【弘扬科学家精神:优秀科技工作者风采录】
【编者按】为大力弘扬科学家精神，生动展现化工领域科技工作者报国为民的风采，引领广大化工科技工作者肩负起历史责任，不断向科学技术广度和深度进军，中国化工学会开展“弘扬科学家精神：优秀科技工作者风采录”系列活动。活动将展示化工领域优秀科学家和科技工作者笃行不怠、科技报国、勇当高水平科技自立自强排头兵的卓越风采和创新精神，以增强荣誉感和科技报国的使命感，形成推进高水平科技自立自强、建设科技强国的强大合力。
为坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，加快实施人才强国战略，培养造就德才兼备的高素质人才，中国化工学会于2018年开始会士评选工作，以表彰在化工科学技术领域方面做出重大、创造性的贡献和成就的会员。截至目前，学会已完成六届评审，评选出会士89名。为弘扬科学家精神、充分发挥中国化工学会会士在会员中的表率作用，中国化工学会在官方网站、微信公众号上开设“会士风采”栏目，邀请部分会士作为首批宣传对象展示风采，并以科普的形式，用通俗易懂的语言介绍其研究领域，向公众宣传普及化工知识、展示化工在科技强国中所做的贡献。敬请关注！
中国化工学会会士风采：王辅臣
个人简历
华东理工大学（原华东化工学院）获学士、硕士和博士学位，1991年2月研究生提前毕业留校任教，先后入选长江学者、“新世纪百千万人才计划”国家级人选、国家万人计划科技领军人才，国务院学位委员会第七、第八届学科评议组成员，国家能源局煤炭清洁利用咨询专家组成员。中国化工学会煤化工专委会副主任、中国煤炭学会煤化工专委会副主任、上海市化学化工学会理事兼能源化工专委会主任、《洁净煤技术》编委会副主任。
长期从事煤炭气化及含碳废弃物资源化技术研究与开发，成功合作开发国内首套具有自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，发明富甲烷气绿色高效转化技术。两次担任国家973项目首席科学家，项目结题均获优秀。先后获科技进步二等奖2项、省部级科技进步一等奖 9项。合作发表论文450余篇、授权发明专利112项、出版《煤炭气化技术》等专著2部。
研究领域介绍
我国煤炭产量世界第一，二〇二三年产煤47.1亿吨。煤炭是我国的基础能源和战略原料，也是能源安全的压舱石。煤炭的清洁高效利用是社会经济发展和生态文明建设的客观要求，也是保障国家能源安全的现实需要。煤气化是煤炭清洁高效利用的核心技术，广泛应用于煤基大宗化学品合成（合成氨、甲醇、乙二醇、醋酸、乙烯、丙烯等）、煤制液体燃料（汽油、柴油等）、煤制天然气（SNG）、IGCC发电、煤基多联产、直接还原炼铁、制氢等过程工业，是这些行业的龙头技术、关键技术。
二〇〇五年以前，我国大型煤气化技术全部依赖进口，现代煤化工的发展受到严重制约，开发自主知识产权大型煤气化技术是煤化工界几代人的愿望。王辅臣教授致力于煤气化技术研发30余年，与导师于遵宏教授（1936.5-2008.6）等一起成功开发多喷嘴对置式水煤浆气化技术，打破国外垄断。他率领团队攻克该技术工程化过程中出现的难题，形成大型清洁高效水煤浆气化技术，引领国内煤气化技术发展；同时，拓展气化技术应用领域，成功开发了绿色高效富甲烷气非催化转化技术，并向含碳废弃物（生物质、垃圾）气化资源化利用方向延伸。
大型多喷嘴对置式水煤浆气化技术
