【基金標(biāo)書】2010CB226900-重油梯級(jí)分離與高效轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)研究

項(xiàng)目名稱： 重油梯級(jí)分離與高效轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)研究 首席科學(xué)家： 鮑曉軍 中國石油大學(xué)（北京） 起止年限： 2010 年 1 月 8 月 依托部門： 中國石油天然氣集團(tuán)公司 教育部 一、研究內(nèi)容 (一 )重油復(fù)雜多層次組成結(jié)構(gòu)性質(zhì)及催化轉(zhuǎn)化化學(xué) 發(fā)展在分子水平上研究重油組成、結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)表征手段和理論解析方法，揭示“可轉(zhuǎn)化”與“不可轉(zhuǎn)化”重油分子在不同沸程超臨界流體萃取窄餾分中的分布規(guī)律，闡明其在加氫處理催化劑及催化裂化催化劑上的轉(zhuǎn)化行為，特別是“不可轉(zhuǎn)化”分子對(duì)“可轉(zhuǎn)化”分 子轉(zhuǎn)化行為的影響及其與催化劑酸性和孔道結(jié)構(gòu)的關(guān)系，是指導(dǎo)重油梯級(jí)分離溶劑體系優(yōu)化、梯級(jí)分離過程強(qiáng)化和梯級(jí)分離組分轉(zhuǎn)化催化劑設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。為此，需要認(rèn)識(shí)以下幾個(gè)方面的基礎(chǔ)問題： (1)建立重油分子層次組成、結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)表征手段與理論解析方法，構(gòu)建分子層次上的組成、結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)預(yù)測模型，突破重油平均結(jié)構(gòu)描述的局限。 (2)認(rèn)識(shí)超臨界狀態(tài)下重油分子群相間轉(zhuǎn)移配分的規(guī)律，建立分子熱力學(xué)模型，克服假組分熱力學(xué)模型的局限性，指導(dǎo)梯級(jí)分離體系的優(yōu)選。 (3)從分子層次描述重油分子在催化劑上的擴(kuò)散、吸附 及轉(zhuǎn)化規(guī)律，突破集總動(dòng)力學(xué)采用平均組成結(jié)構(gòu)對(duì)重油轉(zhuǎn)化機(jī)理描述的局限性，指導(dǎo)重油輕質(zhì)化催化劑的研究開發(fā)。 針對(duì)上述問題的解決，設(shè)置“重油梯級(jí)分離與轉(zhuǎn)化的化學(xué)基礎(chǔ)” 1個(gè)課題。主要研究內(nèi)容為： (1)建立將重油化學(xué)向分子層次推進(jìn)的重油組成結(jié)構(gòu)物理化學(xué)性質(zhì)分析表征的成套方法，系統(tǒng)揭示重油組成結(jié)構(gòu)物理化學(xué)性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)系。 (2)認(rèn)識(shí)重油中“可轉(zhuǎn)化”與“不可轉(zhuǎn)化”分子在超臨界流體萃取體系中的相平衡性質(zhì)，發(fā)展高選擇性甄別“可轉(zhuǎn)化”與“不可轉(zhuǎn)化”分子的溶劑萃取體系。 (3)系統(tǒng)研究重油分子在催化劑上的擴(kuò)散、吸附 及轉(zhuǎn)化行為，為構(gòu)建基于孔道結(jié)構(gòu)和酸性分布調(diào)變的重油高效潔凈轉(zhuǎn)化催化劑體系奠定理論基礎(chǔ)。 (二 )重油梯級(jí)分離和殘?jiān)鼩饣^程的放大規(guī)律及設(shè)計(jì)方法 重油梯級(jí)分離的核心在于，基于超臨界流體對(duì)重油中“可轉(zhuǎn)化”分子和“不可轉(zhuǎn)化”分子的選擇性分離能力，以最大限度地獲得可供催化轉(zhuǎn)化的原料為目標(biāo)，盡可能地將“不可轉(zhuǎn)化”分子富集在重油殘?jiān)校⒏鶕?jù)轉(zhuǎn)化性能的優(yōu)劣依次將“可轉(zhuǎn)化”分子分離為催化裂化原料和加氫處理原料。因此，獲得高選擇性的分離溶劑體系、提高梯級(jí)分離過程的萃取效率及殘?jiān)c溶劑的分離效率、實(shí)現(xiàn)萃余殘?jiān)木C合利用就成為重 油梯級(jí)分離過程開發(fā)必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。為給這一關(guān)鍵技術(shù)的突破提供解決方案，必須解決以下基礎(chǔ)問題： (1)深入認(rèn)識(shí)“可轉(zhuǎn)化”和“不可轉(zhuǎn)化”分子在超臨界流體萃取窄餾分中的分布規(guī)律，發(fā)展適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)預(yù)處理方法和物理強(qiáng)化方法，提高梯級(jí)分離過程對(duì)不同來源劣質(zhì)重油的適應(yīng)性和強(qiáng)化梯級(jí)分離過程的傳質(zhì)。 (2)掌握重油超臨界流體萃取分離過程的傳遞規(guī)律、殘?jiān)軇w系在噴霧造粒過程中的快速相變行為、殘?jiān)斔瓦^程中的多相流動(dòng)特性，發(fā)展重油多級(jí)萃取萃余殘?jiān)?/溶劑噴霧造粒 /溶劑回收殘?jiān)斔婉詈线^程及其關(guān)鍵裝備的設(shè)計(jì)放大方法，為 百萬噸級(jí)的工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 (3)了解重油殘?jiān)奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)，研究殘?jiān)鼩饣茪涞臒崃W(xué)與動(dòng)力學(xué)，發(fā)展適合于重油殘?jiān)鼩饣脑鞖怏w系、進(jìn)料方式和反應(yīng)器構(gòu)型，形成重油殘?jiān)鼩饣茪涞墓に嚵鞒蹋瑸榘偃f噸級(jí)的工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 針對(duì)上述問題的解決，設(shè)置“重油梯級(jí)分離過程的放大規(guī)律與設(shè)計(jì)方法”和“重油殘?jiān)鼩饣茪溥^程的放大規(guī)律與設(shè)計(jì)方法” 2個(gè)課題。主要研究內(nèi)容為： (1)針對(duì)耦合多相流動(dòng)、傳質(zhì)及快速非平衡相變分離的重油梯級(jí)分離耦合殘?jiān)炝＿^程，發(fā)展強(qiáng)化萃取、脫殘?jiān)投嗉?jí)分離、殘?jiān)鼑婌F造粒及輸送的新方法。 (2)在項(xiàng)目依 托部門的支持下，完成 噸 /年示范裝置的運(yùn)行，獲得系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立過程及其關(guān)鍵裝備的設(shè)計(jì)放大方法，為重油梯級(jí)分離過程百萬噸級(jí)工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 (3)獲得對(duì)重油殘?jiān)鼩饣?guī)律的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，提出具有低二氧化碳排放的氣化劑組成和適合于工業(yè)化操作的重油殘?jiān)鼩饣に噮?shù)。 (4)揭示引入異性顆粒改善流化性能的協(xié)同作用機(jī)制和調(diào)控規(guī)律，通過冷模、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)合的方法建立提升管燃燒和湍動(dòng)床氣化相耦合的重油殘?jiān)鼩饣茪溥^程放大設(shè)計(jì)方法，為重油殘?jiān)鼩饣茪溥^程的工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 (三 )重油高效潔凈轉(zhuǎn)化催化劑的設(shè) 計(jì)制備和過程調(diào)控方法 重油經(jīng)梯級(jí)分離過程脫除殘?jiān)?