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面孔丨国家科学技术进步一等奖!以煤制油的大工人!

2022-08-16 校友工作处 点击:[]

2021113日,2020年度国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂隆重举行,其中“400万吨/年煤间接液化成套技术项目获得国家科学技术进步一等奖。该项目积极响应中国能源发展战略部署,极大补充中国石油资源,对国家能源安全、节能减排、保护环境具有重大意义。

典礼当天,身为该项目的主要完成人之一,曹立仁依旧准时来到办公室。在他眼中,完成手头的工作,远比拿奖更有吸引力。与煤制油事业相伴的二十多年,犹如一次徒步登山,曹立仁靠这样日复一日地踏实工作,一步步艰辛登顶。

【校友档案】

曹立仁,中国科学院山西煤炭化学研究所研究员,中科合成油技术有限公司总工程师。1974-1977年本科就读于我校高分子化工专业,1978-1981年硕士就读于我校化学工程专业。1981年进入中国科学院山西煤炭化学研究所从事煤化工基础研究及煤转化工程工艺的开发工作。多年来荣获国家技术发明二等奖一项,省部级科技进步特等及科技发明一等奖多项,并获国务院政府津贴及中科院杰出贡献奖表彰,国家专利金奖获得者。2006年成立中科合成油技术有限公司,任总工程师。2020年,作为“400万吨/年煤间接液化成套技术创新开发及产业化”煤制合成油项目主要研发人员之一,荣获国家科学技术进步一等奖。

1.出发

曹立仁的科研之路始于尘土飞扬的铸造车间。

在上大学前,他还是太原化工厂的一名翻砂工,每天游走在高温的炙烤,沉重的砂石和飞溅的铁汁中,工作繁重而危险。可即便如此,他仍第一时间报名夜大学习班,对知识的向往总能让他忘却身上的疲惫。来大工之前,他已做完《高等数学》教材中全部4200余道习题。

被推荐进入大连理工大学高分子专业学习后,曹立仁更加刻苦,本科毕业时,以优异的成绩考入化学工程专业继续深造。在大工,他发现,区别于体力劳动,探索新事物的过程更有乐趣。1981年的夏天,曹立仁毕业后,选择进入了中科院山西煤化所。

中国是典型的富煤缺油少气的国家。煤制油技术的研究始于20世纪50年代,但受到技术、经济发展和政治环境等因素限制,一直未见起色。山西煤化所是以煤炭能源转化及煤化工为主要研究方向的国家队,如果我们能开发属于中国自己的煤制油技术,那将为中国未来能源发展贡献巨大的力量。年轻的曹立仁踌躇满志。

他首先开始了合成油浆态床反应器的基础研究与工程开发。在最初的六年,他和同事们通过废寝忘食的努力,创新性地把固定床反应器改成了浆态反应器,提升了煤间接液化的高油品收率和高能量利用效率。

但从实验室技术到实现产业化的跨越,需要大量的资金和人力投入,研究所暂不具备条件。于是,曹立仁被所里安排到咨询部,负责将煤化所现有研究成果推向市场。十年间,他积累了丰富的工程项目设计管理经验,也为研究所带来了可观的收入。然而他的心里却总有个缺口——煤制油项目,“希望有一天能做成”。

1997年,当所有参加煤制油攻关的课题组都处在解散边缘时,青年学者李永旺博士从国外回到山西煤化所接手了煤制油项目。曹立仁的希望瞬间被点燃。尽管科研经费极其有限,人员梯队参差不齐,但他仍义无反顾地加入项目组,亲手推动了煤制油项目重启的齿轮。

(早期设计团队)

李永旺的技术和曹立仁的工程经验“合璧”,煤制油实验室的研究很快取得突破。但在实验室的成果放大规模上,千吨级煤制油装置是具有代表性的最小规模,而这已是实验室小型装置的2000倍。

“一项技术要实现商业化大规模生产,必须经过‘实验室—工业中试试验—工业化示范—大规模工业化示范’三级放大。从实验室到中试,难度最大。”曹立仁不敢有一丝放松,从设计、采购,到安装、调试,每一个环节他都亲自把关。经过21个月没有周末的奔波,占地50亩的全套中试装置终于迎来了启动试车的那一天。