现代煤化工发展的基础是合成气（CO+H2），煤气化就是煤在高温高压下与气化剂（氧气、蒸汽、或二者混合物）反应产生合成气的过程（CO+H2）。一九八八年，我国从美国引进了Texaco水煤浆气化技术（2000年被GE公司收购，二〇一九年又并入AP公司），在山东鲁南化肥厂（现山东能源集团鲁南化学工业公司）建设了3台（2开1备）单炉日处理400吨煤的气化装置，配套20万吨/年合成氨装置，其后又有多个企业引进该技术。一九九八年，中国石化率先引进荷兰Shell公司的粉煤气化技术，先后用于合成氨和氢气的生产，其后同样有多家企业引进。这些装置开车后，在工程上都遇到一些问题，比如水煤浆气化装置烧嘴寿命短、耐火砖寿命短、激冷环烧蚀、合成气带水带灰、碳转化率低等问题，粉煤气化技术存在投资高（约为水煤浆技术的2-2.5倍）、废锅积灰、烧嘴隔焰罩蚀损、飞灰过滤器损坏等问题，这些问题严重影响装置长周期稳定运行。国内现代煤化工的发展受到严重制约。
图1 国内首套具有自主知识产权的
大型水煤浆气化装置
针对这些问题，在国家“九五”重点科技攻关项目支持下，在老一代科学家的指导下，作为项目负责人之一，王辅臣率先建立了气化炉的混合模型和气化系统的数学模型，解决了气化技术自主设计的问题。其后又和团队一起发明了多喷嘴对置式煤气化技术，二〇〇五年国内首套具有完全自主知识产权的大型煤气化技术——多喷嘴对置式水煤浆气化技术，在兖矿（现山能）国泰投入运行，打破了国外技术垄断。首套装置单炉日处理煤1150吨，配套25万吨甲醇和20万吨醋酸装置（图1）。该装置工艺指标、关键设备寿面全面超越了引进的水煤浆气化技术，实现安全稳定长周期运行。
针对早期气化装置单炉规模较小、局部耐火砖寿命短、及碳转化率需要进一步提高等技术与工程难题，王辅臣带领团队进行了关键技术的系统攻关与创新。确立了气化炉放大准则，实现了多喷嘴对置式水煤浆气化炉的过程强化与工程放大。二〇一九年在内蒙荣信建成世界单炉处理规模最大（日投煤量4000吨级）的煤气化装置（图2），与同类技术相比，碳转化率提高3～4%，比氧耗降低3～5%，比煤耗降低～2%（相当于单炉年节煤约2.6万吨）。
图2 世界单炉处理能力最大煤气化装置
（4000吨级煤/天）
该技术已经应用到国内外70个项目，在建和运行气化炉202台，先后应用于国内首套100万吨/年煤间接液化装置（图3）和国内最大煤制氢装置（图4），有力支撑了我国现代煤化工的发展，推动了煤炭清洁高效转化利用。
图3 国内首套100万吨/年煤间接液化制油装置
图4 国内最大煤制氢装置（80万Nm3 H2/小时）
富甲烷气绿色高效转化和
含碳废弃物资源化利用技术
理论上所有的含碳资源都可以通过气化（或非催化部分氧化）转化为合成气（CO+H2），关键是要开发适用不同原料形态的工程化技术。
我国富甲烷气资源丰富，其中焦炉气、荒煤气可利用量达1400亿Nm3/年，相当于1.4亿吨标准煤/年，清洁高效利用是行业重大需求。转化过程涉及高温、高压下湍流扩散火焰和有限空间内的剧烈热质传递，局部燃烧强度大、反应复杂，火焰温度高达2000℃以上，工程化面临烧嘴寿命短、转化炉壳体易超温、火管锅炉管板龟裂等技术难题。
针对上述需求和问题，王辅臣创新提出纯氧条件下实现炉内温和燃烧的技术途径，构建了富甲烷气-纯氧反扩散火焰结构调控方法。发明了回流区与平推流区耦合的富甲烷气非催化转化炉、薄端部高效长寿命烧嘴、三侧孔定向撞击冷却水进口结构的挠性管板。率先构建了非催化部分氧化过程的数学模型，发明了短流程、低能耗、高效率的富甲烷气非催化转化成套工艺，二〇二二年在宁夏宝丰建成了单炉处理能力世界最大（100000Nm3/h）的焦炉气非催化转化制合成气装置。与同类技术相比，原料消耗降低8.6%。该技术已应用于21个项目（已投入运行9个），转化炉总计22台，分别支撑建成世界首套以天然气、焦炉气和荒煤气制乙二醇大型工业装置。