，可以得到轉(zhuǎn)化性能較好的催化裂化原料和轉(zhuǎn)化性能較差的加氫處理原料 (必須經(jīng)過進(jìn)一步處理才可作為催化裂化進(jìn)料 )，基于對(duì)重油梯級(jí)分離窄餾分中“可轉(zhuǎn)化”分子與“不可轉(zhuǎn)化”分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、分布特點(diǎn)及其在催化轉(zhuǎn)化過程中相互影響規(guī)律的認(rèn)識(shí)，通過催化材料的創(chuàng)新和催化劑制備方法的創(chuàng)新，設(shè)計(jì)和制備適合于不同梯級(jí)分離餾分高效轉(zhuǎn)化的催化劑及重油加工產(chǎn)品加氫改質(zhì)催化劑，并發(fā)展相應(yīng)的催化轉(zhuǎn)化新工藝，是重油高效潔凈轉(zhuǎn)化的最終實(shí)現(xiàn)。為此，必須解決如下基礎(chǔ)問題： (1)基于對(duì)重脫殘?jiān)椭袩N類 分子和非烴分子 (主要是含硫、含氮化合物以及金屬有機(jī)化合物 )在分子水平上結(jié)構(gòu)特征的認(rèn)識(shí)，分別設(shè)計(jì)具有定向脫殘?zhí)?、脫硫、脫氮和加氫裂化功能的催化劑孔結(jié)構(gòu)與酸性能，發(fā)展精確調(diào)控催化劑載體孔結(jié)構(gòu)、表面酸性、組分間相互作用強(qiáng)度及活性相粒子形貌和尺寸的方法；基于各反應(yīng)器的反應(yīng)深度及其對(duì)催化劑活性的要求，確定各催化劑金屬組分的類型及含量，掌握金屬組分的不同引入方法對(duì)于催化劑中金屬活性組分狀態(tài)及性能的影響規(guī)律，獲得具有定向脫殘?zhí)俊⒚摻饘?、脫硫、脫氮和加氫裂化功能的催化劑制備方法；研制配套的保護(hù)劑、脫金屬催化劑、脫硫催化劑、 脫氮催化劑，考察各催化劑活性水平對(duì)產(chǎn)物性質(zhì)的影響，確定各催化劑的適用工藝參數(shù)范圍；基于上述催化劑系列，發(fā)展重脫殘?jiān)图託涮幚硇逻^程。 (2)系統(tǒng)考察重油大分子在催化裂化條件下的轉(zhuǎn)化行為，認(rèn)識(shí)重油催化裂化催化劑中分子篩活性組分和基質(zhì)的相互作用及其協(xié)同效應(yīng)，提出重油大分子的有效轉(zhuǎn)化途徑和新型重油催化裂化催化劑的設(shè)計(jì)思路；發(fā)展 Y、 分子篩等大宗催化材料的高性能化制備與改性新技術(shù)，形成催化劑制備的平臺(tái)技術(shù)，獲得調(diào)控主導(dǎo)催化裂化反應(yīng)的高活性與高選擇性的分子篩固體酸活性中心的方法，并從“半合成”和“原位晶化 ”兩條路線來設(shè)計(jì)催化劑基質(zhì)組分，充分發(fā)揮基質(zhì)在保護(hù)活性組分、重油分子預(yù)裂化、提高產(chǎn)物分子擴(kuò)散速率和延長催化劑使用壽命等方面的作用，研制提高重油轉(zhuǎn)化深度和改善產(chǎn)品分布的系列催化裂化催化劑。 (3)根據(jù)清潔燃料標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車用燃料中硫、氮等雜原子化合物和烯烴、芳烴等烴類化合物含量不斷嚴(yán)格的控制要求和提高燃燒性能對(duì)烴類組成的改進(jìn)要求，研制有效脫除重油加工產(chǎn)品中硫、氮等雜原子化合物的催化劑和實(shí)現(xiàn)石油烴類定向轉(zhuǎn)化的新型催化劑，發(fā)展清潔油品生產(chǎn)新過程，實(shí)現(xiàn)重油加工產(chǎn)品的清潔化。 為解決上述問題， 設(shè)置“重脫殘?jiān)图託涮幚泶呋瘎?