科技强国 奋斗有我 - 刘臻：要利用好每一个碳原子

从探索煤气化到参与煤化工及人工智能应用研究，国家能源集团北京低碳清洁能源研究院（简称“低碳院”）人工智能应用技术研究中心副主任刘臻事业的每一步，都在追求煤化工高端化、多元化、低碳化，与科技赋能煤炭清洁转化利用紧密相关。在他看来，这是大势所趋，也与低碳院“奋力打造国家战略科技力量，全心服务国家能源‘双碳’目标”的愿景相吻合。

煤气化关键共性技术中试研发平台首次试车成功（后排左四为刘臻）

开创性的工作总是伴随着对未知的探索，面对困难与挑战是家常便饭，刘臻却并不多言于此，而是常说幸运与感恩。“庆幸生逢其时，感恩低碳院提供了宽广、自由的发展空间，能够让我有机会探索，有勇气创新，有信心前行。”

煤炭清洁转化的路，刘臻走了十余年。

2011年8月1日，他从日本回国，正式入职低碳院。当时低碳院成立两年多，刚刚入驻位于北京市昌平区的未来科学城。采访时，刘臻指着窗外回忆到，那时院子里的绿化刚刚开始，树栽下不久，没有成荫。周围配套设施不太完善，连食堂都还没有建起来，一排板房暂时被用作食堂。但低碳院快速发展的势头和重视人才、重视原始创新的氛围吸引了他。“在大多数人不知‘低碳’为何物时，我们院取名为‘低碳院’，足以见得远见卓识。那个时候，低碳院的行业资深专家就有20多位，他们中大多数有深厚的专业背景和国际化视野，而且院里对科技创新持非常开放、鼓励的态度，给予很大支持。这让我感觉低碳院干事创业的平台特别好。”

刘臻还记得，自己在低碳院参与的第一个项目是低阶煤提质项目，属于煤炭清洁转化技术，与他此前在日本工作的工程化应用背景比较契合。从熟悉的领域入手，刘臻在工作上迅速进入了状态。

洁净煤技术旨在减少煤炭使用过程中对环境的影响，包括减少温室气体排放、降低污染物排放、提高转化效率等，这对于世界第一大煤炭生产与消费国——中国而言，具有重要意义。而煤气化是煤炭清洁转化的关键技术之一，建立小试和中试煤气化实验装置，是开展新型煤气化技术研发的重要基础。彼时，低碳院的煤气化技术研发工作刚刚起步。2015年，刘臻率领团队，在集团核心产区原料煤的气化特性研究基础上，开始了煤气化关键共性技术中试研发平台（简称“中试研发平台”）的创建，为后续更深层次的技术创新研发打下了坚实的基础。

写项目建议书、找场地、采购招标、合同谈判、设计施工管理……很多此前不擅长的工作，都需要刘臻一一面对，并带头冲在前面。他说自己不怕困难，“即使团队有分工，对关键节点，我还是要全面把控。挑战来了，就迎接挑战；不擅长的事，努力让自己擅长。”

“中试研发平台”的工艺流程与实际工厂基本一致，关键设备和工艺参数都对标工业装置，相当于缩小版的煤气化车间，麻雀虽小五脏俱全。因此建设中试研发平台涉及方方面面的工作，首先要找到适于建设平台的场地。刘臻在国家能源集团科技部和低碳院领导的帮助下，广泛调研了大量备选场地，最终确定了与山西省太原市一家企业合作，联合建设中试研发平台。

2016年6月1日，太原市小店区一片荒地上，中试研发平台正式开工动土。“中试研发平台从设计、建设到设备安装，再到调试、开车，整个过程都挺磨炼人的。”刘臻说，后期管道安装时，因为空间狭小，进度一度很慢，“我们就每天从早到晚盯在现场。”

安装、调试中试研发平台的五个多月时间里，刘臻形容团队的状态是“897”（早上8点上班，晚上9点下班，一周工作7天）。在紧锣密鼓的建设中，刘臻看着中试研发平台从无到有、由框架到设施完善，一点点从平地上“长”起来。他坦言并无太多惊喜，更多是按照进度如期完成工作的踏实和欣慰。那一年，刘臻和团队8人全年出差近300天。

一年后的6月，中试研发平台万事俱备，终于要“开车”了。

初次投料试车的工作从上午开始准备，烘炉、建立煤粉循环、投料、观测数据……刘臻和团队成员10多个人不眠不休40多个小时在现场筹备试验。煤气化试验开始后，试验人员只能通过监测系统上显示的数据指标判断进展。“试验中，送料后大概十几秒，监测系统能够反映试验数据。那十几秒我感觉很漫长，是从建设中试平台到第一次试验结束的一年里，我最难忘的一段时间。”刘臻至今保留着试车时，他和团队成员在总控室里盯着试验进度的照片，专注而镇定。

最终，气化装置一次性点火成功，并圆满完成了自主知识产权的平焰型烧嘴性能考核试验，合成气中有效气含量达到90%以上。

“希望试验平台最大限度为生产服务”

煤炭气化是指在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体和二氧化碳、氮气等非可燃气体的合成气的过程。

因为煤的性质复杂，这个看似原理简单的过程，在实际中存在着诸多不确定性。刘臻举例介绍，两种煤，分析数据相似，应用于煤气化过程后，气化效果可能相差很大，这就需要对煤的气化过程开展更深入的研究。