图5 全球单炉处理能力最大焦炉气非催化转化装置
（10万Nm3焦炉气/小时）
针对气化原料拓展的需要，王辅臣又带领团队开发炼厂废弃物气化制氢和生物质（垃圾）气化技术，并分别建成了工业装置（图6）和中试装置（图7）。为我国含碳废弃物的资源化利用开辟了新途径，提供了新技术。
图6 炼厂废弃物制氢装置（27.2万Nm3 H2/小时）
图7 国内首套万吨级/年垃圾气化中试装置
事迹和故事分享
结缘煤气化
王辅臣教授自一九八四年进入华东理工大学（原华东化工学院）无机化工专业学习，在华理度过了整整四十年，从一个青春懵懂的大一新生，成长为两鬓斑白的“老”教授。在华理学习期间，他开始了解煤气化，也知道煤是最重要的化工原料，但当时是石油化工蓬勃发展的黄金期，传统煤化工被喻为夕阳产业。与煤相关专业的学生自嘲：我们是“捣”煤（谐音倒霉）的人，调侃“煤化工”是“没化工”。一九八八年同学们大学毕业时，最好的去处当然是现代化的石油化工厂，但这些企业基本只招石油加工和化学工程的学生，无机化工和煤化工的学生只能到焦化厂、化肥厂，条件相对艰苦。
一九九二年团队合影
（前排左二为于遵宏教授，后排右一为王辅臣）
一九八八年五月王辅臣被母校化工系录取为研究生，西北农村出来的他心里一直在纠结，是出去工作，以减轻父母负担，支持弟弟妹妹读书，还是继续读书。6月国内一家大型石化企业来校招聘，他很忐忑的给来招聘的公司总工递上了自己四年的成绩单，那位总工一看四年成绩全专业第一，当时就决定录用他。当时国家有政策，已考取研究生的应届本科生，如果先去工厂工作，可以保留两年学籍，这些来招聘的总工也都明确承诺了。既能去心仪的大企业工作，又有将来继续深造的机会，对王辅臣来说，这当然是求之不得的。没想到，企业领导去系里调档案时，王辅臣当时本科论文的指导教师、化工系系主任于遵宏教授知道了此事，就把王辅臣叫到了办公室，于先生并没有给他讲大道理，先问他当年全国大学毕业生有多少，王辅臣回答说，大概五十多万。又问他，当年研究生录取数是多少，王辅臣摇摇头。于先生告诉王辅臣，当年全国研究生招生数只有三万五千多。再问他，是想做五十万分之一？还是做三万五千分之一？这样质朴简单的分析，一下子坚定了王辅臣读研的想法。道别时，王辅臣请于先生在自己的毕业纪念册上留言，他用自己潇洒的钢笔字写下了：“成绩得来不易，更上一层楼，当须放眼量！”
于先生的一席话，改变了王辅臣的人生轨迹，从此与煤气化结下不解之缘。
投身煤气化
一九八八年九月，王辅臣开始跟随于遵宏先生读研究生。一九九零年四月底的一天下午，于先生叫上王辅臣，师生走出实验，坐在华理五教和七教东侧的那个花园里的草地上，做了一次长谈。王辅臣后来回忆，那是一个晴天，碧空如洗，春天的气息还没有散尽，远处有几株杜鹃在开放，学校南门主干道上的高大的樟树已经逐渐换上了嫩绿的新叶，暖风和煦，心境格外的好。那时候王辅臣的研究生研究课题已经基本完成，于先生希望他提前答辩，留校任教，导师的再次挽留，坚定了王辅臣从事教育和科研的决心。一九九零年年底，王辅臣提前半年完成了自己的硕士论文。一九九一年一月，完成了硕士论文答辩。二月，入职成为华理教师队伍中的一员，全身心投入煤气化技术的基础研究和技术开发。