及反應(yīng)工程基礎(chǔ)”、“重油催化裂化催化劑的設(shè)計(jì)與制備”、“重油加工產(chǎn)品加氫改質(zhì)催化劑及反應(yīng)工程基礎(chǔ)”等 3個(gè)課題。主要研究內(nèi)容為： (1)認(rèn)識(shí)重脫殘?jiān)椭辛虻衔铩⒍喹h(huán)芳烴及金屬有機(jī)化合物加氫反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)行為，建立平衡催化劑裂化和加氫活性的催化劑活性調(diào)控方法；根據(jù)重脫殘?jiān)偷姆肿咏Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，構(gòu)筑具有適宜孔道與酸性分布的特定功能型加氫處理催化劑載體材料；系統(tǒng)研究重脫殘?jiān)图託涮幚硇芘c反應(yīng)物料的流動(dòng)、傳質(zhì)和催化劑性能之間的內(nèi)在規(guī)律，確定催化劑級(jí)配方案和最優(yōu)的工藝條件。 (2)建立重脫殘?jiān)图託涮幚泶呋瘎┑?制備平臺(tái)，研制出 1個(gè)級(jí)配系列計(jì) 34種可工業(yè)化催化劑，發(fā)展重脫殘?jiān)图託涮幚硇鹿に嚒?(3)基于對(duì)重油大分子在催化裂化條件下轉(zhuǎn)化行為的研究，揭示催化劑中分子篩活性組分和基質(zhì)的作用機(jī)理，提出重油大分子的有效轉(zhuǎn)化途徑和新型重油催化裂化催化劑的設(shè)計(jì)方法。 (4)發(fā)展大宗催化裂化材料 (主要為 Y、 化硅及高嶺土等基質(zhì)材料 )的高性能化制備技術(shù)，形成催化劑制備的平臺(tái)技術(shù)，獲得調(diào)控主導(dǎo)催化裂化反應(yīng)的高活性與高選擇性的分子篩固體酸活性中心的方法。 (5)從“半合成”和“原位晶化”兩條技術(shù)路線 來設(shè)計(jì)催化劑基質(zhì)組分和催化劑制備技術(shù)路線，研制出 23種重油高效催化裂化催化劑，獲得工業(yè)化應(yīng)用，使重油轉(zhuǎn)化能力提高 的產(chǎn)品收率增加 1個(gè)百分點(diǎn)。 (6)深入認(rèn)識(shí)重油加工產(chǎn)品中硫、氮等雜原子化合物在加氫精制催化劑上的反應(yīng)規(guī)律，發(fā)展降低加氫精制過程操作苛刻度的催化劑制備新方法，獲得 23種可工業(yè)化的加氫脫硫、脫氮催化劑。 (7)發(fā)展將汽油中的烯烴和柴油中的直鏈烷烴定向轉(zhuǎn)化為異構(gòu)烷烴、飽和柴油中芳烴的催化材料改性方法，研制出 12種可工業(yè)化的石油烴類定向轉(zhuǎn)化催化劑。 (8)建立重油加工產(chǎn)品加氫改質(zhì)過 程的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)力學(xué)模型，獲得催化劑的尺寸、幾何構(gòu)型、裝填方式和反應(yīng)器構(gòu)型、級(jí)聯(lián)方式對(duì)汽柴油加氫改質(zhì)過程操作性能的影響規(guī)律，建立加氫改質(zhì)工藝和反應(yīng)器的設(shè)計(jì)放大方法。 二、預(yù)期目標(biāo) (一 )本項(xiàng)目的總體目標(biāo)： 構(gòu)與物理化學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)分析表征方法，揭示重油的組成、結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)及催化轉(zhuǎn)化行為的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，推動(dòng)重油化學(xué)向分子層次發(fā)展，保持我國在重油加工基礎(chǔ)理論研究方面的國際先進(jìn)地位。 級(jí)分離為龍頭、以催化轉(zhuǎn)化為核心、以殘?jiān)木C合利用相配套”的重油高效潔凈轉(zhuǎn)化新技術(shù)路 線，為實(shí)現(xiàn)占我國石油加工總量約 40%的重油的高效轉(zhuǎn)化和優(yōu)化利用提供技術(shù)源頭。 