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陈勇(中国工程院院士,广州能源研究所研究员)

陈勇,1957年6月13日出生于江苏省南京市,能源与环境工程技术专家,国际欧亚科学院院士、中国工程院院士,中国科学院广州能源研究所研究员、首席科学家、博士生导师 [1]

1981年陈勇从南京化工学院毕业 [2] ;1988年获得日本爱知工业大学硕士学位后进入江苏化工学院工作;1993年获得日本名古屋大学博士学位;1995年入选中国科学院百人计划 [3] ;1996年进入中国科学院广州能源研究所工作;1998年担任中国科学院广州能源研究所所长(任期至2006年);2001年担任中国科学院广州分院院长(任期至2012年);2003年担任中国科学院华南植物园主任(任期至2006年);2006年当选国际欧亚科学院院士;2012年获得何梁何利基金科学与技术进步奖;2013年当选中国工程院院士;2018年担任广东省科学技术协会主席 [4]

陈勇长期从事环境与能源交叉学科方面的应用基础研究和技术开发工作 [5]

1957年6月13日,陈勇出生于江苏省南京市,原籍浙江省宁波市。

1978年9月,恢复高考后,考入南京化工学院(2001年组建为南京工业大学)化工系化学工程专业 [6]

1981年7月,大学本科毕业。

1983年7月,进入清华大学化工系化学工程专业(至1983年11月) [7]

1985年4月,前往日本爱知工业大学应化系化学工程专业学习。

1988年3月,获得日本爱知工业大学应化系化学工程专业硕士研究生学位,4月进入江苏化工学院工作(至1989年3月)。

1989年4月,前往日本名古屋大学化工系,攻读热能工程专业博士学位。

1993年3月,博士研究生毕业后留在日本名古屋大学工作(至1996年9月)。

1995年5月,入选中国科学院百人计划 [3]

1996年10月,回国进入中国科学院广州能源研究所工作,担任研究室主任(至1998年3月)。

1997年,入选国家人事部“万千人才工程”。

1998年4月,担任中国科学院广州能源研究所所长(至2006年7月)。

2001年9月,担任中国科学院广州分院院长(至2012年7月) [8]

2003年7月,担任中国科学院华南植物园主任(至2006年5月)。

2006年,当选国际欧亚科学院院士。

2012年,获得何梁何利基金科学与技术进步奖 [9]

2013年,当选中国工程院院士,隶属于能源与矿业工程学部 (能源新技术) [5]

2017年4月,陈勇与浙江金锅锅炉有限公司在金东区政府签约,达成合作意向 [10]

2018年9月29日,广东省科学技术协会第九次代表大会闭幕,陈勇当选为广东省科学技术协会主席 [4]

科研综述

陈勇主要从事有机固体废物资源化与能源化利用技术、生物质能利用技术研究与开发,以热化学转化、物理转化、化学转化、生化转化的系列技术和集成技术,实现生活垃圾、畜禽粪便、农业废物的能源化与资源化高值利用。在长期的研究积累基础上,提出了“城乡矿山”和“城乡矿山云”的理念,建立了“农村代谢共生产业”新模式,创建了“副产物控制的清洁生产机制”和“基于能量流、物质流、环境流、经济流的全生命周期分析方法(4F-LCA)”。参与能源战略和生态文明建设战略咨询研究 [5] 。主要的科研成果体现在以下三个方面:

一、理论研究方面

固体热解是物质在反应器内、一定条件下受热发生分解的反应过程,是热物理过程、化学反应与反应设备高度耦合且可控的工艺过程。研究固体热解理论对于固废的能源化利用至关重要。

1、提出可燃固废两段式热解燃烧新机制和模型。研究发现:复杂的垃圾可燃物可主要分为纤维类物质与聚合物类物质。分析发现:在热解燃烧时,长链大分子纤维类物质首先于873K-973K热解为分子量更小的CO\H2\CH4等可燃气和残碳,通过残碳的燃烧为热解过程提供热源,继而于973K以上发生纤维类物质中的可燃气的气相燃烧、聚合物类物质热解及气相燃烧,并在燃烧炉上部达到1200 K。以此建立了相应的两段式热解燃烧模型。由于气相燃烧(均相燃烧)比固体燃烧(非均相燃烧)容易控制、燃烧充分,从而有利于提高燃烧效率、分解有害气体。此研究结果为改变传统垃圾直接燃烧方式,开发两段式热解燃烧技术提供了理论依据。

2、提出含氯有害气体的生成机理及控制方法。研究发现:有机氯释放温度低、速度快,大部分在气相中转化为腐蚀性的氯化氢和二英前驱体等含氯有害气体,而无机氯难以分解,并很少存于可燃物内,因此,得出有机氯是产生含氯有害气体的主要来源的结论。同时发现:氢氧化钙具有良好的脱氯效果,脱氯的最佳温度为873K-973K,脱氯反应的动力学行为可用收缩核模型来描述。因此,采取炉内添加钙化合物及两段式热解燃烧的方式,可以促进除氯反应,抑制含氯有害气体(二英)的生成。