虽然,曹立仁已经做好了迎接万难的准备,却没想到这“难”从试车第一天起,便接踵而至。

“我们做的可能是惊天动地的伟业,把老天爷都惊动了。”中试的第一天,压缩机排空管环节便发生了一次着火事故,曹立仁指挥得当,故障点很快得到了控制。没想到,那天夜里,当地居然发生了4.2级地震。曹立仁第一反应不是逃跑,而是冲出去检查设备是否安全,在一一确认系统安全后,才发现自己穿着单衣在寒夜中已经工作了数小时。这些,仅仅是开始。

(中试平台)

由于中试项目前期启动资金严重不足,曹立仁在设备选用上时常捉襟见肘。所以在试车半个月后,各种问题层出不穷,不得不全面停止实验。在得到中科院和科技部863项目的支持后,合成油项目有了坚强的资金保障。曹立仁立刻带领团队对系统进行整改,在几个月内几乎重新建了一套装置,大跨步地升级系统性能。

除了解决技术难题,曹立仁还要与“气温”抢时间。由于中试规模产能较小,只能采用较细的输送管线。但低温运行会造成各类管线凝固阻塞,无法运行。所以,他和团队只能在7-10月份,或顶着烈日,或伴着星光,争分夺秒投入试验,以填补那三分之二不得不浪费的时间。

过程虽坎坷,但曹立仁从未退缩。就这样,合成油中试项目终于在三年后进入最佳运行模式,并通过了中科院及科技部的验收,煤制油技术达到了国际领先水平。

2.遇险

一石激起千层浪。

煤制油中试装置成功出油的消息获得全行业的高度关注。但反对的声音也随之而来——我们的技术和国外相比并不成熟,国家投大量的资金,万一做不出成果怎么办?还不如把它先当作一项技术储备。

(中试平台第一桶油 左一为曹立仁)

“一项技术要形成一个产业才能传承。若是当作技术储备,技术人员将会流失,很难重新开始,对国家的贡献实在有限。” 曹立仁不愿让得之不易的进展变成技术储备。于是,在研究所的铁饭碗和实现煤制油工业化的目标之间,他选择了后者。2006年,他和李永旺带领煤化所合成油团队的全体科研人员组建了中科合成油技术有限公司(以下简称中科合成油),并出任副总经理及总工程师,继续探寻煤制油的产业化之路。

2007年,在政府及民营企业的支持下,我国第一个16万吨/年煤炭间接液化示范装置在内蒙古鄂尔多斯投入建设,中科合成油提供整体方案设计和建设。

示范厂的建设,是对中试的再次放大和完善,技术上异曲同工,但工程量和建设难度却倍数增加。作为总工程师,曹立仁第一批进驻占地1000多亩的建设现场。

飞沙走石,不毛之地,大漠孤烟,风沙骤起……所有能形容荒漠环境恶劣的词语,都可以用来形容示范厂所在地。在现场,曹立仁和同事们白天在现场指导工作,晚上就住在临时搭建的简陋工棚里,没有娱乐和消遣,苦行僧一般。干燥的空气把每个人的皮肤都磨出了高原红,流鼻血更是家常便饭。

最难熬的是风沙季节。屋外刮起沙尘暴,屋内便会烟尘四起。即便把毛巾布浸满水堵住门缝,早上醒来后,口鼻中仍满是沙粒,正常呼吸都成了一件十分困难的事。在这样的环境中,曹立仁度过了三年,是全公司驻现场时间最长的人。

经过近两年的建设,示范厂装置终于投入运行,曹立仁在现场坐镇指挥。他紧盯着每一个环节的数据和运行情况,时不时用对讲机了解各个设备的状态。在运行的前15天,他不曾回屋睡过觉,极度疲劳时就在操作台边位上打个盹,硬挺着度过了装置运行最容易出故障的时间段,顺利地将工程移交给生产方。

作为装置供应商,工程移交后基本就可以撤出现场,但曹立仁决定留下,再观察一段时间:“毕竟是新项目,大家都不熟悉,累一些没关系,保障装置安全稳定运行最重要。”

(合成油反应器4台)