產(chǎn)學(xué)研”緊密結(jié)合的重油高效潔凈轉(zhuǎn)化利用研究團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)具有綜合研究能力的重油加工基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)學(xué)術(shù)帶頭人隊(duì)伍，為我國石油加工工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定人才基礎(chǔ)。 (二 )五年預(yù)期目標(biāo) : 分辨質(zhì)譜、分子模擬等主要手段的重油復(fù)雜多層次組成、結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)研究方法，系統(tǒng)揭示重油組成、結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)；闡明國內(nèi)外具有代表性重油的催化轉(zhuǎn)化性質(zhì)，為重油梯級(jí)分 離組分高效轉(zhuǎn)化催化劑和重油加工產(chǎn)品清潔化催化劑的研究開發(fā)提供理論指導(dǎo)。 轉(zhuǎn)化”與“不可轉(zhuǎn)化”分子的高選擇性重油梯級(jí)分離體系和工藝過程，掌握重油梯級(jí)分離過程和重油殘?jiān)鼩饣茪溥^程的放大規(guī)律，建立重油梯級(jí)分離和重油殘?jiān)鼩饣茪溥^程的設(shè)計(jì)放大方法；發(fā)展催化材料的復(fù)合與組裝方法，研制出 1個(gè)級(jí)配系列的重油加氫處理催化劑、 23個(gè)重油催化裂化催化劑和 23個(gè)重油加工產(chǎn)品改質(zhì)催化劑；集成上述成果，形成以“梯級(jí)分離為龍頭、以催化轉(zhuǎn)化為核心、以殘?jiān)木C合利用相配套”的重油高效潔凈轉(zhuǎn)化新技術(shù)路線，并在產(chǎn)業(yè)部門的 支持下獲得示范應(yīng)用，在產(chǎn)品質(zhì)量滿足未來清潔燃料標(biāo)準(zhǔn)的前提下使劣質(zhì)重油轉(zhuǎn)化的輕質(zhì)產(chǎn)品收率較焦化工藝路線提高 5個(gè)百分點(diǎn)。 5 件發(fā)明專利，建立以若干項(xiàng)母專利為核心的重油加工技術(shù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)網(wǎng)；在 學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文 200 篇，撰寫有關(guān)重油加工理論和技術(shù)的英文專著 1部。 成一支在國內(nèi)外具有一定影響力的重油加工理論和技術(shù)創(chuàng)新群體，培養(yǎng) 60 名博士研究生和 120名碩士研究生。 三、研究方案 (一 )總體學(xué)術(shù)思路 如前所述，本項(xiàng)目擬在上一期 973 項(xiàng)目研究的基礎(chǔ)上，在基礎(chǔ)層面上推進(jìn)重油高效潔凈轉(zhuǎn)化的理論向分子層次發(fā)展，在應(yīng)用層面上形成“以梯級(jí)分離為龍頭、以催化轉(zhuǎn)化為核心、以殘?jiān)木C合利用相配套”的重油高效潔凈轉(zhuǎn)化新技術(shù)路線。項(xiàng)目研究目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)必須解決的關(guān)鍵科學(xué)問題以及研究重點(diǎn)與上一期 973項(xiàng)目的聯(lián)系及區(qū)別見表 表 期 973 項(xiàng)目與上一期 973 項(xiàng)目的聯(lián)系與區(qū)別 上一期 973項(xiàng)目 本期 973項(xiàng)目 研究目標(biāo) 發(fā)展重油無破壞性分析分離方法，初步建立重油復(fù)雜多層次化學(xué)的理論框架 