3、提出富氧热解制气的新机制。研究发现:在不同温度下富氧热解,可使混合固废转化为多用途、高值化的CO\H2\CH4等气体,为固废能源化利用开辟新途径。富氧热解可提高气体有效成分浓度,减少储气、分离、用气的负担;另外,氧当量比的选择不仅可控制气体产物热值,还可定向控制产物组分,因此,在一定当量比范围内,增加氧浓度有利于提高气体产物品位。此研究结果为进一步开发富氧热解技术提供了理论依据。

二、技术创新方面(包括技术集成创新)

以上述热解理论和控污机制研究为基础,开发了相关技术。

1、开发了两段式可燃固废热解燃烧技术。主持开发了由热解室和气相燃烧室构成的固废两段式热解焚烧技术。在热解室与气相燃烧室之间具有一锥形缩颈和环形气室,环形气室通过多排喷风管向缩颈内腔喷入切向风,与热解室产生的燃气进行扰动混合,被设置于缩颈口的内置旋风燃烧器点燃形成旋风燃烧。热解燃烧与直接燃烧相比,具有显著的优点:炉排温度(热解气化段温度)低(873K-973K),可延长炉排寿命;炉排鼓风量大大减少,可减少粉尘夹带;可燃气在973K-1200K以上进行气相燃烧,加之炉内脱氯,可以抑制腐蚀性气体和二英前驱体的生成。

2、开发了可燃固废热解制气和低热值气发电技术。参与开发出可燃固废的热解制气技术,将不同比重和大小的固废高效地转化为清洁的可燃气。通过热解气化炉内结构的设计,使上部加料的固废自动向下移动,并通过物料的自重将热解气下压至底部排出。排出的气体经过焦油裂解、除尘、水洗、电捕焦等过程,使气体达到清洁和燃气发电设备的要求。由于常规柴油机只适用于柴油发电,所以必须加以改进,即在进气口加装一个专门设计的气体混合装置,以同时保证气体充分混合和燃烧。

三、工程示范和工程化应用方面

在上述理论研究和技术开发的基础上,陈勇领导组织研究团队,制订工程示范和应用方案,进行设备和工程设计,积极将该技术成果应用于工程实践。

1、在城市生活垃圾循环利用上的应用。将城市生活垃圾两段式热解燃烧、气化发电技术与分选、堆肥、水气渣净化、污泥制沼气等多项技术进行集成创新,主持开发了“城市生活垃圾能源化资源化综合成套设备”,使城市生活固废综合利用程度达到85%,为城市生活垃圾处理提供了新的、符合循环经济和节约型社会要求的处理模式,已建成3座、总处理量950吨/日的城市生活垃圾综合处理设施,建成2座废弃物发酵产沼工程(古巴、坦桑尼亚)。为30多个国内外城市和地区编制城市生活垃圾处理可行性报告及方案设计,其中7座、总处理量1500吨/日的垃圾处理厂已建成投产。

2、在城市难处理固废治理及能源化利用上的应用。针对难处理固废(医疗垃圾、城市家居固废)成分复杂、形状不一、含水、含氯率高,且含金属、玻璃及化学物质等难点问题,主持开发了城市家居固废热解燃烧锅炉,已推广应用20多套,累计生产蒸汽约300万吨。按每年利用固废约26万吨,相当于节油约9万吨 [9]

学术论著

截至2017年,陈勇主编《中国能源可持续发展》(中国可持续发展总纲第三卷)、《固体废弃物能利用技术》、《中国至2050年能源科技路线图》(中、英文版)、《天然气水合物丛书》等著作5部;参与编著《能源发展战略研究》、《二十一世纪后续能源发展战略》等著作7部 [9] ;发表论文260多篇;申请发明及实用新型专利40件、授权15件。

科研成果奖励

截至2017年,陈勇主持欧盟框架计划、国家攻关、国家973、科技奥运等项目近50项,先后获国家科技进步奖二等奖2项,广东省科技进步奖一等奖2项、二等奖2项 [8]

2017年3月,陈勇作为第一课开讲人,为广东实验中学高一和高二南山格致班8个班级约400多名中学生作了《创新改变世界,创新改变生活,创新改变人生》的报告。陈勇从四个方面诠释了创新的重要意义:创新驱动发展战略,创新就在身边,人才实施创新驱动,创新改变能源、改善环境。他从直线思维和开环思维可能带来影响创新的问题讲起,鼓励大家积极学习环形思维和闭环思维的方法,要通过现象看本质,发展循环经济。他以牙签、房卡套、网兜等例子指出创新就在我们身边,关键是有无创新理念、创新精神、创新文化、创新平台,要敢于挑战未知,从事有难度和挑战的工作,勇攀科学高峰。他指出,驱动创新的主体是人才,人只有加强自我修养才能成才,并以许多励志的古诗、名句、名言与大家分享。最后,陈勇结合自身科研背景,进行了“绿色能源”“城乡矿山”科学知识普及,介绍了“城乡矿山”提出的背景和内涵、开发现状与存在的瓶颈问题,指出发展绿色能源是社会发展必然趋势 [13]

陈勇为挖掘以废弃物为基本物质的“城镇矿山”进行了积极探索,取得了一系列创新性应用成果 [9](何梁何利基金评)


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