当更大的挑战来临时,总有些让人猝不及防。

一天夜里凌晨三点,曹立仁被急促的电话铃声吵醒:“不好了!蜡罐漏了,火势很大!”他刚睡了两个小时,却瞬间清醒,随便抓了件衣服套上,奔向火灾地点。

远远地,曹立仁看到着火的蜡罐冒着滚滚浓烟,现场拥挤着大量消防车,却没有一辆敢贸然进入。火势的蔓延致使附近500吨轻质油储罐发生闪爆,伴随着一声巨响,瞬间火光冲出十几米高,火焰如海浪般吞噬着周围的一切。现场的消防员都没有见过这种阵仗,一时想不出好的灭火方案,只能向后撤退,曹立仁却丝毫未动。

此时,曹立仁在大脑中飞速地浏览装置的每一个环节,试图找到最佳的解决方案,全然忘了近在咫尺的危险。消防队员见状不得不一左一右架着,把他硬拉出危险区域。

时间一分一秒地过去。更有经验的包头消防队赶来支援,进场时,需要了解现场的负责人一同前往。然而,示范场的总工失联了。

“我来吧!”曹立仁不顾同事们的劝阻,立刻站出来说,“我了解现场情况,我带你们去!”

在现场这么久,曹立仁已经熟稔装置的每一寸,也深知每一种化工品的各类参数。他冷静地指挥消防队用水枪及泡沫枪喷射用沙子和水泥填埋着火的四个小罐,同时分出一部分水枪冷却旁边三个千吨级别的大罐,以防止火势蔓延。当地消防部门共出动了68辆消防车,10个小时后,明火被扑灭,灾情得到了控制,没有造成人员伤亡,示范厂的关键设备得以保全。

回想起这次危机,曹立仁虽心有余悸,但也不忘安慰自己:“中国人老说火烧十年旺,希望我们的事业也能旺起来!” 在他的推动下,另外两个煤制油项目示范厂相继投入建设和使用,事业果然越来越,虽然因此过上了三地奔波的生活,身体很累,但心里暖融融的。

3.冲刺

示范厂的成功运行,使煤制油技术具备了进一步放大的条件。2010年,神华宁煤400万吨级煤制油示范项目正式获批。经过六十余位专家学者的评审,一致认定项目采用中科合成油的技术。花甲之年的曹立仁向煤制油产业化的目标,发起冲刺。



(百万级合成油施工现场)

“这是世界煤制油及煤化工行业一次性投资建设规模最大的化工项目,工艺复杂、技术难度大,共建设两条200万吨/年生产线。曹立仁说。虽然,由他领衔的中科合成油团队只负责煤制油部分的设计和建设,但为了整个工程的顺利运行,曹立仁把全部1000余个子系统、156个系统、25万个控制点都进行了细致的研究,确保煤制油装置始终保持最佳运行状态。

与此同时,曹立仁还和团队研究装置节能减排的方案。“就耗水量而言,国外技术制一吨油需要消耗13~14吨水,而我们只消耗6吨左右。同时我们也提高了能源转化率,大概能从39%提高到43-45%,极大地减少了二氧化碳排放量。他骄傲地说,项目首创了高温浆态床技术,工艺、催化剂体系、反应器都和国外不一样,这完全是我们自己的创新。

(宁煤400万吨控制中心)

2016719日,习近平总书记来到现场视察400万吨/年煤间接液化项目,并作出重要指示。他指出,该重大项目建成投产,对我国增强能源自主保障能力、推动煤炭清洁高效利用、促进民族地区发展具有重大意义,是对能源安全高效清洁低碳发展方式的有益探索,是实施创新驱动发展战略的重要成果。

如今,神华宁煤400万吨级煤制油示范项目的工艺合格率达99%以上,油化品日产最高达到1.25万吨,为我国煤制油产业化发展奠定了坚实的技术基础。曹立仁向着当初的目标,如愿登顶。

几年前,曹立仁把在太原住了10年的房子卖了,没有不舍。自全家搬进这套房以后,他在家住的时间总共也不超过1个月。神华宁煤项目运行稳定后,曹立仁主动退居二线,年过七十之后,终于过上了早八晚五的正常生活。

“在短中期内我国油气短缺的局面较难改变,满足国家油气的核心需求是第一位的。”煤制油未来的路还很长,中科合成油已从60多人发展到1000多人,合成油领域的科研能力已达到了世界领先水平。曹立仁研究员希望还能贡献一些力量,帮助年轻人为祖国的能源事业再攀高峰,不忘公司成立的初衷——“我们的事业,能源的未来



内容来源:校友工作处

编辑排版:王子悦

责任编辑:王子悦 俞洲



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