提出重油梯級(jí)分離利用新途徑 闡明重油在催化轉(zhuǎn)化過程中的擴(kuò)散 、吸附、反應(yīng)規(guī)律，發(fā)展重油催化轉(zhuǎn)化新材料和催化劑制備的理論方法 建立重油復(fù)雜多層次組成結(jié)構(gòu)物理化學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)研究方法，系統(tǒng)揭示重油組成、結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的內(nèi)在關(guān)聯(lián) 建立重油梯級(jí)分離和殘?jiān)鼩饣茪溥^程的設(shè)計(jì)和放大方法，獲得示范應(yīng)用 研制重油加氫處理、催化裂化和重油加工產(chǎn)品改質(zhì)催化劑，并配套發(fā)展相應(yīng)的工藝技術(shù) 關(guān)鍵科學(xué)問題 重油復(fù)雜多層次結(jié)構(gòu)和催化轉(zhuǎn)化的化學(xué)基礎(chǔ) 重油高效轉(zhuǎn)化與優(yōu)化利用的過程工程基礎(chǔ) 重油高效轉(zhuǎn)化催化劑的設(shè)計(jì)和制備方法 重油復(fù)雜多層次組成結(jié)構(gòu)性質(zhì)及催化轉(zhuǎn)化化學(xué) 重油梯級(jí)分離過程和重油 殘?jiān)鼩饣^程的放大規(guī)律和設(shè)計(jì)方法 重油高效潔凈轉(zhuǎn)化催化劑的設(shè)計(jì)制備和過程調(diào)控方法 研究重點(diǎn) 重油化學(xué)：方法探索和框架構(gòu)建 梯級(jí)分離和殘?jiān)C合利用：可行性探索及過程原理研究 高效催化轉(zhuǎn)化：材料制備和催化劑設(shè)計(jì)方法 重油化學(xué)：方法系統(tǒng)化和認(rèn)識(shí)向分子水平推進(jìn) 梯級(jí)分離和殘?jiān)C合利用：梯級(jí)分離和殘?jiān)鼩饣茪溥^程的設(shè)計(jì)放大方法及示范應(yīng)用 高效催化轉(zhuǎn)化：催化劑工程和催化反應(yīng)工程 從表 項(xiàng)目與上一期 973項(xiàng)目的區(qū)別和聯(lián)系可以歸納為如下三個(gè)方面：在重油化學(xué)研究方面，從前期的方法探索和理論框架的構(gòu)建到方法 的系統(tǒng)化和認(rèn)識(shí)的深化；在重油梯級(jí)分離和殘?jiān)C合利用方面，實(shí)現(xiàn)從可行性探索到示范應(yīng)用的突破；在重油高效潔凈轉(zhuǎn)化方面，實(shí)現(xiàn)從催化材料和催化劑制備方法的創(chuàng)新到新型催化劑和新催化過程的跨越。為此，本項(xiàng)目將按照“深化認(rèn)識(shí)，突出創(chuàng)新，強(qiáng)化集成”的總體思路開展研究： 推進(jìn)重油化學(xué)向分子層次發(fā)展為目標(biāo)，結(jié)合項(xiàng)目面向的國家重大需求，在實(shí)現(xiàn)重油復(fù)雜體系無破壞性分離分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡明重油中“可轉(zhuǎn)化”和“不可轉(zhuǎn)化”分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其在不同沸點(diǎn)窄餾分中的分布規(guī)律，了解其在梯級(jí)分離過程中的相變和相平衡行為，揭示上 述兩類分子在模型催化劑上的轉(zhuǎn)化規(guī)律，提出基于酸性、孔道、組分間相互作用強(qiáng)度及活性相粒子形貌和尺寸調(diào)變的催化劑設(shè)計(jì)理論和制備方法，為重油的高效潔凈轉(zhuǎn)化奠定理論基礎(chǔ)。 