同时，煤在进入气化炉前大多需要与气体或者液体混合，而这种气固或液固两相混合物的流动过程是非常复杂的。最典型的例子就是，在描述干煤粉气化过程时，一般都是假设气体和煤粉是在混合均匀的状态下进入气化炉的，但实际上随着气固两相流流态的变化，极端条件下可能发生进入气化炉的气固比例失衡，这一秒全是气，而下一秒全是煤，造成气化炉的运行产生波动。这是煤气化面临的一大挑战，也是刘臻致力于利用中试研发平台解决的问题。刘臻说：“让可能发生的问题在中试研发平台上充分暴露，最大限度避免实际工业应用中出现大问题。”

科技成果转化是将科学技术转变为现实生产力的关键环节，是企业实现高质量发展的重要途径。基于“利用中试研发平台能够为生产一线服务”的心愿，多年来，刘臻带领团队一次次将创新想法付诸实践，开展复杂煤种气化适应性等试验，解决煤气化关键共性问题和协同处理煤化工含碳固废，探索开发低成本、高可靠性的煤气化技术，推动行业技术进步，加快科研成果向现实生产力转化推进，为煤炭清洁高效利用提供技术支撑。

作为原创技术开发的“副产品”，刘臻将积累气化煤-炉耦合特性经验，包括如何针对气化技术选择适合的原料煤，也毫无保留地面向生产企业普及、推广。“企业非常需要，很受欢迎。”刘臻说，市场上主要有两种煤，一种是百姓熟知的、用于火力发电的动力煤；另外一种是化工厂用的原料煤。煤化工厂气化原料煤的选择和配比，直接关系到气化炉运行的稳定性、安全性以及用户的生产成本。

2022年，国能煤炭经营分公司向广西一家原料煤用户推广一种新的品种煤，刘臻带领团队赶往广西，实地指导企业进行配比，并在那里跟踪指导了试烧试验，连续在广西待了近两个月。看着工业试烧的结果不断向好，企业方面的技术人员对刘臻说：“真的很盼望国家能源集团能够持续提供这样优质的品种煤。”

刘臻说，工科人往往不太感性，不太会表达感情，但这样的感谢，他听到过很多次。“在客户面临原料煤价格上涨、经营压力持续增大时，能帮助他们完成原料煤高质量配比，切实提升经济效益，对于研发人员来说是很欣慰的事，觉得前期所做努力都值得。”

在煤气化领域，长期以来有一个说法是把煤“吃干榨净”，“双碳”目标提出以来，刘臻结合自身的工作体会，把这个说法改为，“要利用好每一个碳原子”。他解释到，就是要通过提高煤炭的转化效率，提高整个工厂的能量利用效率，尽量让煤里的每一个碳原子，去往它该去的地方，而不是白白变成污染物或是二氧化碳而排放出去。

探路AI赋能煤化工产业创新应用

十年煤气化之路，刘臻对煤气化试验和应用中产生的大量数据进行了深入思考和分析，也对各单位、各车间、各系统之间因为不能互通而造成的数据浪费而惋惜。他曾谈到，信息技术成为企业提高市场竞争力、寻求持续发展的主要手段。相较于传统石油化工，气化装置固体进料更加复杂，数据取样与仪表检测难度更大，不确定性因素更多。大多数煤化工企业虽然在生产过程自动化、安全监测自动化、经营管理自动化等方面建设了很多信息化系统，但目前煤化工工厂还存在很多独立的数据采集、控制系统，因为种种原因，这些系统相对独立，无法实现信息互通，在生产、经营、指挥、安全生产等业务的决策方面还需要大量的人工干预，距离智能工厂和精益运行的目标还有一定距离。

2020年，刘臻率先探索了人工智能等新技术在煤炭和煤化工产业的创新应用，相关成果经鉴定达到国际先进水平。

“最初是偶然的契机，我参加一次集团内部交流会议时，听到一家生产企业的领导在发言时，希望科研单位能协助他们研究国内首套特大型气化炉所需的原料煤配比。我正好是干这个的，于是在一张纸上写了初步想法给他。”就这样，刘臻不但与企业达成了合作，而且在实际工作中，双方团队纷纷在人工智能方面展开了更多探索，更加关注前沿信息，在不知不觉中树立了人工智能时代的新研发范式，共同朝着产业信息化、智能化方面迈出了第一步。

在刘臻看来，智能化是解决当前煤化工提质增效的必然手段之一，而自动化和信息化是智能化的基础。借助大数据分析等技术，能够实现各个独立系统数据的全面融合，强化集成分析与管理，达到对全流程智能运行和管控的目标。“《中国制造2025》明确提出加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展，把智能制造作为‘两化’深度融合的主攻方向，在重点领域试点建设智能工厂及数字化车间。通过引入数字技术，提供设备全生命周期的信息管理和服务，实现生产过程信息透明化，提高生产效率、提升质量降低成本和资源消耗，对自身的业务流程、经营管理模式、战略决策等进行重塑，从而使得煤化工企业的生产经营效率和企业竞争力显著提升。”

2023年，低碳院成立人工智能应用技术研究中心，刘臻担任副主任。横跨煤气化与人工智能两大领域，他坦言“目前正边学边做”，期待更多既懂得人工智能，也了解煤化工的青年人才能够加入队伍。在刘臻带动下，团队先后有多名成员入选国家能源集团青年科技创新先锋、中国电机工程学会人工智能专业委员会委员、全国碳达峰碳中和计量技术委员会碳排放量计量分技术委员会委员。

早春时节，低碳院的院子里花草繁盛，流水潺潺。刘臻说，他时常漫步低碳院，看树已成荫，感慨时光荏苒、发展之快，展望科技的未来，又该如何赋能产业发展，让自己“利用好每一个碳原子”的心愿，加速成为现实。