【弘揚科學家精神：優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：優秀科技工作者風采錄”系列活動。活動將展示化工領域優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，成功合作開發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。合作發表論文450余篇、授權發明專利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，實現安全穩定長周期運行。

       針對早期氣化裝置單爐規模較小、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），關鍵是要開發適用不同原料形態的工程化技術。

      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。發明了回流區與平推流區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展的黃金期，傳統煤化工被喻為夕陽產業。與煤相關專業的學生自嘲：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時，最好的去處當然是現代化的石油化工廠，但這些企業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校化工系錄取為研究生，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，還是繼續讀書。6月國內一家大型石化企業來校招聘，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工作，又有將來繼續深造的機會，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。

      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相對濃度的方法，研究了冷態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。他在醫院治療、休養六個月才慢慢恢復。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，王輔臣開發的模擬軟件發揮了巨大作用，二〇〇五年，裝置順利投產，模擬結果再次得到工業化驗證。

與煤氣化共成長

      由于工作業績突出，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秀。二〇〇六年他率領團隊入選教育部創新團隊，這是華東理工大學的第一個教育創新團隊，其后又入選科技部重點領域創新團隊。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發展的大潮。”

      他說：“與煤氣化技術結緣三十六年，煤氣化技術發展了，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。

      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！”