實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)理論創(chuàng)新到技術(shù)進(jìn)步的跨越為目標(biāo)，以相平衡和相變理論為指導(dǎo)強(qiáng)化重油梯級(jí)分離過程，發(fā)展精確調(diào)控“可轉(zhuǎn)化”與“不可轉(zhuǎn)化”分子在梯級(jí)分離餾分中分布的溶劑體系，以實(shí)現(xiàn)百萬噸級(jí)的工業(yè)應(yīng)用為目標(biāo)建立梯級(jí)分離過程及其關(guān)鍵裝備的設(shè)計(jì)與放大方法；在前期微觀層次催化材料設(shè)計(jì)和催化轉(zhuǎn)化原理研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)開展催化劑工程和催化反應(yīng)工程研究，研制 系列重油高效潔凈轉(zhuǎn)化催化劑，開發(fā)重油高效潔凈轉(zhuǎn)化新過程；基于重油殘?jiān)c煤和石油焦不同的物理化學(xué)性質(zhì)、流動(dòng)特性與氣化性能，發(fā)展重油殘?jiān)鼩饣茪涞男逻^程，滿足重油加氫和清潔燃料生產(chǎn)對(duì)廉價(jià)氫氣不斷增長的需求。 過重油分析表征新方法、重油復(fù)雜多層次組成、結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)關(guān)系及其催化性能研究成果的集成，推進(jìn)重油化學(xué)向分子層次發(fā)展；通過重油梯級(jí)分離、高效潔凈轉(zhuǎn)化、重油殘?jiān)C合利用等三個(gè)方面應(yīng)用成果的集成，形成重油梯級(jí)分離與高效潔凈轉(zhuǎn)化的完整技術(shù)路線。 (二 )技術(shù)途徑 實(shí)現(xiàn)上述總體研究思路的技術(shù)途徑是： 73 項(xiàng)目建立的以重油超臨界流體萃取為核心的重油無破壞性精細(xì)分離分析方法的基礎(chǔ)上，以高分辨質(zhì)譜為主要手段詳細(xì)解析重油中“可轉(zhuǎn)化”和“不可轉(zhuǎn)化”分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其在不同沸程超臨界流體萃取窄餾分中的分布規(guī)律，重點(diǎn)考察溶劑體系的組成及工藝條件對(duì)“不可轉(zhuǎn)化”分子分離選擇性的影響；對(duì)不同沸程的超臨界流體萃取窄餾分進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化性能研究，闡明“不可轉(zhuǎn)化”分子對(duì)“可轉(zhuǎn)化”分子轉(zhuǎn)化效率及產(chǎn)物性質(zhì)的影響，為超臨界流體萃取分離體系的優(yōu)化和工藝操作條件的優(yōu)化提供依據(jù)；采用實(shí)驗(yàn)研究和分子模擬相結(jié)合的方法，考察催化劑孔 道結(jié)構(gòu)和酸性分布對(duì)重油轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)物分布的影響，為構(gòu)建基于孔道結(jié)構(gòu)和酸性分布調(diào)變的催化劑體系奠定基礎(chǔ)。 繞梯級(jí)分離過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，開展超臨界流體萃取體系的優(yōu)化、傳質(zhì)過程的強(qiáng)化以及噴霧造粒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，建立梯級(jí)分離過程及其關(guān)鍵裝備的設(shè)計(jì)放大方法。 73 項(xiàng)目所獲得的若干催化新材料及有關(guān)重油催化轉(zhuǎn)化行為的新認(rèn)識(shí)，將研究工作的重點(diǎn)從微觀層次的活性組分、活性位研究轉(zhuǎn)向介觀層次的催化劑粒子大小、形貌和孔結(jié)構(gòu)調(diào)變方法的研究及宏觀層次的催化劑工程和催化反應(yīng)工程研究 ，開發(fā)重油高效潔凈轉(zhuǎn)化系列催化劑和相應(yīng)工藝。 入研究重金屬對(duì)殘?jiān)鼩饣阅艿挠绊?