期刊-2025-11

费维扬:撷英拾萃 “碳”路未来

文/本刊记者 池文淑 于宝源

2025年11月20日

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在清华大学化学工程系的实验室里,一位白发苍苍却精神矍铄的科学家正在和学生一起调试试验设备,激光多普勒测速仪的红色光点在液滴群中跳跃,计算机屏幕上实时生成流场模拟图。这位将计算流体力学与化工实验深度融合的科学家,正是化学工程学家、中国科学院院士费维扬。从1963年留校任教至今,他以“国家需要就是第一志愿”为信条,用一项项突破性成果架起实验室与工厂的桥梁,以创新实践诠释着科技报国的真谛。


科研突破:从数学模型到工业应用


1939年,费维扬出生于一个书香家庭。儿时,父亲“科学救国”的谆谆教诲在他心中埋下了报国的种子。中学时代的费维扬就已展现出过人的理科天赋。1957年,他以优异成绩考入清华大学工程物理系,后因国家核工业发展需要转入工程化学系,专攻稳定轻同位素分离技术。在清华园里,他白天在实验室记录数据,夜晚在图书馆研读相关书籍,笔记本上密密麻麻的公式与实验记录,见证着这位青年学者的成长。1963年毕业后,费维扬留校任教,专注于化工分离科学和技术的研究和教学工作,自此开启了长达数十年的从基础研究到工业应用的科研探索。  

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20世纪80年代起,我国的石油化工事业驶入发展快车道。其中,在石油炼制领域,萃取技术发挥着重要作用。1983年,从英国布拉德福(Bradford)大学化工系进修溶剂萃取工艺及技术学成归国的费维扬,随即投身到如火如荼的石油化工领域,在萃取、吸收等传质分离设备的数学模型构建、设计放大和性能强化等方面开展系统研究,取得多项成果。

在创新型成果方面,他采用的激光测速(LDV)与计算流体力学(CFD)相结合的方法,对液-液两相流动特性进行了深入的研究,分析了影响传质效率的瓶颈,提出了多种强化萃取设备性能的有效途径。例如,获得国家发明专利的内弯弧形筋片扁环填料(QH-1型),采用了极低的填料高径比和独特的结构,可以有效地控制两相的非理想流动并加速液滴群的分散-聚合-再分散循环,促进表面更新。该技术用于液液萃取和大液体喷淋密度的吸收过程时,可以大幅度降低阻力、增大处理能力、提高传质效率,性能明显优于国外引进的多种新型填料,工程应用成效显著。QH-1型扁环填料先后斩获1995年中国国家专利局和世界知识产权组织联合颁发的中国专利创造发明金奖、第44届布鲁塞尔尤里卡世界发明博览会特别金奖和1996年国家技术发明奖。

另外,费维扬等人的发明专利“一种装有级间转动挡板的转盘萃取塔”,可有效抑制转盘萃取塔内的返混现象,提高萃取塔的传质效率。该专利成功应用于我国从国外引进的第一套五万吨/年己内酰胺装置扩建为七万吨/年的技术改造,并进一步用于40多套新建己内酰胺装置,已建成和在建的总产量达400万余吨/年。

与此同时,费维扬在创新性地应用理论研究成果指导实践,诊断化工技术难题和国外引进技术的消化、吸收再创新等方面取得了一系列重要成果。其中,“新型环丁砜芳烃抽提塔工业试验研究”“二甲亚砜重芳抽提装置萃取设备的研究和应用”和“润滑油酚精制高效填料抽提塔的开发研究”等十余个项目获得了省部级科技进步奖。进而通过与石化企业合作,费维扬团队将这些获奖成果推广应用于国内五十余项工程的设计和技术改造,经济效益和社会效益显著。

费维扬的创新脚步从未停歇。2025年4月,在第50届日内瓦国际发明展上,费维扬团队参展的“一种多参数分段优化的新型转盘萃取塔”项目获得1项大会金奖和1项由泰国国家研究委员会颁发的“国际优秀发明奖”,赢得了国际认可,促进了国际合作与交流。


