）

       該技術已經應用到國內外70個項目，在建和運行氣化爐202臺，先后應用于國內首套100萬噸/年煤間接液化裝置（圖3）和國內最大煤制氫裝置（圖4），有力支撐了我國現代煤化工的發(fā)展，推動了煤炭清潔高效轉化利用。

圖3 國內首套100萬噸/年煤間接液化制油裝置

圖4 國內最大煤制氫裝置（80萬Nm³ H₂/小時）

富甲烷氣綠色高效轉化和含碳廢棄物資源化利用技術

      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）轉化為合成氣（CO+H₂），關鍵是要開發(fā)適用不同原料形態(tài)的工程化技術。

      我國富甲烷氣資源豐富，其中焦爐氣、荒煤氣可利用量達1400億Nm³/年，相當于1.4億噸標準煤/年，清潔高效利用是行業(yè)重大需求。轉化過程涉及高溫、高壓下湍流擴散火焰和有限空間內的劇烈熱質傳遞，局部燃燒強度大、反應復雜，火焰溫度高達2000℃以上，工程化面臨燒嘴壽命短、轉化爐殼體易超溫、火管鍋爐管板龜裂等技術難題。

      針對上述需求和問題，王輔臣創(chuàng)新提出純氧條件下實現爐內溫和燃燒的技術途徑，構建了富甲烷氣-純氧反擴散火焰結構調控方法。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化爐、薄端部高效長壽命燒嘴、三側孔定向撞擊冷卻水進口結構的撓性管板。率先構建了非催化部分氧化過程的數學模型，發(fā)明了短流程、低能耗、高效率的富甲烷氣非催化轉化成套工藝，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）的焦爐氣非催化轉化制合成氣裝置。與同類技術相比，原料消耗降低8.6%。該技術已應用于21個項目（已投入運行9個），轉化爐總計22臺，分別支撐建成世界首套以天然氣、焦爐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爐氣非催化轉化裝置

（10萬Nm³焦爐氣/小時）

      針對氣化原料拓展的需要，王輔臣又帶領團隊開發(fā)煉廠廢棄物氣化制氫和生物質（垃圾）氣化技術，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。

圖6 煉廠廢棄物制氫裝置（27.2萬Nm³ H₂/小時）

圖7 國內首套萬噸級/年垃圾氣化中試裝置

 

三、事跡和故事分享

 

結緣煤氣化

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

一九九二年團隊合影

（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?；は典浫檠芯可?，西北農村出來的他心里一直在糾結，是出去工作，以減輕父母負擔，支持弟弟妹妹讀書，還是繼續(xù)讀書。6月國內一家大型石化企業(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全專業(yè)第一，當時就決定錄用他。當時國家有政策，已考取研究生的應屆本科生，如果先去工廠工作，可以保留兩年學籍，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)深造的機會，對王輔臣來說，這當然是求之不得的。沒想到，企業(yè)領導去系里調檔案時，王輔臣當時本科論文的指導教師、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，先問他當年全國大學畢業(yè)生有多少，王輔臣回答說，大概五十多萬。又問他，當年研究生錄取數是多少，王輔臣搖搖頭。于先生告訴王輔臣，當年全國研究生招生數只有三萬五千多。再問他，是想做五十萬分之一？還是做三萬五千分之一？這樣質樸簡單的分析，一下子堅定了王輔臣讀研的想法。道別時，王輔臣請于先生在自己的畢業(yè)紀念冊上留言，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，師生走出實驗，坐在華理五教和七教東側的那個花園里的草地上，做了一次長談。王輔臣后來回憶，那是一個晴天，碧空如洗，春天的氣息還沒有散盡，遠處有幾株杜鵑在開放，學校南門主干道上的高大的樟樹已經逐漸換上了嫩綠的新葉，暖風和煦，心境格外的好。那時候王輔臣的研究生研究課題已經基本完成，于先生希望他提前答辯，留校任教，導師的再次挽留，堅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伍中的一員，全身心投入煤氣化技術的基礎研究和技術開發(fā)。

      一九九二年九月，他成為于先生的第一個博士生，論文選擇了當時極有挑戰(zhàn)性的氣流床氣化爐。當時的實驗條件非常艱苦，為了研究爐內流場，團隊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冷態(tài)相對濃度的方法，研究了冷態(tài)濃度分布和停留時間分布，全面揭示了爐內混合過程，為建立氣化爐和氣化系統數學模型奠定了基礎。其后他又再接再厲，建立了氣化爐和氣化系統的數學模型，編制了氣化爐、氣化系統模擬和優(yōu)化軟件。一九九五年五月底，他博士論文答辯時，專家們在答辯決議書中給與了極高的評價：“為我國開發(fā)自己的氣化技術和PDP軟件奠定了理論基礎。”

      團隊都知道，王輔臣在工作中是“拼命三郎”。當時設計氣化爐和氣化系統，他為了開發(fā)氣化系統的模擬程序，曾經有兩次三天三夜坐在計算機房，只在吃飯、方便時離開一下。那時候計算機相對落后，一萬多行程序，全系統計算一次、運行一遍，就是24小時，要查找程序錯誤，盯著計算機屏幕。

有一次氫氣鋼瓶到了樓下，恰好電梯壞了，實驗不能停下，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周日早上，王輔臣早早到辦公室，調試剛剛從國外購置的大型流場測試儀器，數年的拼搏，身體透支，這位當年學校田徑隊的中長跑主力隊員當天上午暈倒在了實驗室。他在醫(yī)院治療、休養(yǎng)六個月才慢慢恢復。一出院他又馬上投入到中試裝置的設計當中，用自主開發(fā)的系統模擬軟件，完成了全系統的物料熱量平衡計算，并反復調整，后來的中試結果表明，這些計算都非常準確，這其中傾注了王輔臣大量的心血。

王輔臣（左一）教授在裝置現場

王輔臣（右二）教授在裝置現場

王輔臣（右一）教授在裝置現場

      二〇〇一年，自主知識產權氣化技術工程示范列入國家863重大項目，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，模擬結果再次得到工業(yè)化驗證。

 

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校破格晉升為正教授；二〇〇四年他成為當時國家最年輕的973項目首席科學家，他帶領團隊和合作單位順利完成相關研究任務，二〇〇九年結題獲評優(yōu)秀。次年，由于項目成果突出，再次列入國家973項目，他提出了含碳廢棄物氣化及廢棄物與煤共氣化的思路，積極推進氣化原料的拓展，二〇一四年項目結題時再次評為優(yōu)秀。二〇〇六年他率領團隊入選教育部創(chuàng)新團隊，這是華東理工大學的第一個教育創(chuàng)新團隊，其后又入選科技部重點領域創(chuàng)新團隊。王輔臣本人也先后入選教育部長江學者、“新世紀百千萬人才工程”國家級人選、國家萬人計劃科技領軍人才等。

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，是在團隊共同努力下取得的。能有今天的成績是生逢好的時代，趕上了國家改革開發(fā)發(fā)展的大潮。”

      他說：“與煤氣化技術結緣三十六年，煤氣化技術發(fā)展了，自己也成長了。感懷先師，感念時代，感謝同事，感恩同行！”

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

 劍磨十年憑堅韌，

 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，把煤氣化技術拓展到生物質、垃圾、煉廠廢棄物等含碳固廢氣化等領域，并和團隊全力開展基礎研究和技術開發(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、無愧于時代的新成績！”