一九九二年九月，他成为于先生的第一个博士生，论文选择了当时极有挑战性的气流床气化炉。当时的实验条件非常艰苦，为了研究炉内流场，团队在中国石化和化工部的支持下，建立了首套大型气流床气化冷模装置，装置有了，测试的手段又跟不上，王辅臣提出了测定炉内冷态相对浓度的方法，研究了冷态浓度分布和停留时间分布，全面揭示了炉内混合过程，为建立气化炉和气化系统数学模型奠定了基础。其后他又再接再厉，建立了气化炉和气化系统的数学模型，编制了气化炉、气化系统模拟和优化软件。一九九五年五月底，他博士论文答辩时，专家们在答辩决议书中给与了极高的评价：“为我国开发自己的气化技术和PDP软件奠定了理论基础。”
团队都知道，王辅臣在工作中是“拼命三郎”。当时设计气化炉和气化系统，他为了开发气化系统的模拟程序，曾经有两次三天三夜坐在计算机房，只在吃饭、方便时离开一下。那时候计算机相对落后，一万多行程序，全系统计算一次、运行一遍，就是24小时，要查找程序错误，盯着计算机屏幕。
有一次氢气钢瓶到了楼下，恰好电梯坏了，实验不能停下，王辅臣抗着钢瓶从楼梯走上三楼。
一九九七年九月初的一个周日早上，王辅臣早早到办公室，调试刚刚从国外购置的大型流场测试仪器，数年的拼搏，身体透支，这位当年学校田径队的中长跑主力队员当天上午晕倒在了实验室。他在医院治疗、休养六个月才慢慢恢复。一出院他又马上投入到中试装置的设计当中，用自主开发的系统模拟软件，完成了全系统的物料热量平衡计算，并反复调整，后来的中试结果表明，这些计算都非常准确，这其中倾注了王辅臣大量的心血。
王辅臣（左一）教授在装置现场
王辅臣（右二）教授在装置现场
王辅臣（右一）教授在装置现场
二〇〇一年，自主知识产权气化技术工程示范列入国家863重大项目，王辅臣开发的模拟软件发挥了巨大作用，二〇〇五年，装置顺利投产，模拟结果再次得到工业化验证。
与煤气化共成长
由于工作业绩突出，二〇〇〇年王辅臣被学校破格晋升为正教授；二〇〇四年他成为当时国家最年轻的973项目首席科学家，他带领团队和合作单位顺利完成相关研究任务，二〇〇九年结题获评优秀。次年，由于项目成果突出，再次列入国家973项目，他提出了含碳废弃物气化及废弃物与煤共气化的思路，积极推进气化原料的拓展，二〇一四年项目结题时再次评为优秀。二〇〇六年他率领团队入选教育部创新团队，这是华东理工大学的第一个教育创新团队，其后又入选科技部重点领域创新团队。王辅臣本人也先后入选教育部长江学者、“新世纪百千万人才工程”国家级人选、国家万人计划科技领军人才等。
王辅臣（前排中）教授和同事讨论
提起这些，王辅臣总是谦虚地说：“成绩是站在前辈的肩膀上取得的，是在团队共同努力下取得的。能有今天的成绩是生逢好的时代，赶上了国家改革开发发展的大潮。”
他说：“与煤气化技术结缘三十六年，煤气化技术发展了，自己也成长了。感怀先师，感念时代，感谢同事，感恩同行！”
二〇一六年，他牵头获得国家科技进步二等奖，在同行们纷纷祝贺时，他曾用一首七言绝句答谢：
剑磨十年凭坚韧，
汗滴泥土终不空。
台下掌声成过往，
明朝再登新征程。
诗言志，这首诗表明了王辅臣在科研创新上永不停息的精神。
智山慧海传薪火，愿随前薪做后薪。二〇二二年，他又牵头创建了含碳废弃物资源化零碳利用教育部工程研究中心，把煤气化技术拓展到生物质、垃圾、炼厂废弃物等含碳固废气化等领域，并和团队全力开展基础研究和技术开发。
他既谦虚又满怀信心地说：“我们站在前人的肩膀上，要取得无愧于前辈、无愧于时代的新成绩！”
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