“绿色”担当:从碳捕集技术到可持续发展


进入21世纪,面对全球气候变化的严峻挑战,节能减排成为国家需要,费维扬将目光转向了CO2捕集和应用技术的研究。 CO2捕集是一种特大型分离技术,要求高、难度大。为此,费维扬牵头和国内相关领域专家于2007年共同完成了中国科学院重点咨询报告《加快发展先进的CO2的捕集和封存技术的建议》。此后,他更是在全国各地演讲,呼吁节能减排,调整产业结构,大力发展可再生能源,加强CO2的捕集和封存技术的研究。2013年,我国成立CCUS产业技术创新战略联盟,费维扬担任该战略联盟专家组组长之一。

碳捕集、利用与封存(CCUS)是应对全球气候变化的关键技术之一,是化石能源行业大规模低碳利用的主要途径,也是一种战略性新兴技术,难点和挑战在于成本和能耗过高。费维扬曾反复强调,构建低成本、低能耗、安全可靠的CCUS技术体系和产业集群极为重要。

他认为,化工过程强化也是降低碳排放的重要途径,即在化学工程科学理论和实验研究的基础上,创造性地采用性价比更优的设备和工艺,来代替庞大的、昂贵的、高耗能的设备和工艺,以实现大幅度地节能减排和提质增效。

实践出真知。为此,费维扬团队对CO2捕集新溶剂、高效分离塔填料、膜解吸复合再生和过程优化等化工过程强化技术进行了深入研究。通过中间试验、工业示范和工业应用证明,与传统工艺相比,新技术可实现约30%的节能和降本。

在国家提出“双碳”目标后,费维扬更是不遗余力地推动CCUS产业化和发展循环经济。他强调,我国石化行业面临替代能源发展迅速、国内炼油产能过剩、环保和安全标准日益严格等多重挑战。石化行业未来的发展,不仅需要提升生产质量和环保水平,也要适当调整产品结构,还需从源头低碳、过程降碳、末端治理来实现节能降碳。他建议,从顺应石油用途从燃料向原料转变的这一趋势出发,遵循循环经济的理念,注重协同创新,建设智能产业园区,提高资源、能源的利用率,延长产品链,生产高附加值产品,从而最终实现整个产业的绿色低碳可持续发展的目标。

虽已耄耋之年,费维扬依旧在科研道路上孜孜以求。2025年4月,在第三届“香山论碳”碳标签年会期间,费维扬从科技创新角度再次呼吁:“需以标准升级推动产业转型,构建覆盖全产业链的低碳生态。”他认为,应抓紧部署绿色低碳技术实现重大突破,注重创新驱动、节能优先,同时推进碳标签和绿色低碳发展的各方面工作,确保如期、高质量地实现“双碳”的目标。

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除了专注科研,费维扬也十分重视教育。他秉承清华大学在人才培养方面倡导的“顶天立地树人”理念,“既要和国际上最新的科技发展动向接轨,也要根据国家重大需求,解决工程难题,通过这个过程培养高质量的学生。”

费维扬始终坚信,“成长的道路没有捷径”。凭借勤勉严谨的治学态度,迄今为止,费维扬荣获国家科技进步奖、国家发明奖和中国专利创造发明金奖各一项,省、部级科技进步奖十余项,国际奖5项,已授权发明专利十余项,在国内外科技期刊和会议上发表学术论文300余篇;培养了30余名博士生和硕士生,其中多人成为化工领域领军人物。

从战火纷飞的童年到科技强国的今天,费维扬以跌宕起伏的人生经历,勾勒出科学家精神的内核—不仅在于攻克了一个个科研难题,更在于将个人理想融入国家命运,用创新之光为民族复兴增砖添瓦。面对荣誉,费维扬始终淡然:“我只是做了一名科技工作者该做的事。”在他看来,科技创新就像一场永不停歇的接力赛:“我们要跑好自己这一棒,为祖国的绿色低碳发展尽心竭力。”

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费维扬为学生讲解实验的运行机制