，揭示引入異性顆粒改善流化性能的協(xié)同作用機(jī)制和調(diào)控規(guī)律，提出提升管燃燒和湍動(dòng)床氣化相耦合的重油殘?jiān)鼩饣茪湫鹿に?，發(fā)展其放大設(shè)計(jì)方法，最終形成低二氧化碳排放的殘?jiān)w粒制氫新過程。 (三 )創(chuàng)新性及特色 離子選擇性催化氧化 (高分辨質(zhì)譜、核磁共振、分子模擬等主要手段的重油復(fù)雜多層次組成、結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)研究方法，闡明重油中“可轉(zhuǎn)化”與“ 不可轉(zhuǎn)化”分子的結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)、分布特性及其在催化轉(zhuǎn)化過程中的相互影響，從而系統(tǒng)揭示重油組成、結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性質(zhì)及催化轉(zhuǎn)化性能之間的關(guān)系，推進(jìn)重油化學(xué)向分子層次發(fā)展。類似的研究思路國外在 2007年才正式提出，而本項(xiàng)目從上一期即開始實(shí)施。 梯級(jí)分離為龍頭、以催化轉(zhuǎn)化為核心、以殘?jiān)木C合利用相配套”的重油高效潔凈轉(zhuǎn)化新技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)從重油復(fù)雜多層次組成、結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)到重油梯級(jí)分離、高效潔凈轉(zhuǎn)化、殘?jiān)鼩饣茪湫录夹g(shù)的跨越，其成功實(shí)施不僅可為滿足劣質(zhì)重油高效潔凈轉(zhuǎn)化這一國家重大需求提供技 術(shù)支撐，而且也可為跨越微觀介觀宏觀三個(gè)尺度的化學(xué)工程研究提供借鑒。類似的技術(shù)路線在國內(nèi)外未見報(bào)導(dǎo)。 (四 )取得重大突破的可行性分析 構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)研究方面，上一期 973項(xiàng)目研究已建立起以超臨界流體萃取為核心的重油無破壞性精細(xì)分離分析方法，并采用這一方法對(duì)國內(nèi)外具有代表性重油的組成、結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征，獲得了重油超臨界流體萃取窄餾分的特征分子群，初步建立了重油梯級(jí)轉(zhuǎn)化利用的判據(jù)。進(jìn)一步采用以高分辨質(zhì)譜為主要手段的重油組成結(jié)構(gòu)性質(zhì)表征方法，同步開展重油超臨界流體萃 取分離窄餾分的催化反應(yīng)性能的實(shí)驗(yàn)研究和分子模擬，完全有可能闡明重油中“不可轉(zhuǎn)化”分子在超臨界流體萃取分離窄餾分中的組成和結(jié)構(gòu)分布規(guī)律，揭示其對(duì)“可轉(zhuǎn)化”分子催化轉(zhuǎn)化行為的影響，從而為重油梯級(jí)分離過程的開發(fā)和重油高效潔凈轉(zhuǎn)化催化劑的設(shè)計(jì)和制備提供理論基礎(chǔ)。 一期 973項(xiàng)目研究已建立起重油梯級(jí)轉(zhuǎn)化利用的判據(jù)，通過對(duì)重油超臨界流體萃取分離體系、重油殘?jiān)軇┓蛛x等關(guān)鍵問題的解決，建立了 100 噸 /年重油梯級(jí)分離中試裝置并成功完成中試實(shí)驗(yàn)，根據(jù)中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果由中國石油投資 3700 萬元 在遼河石化分公司設(shè)計(jì)建造了規(guī)模為 噸 /年的示范裝置。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室溶劑體系優(yōu)化的基礎(chǔ)上，利用 100 噸 /年中試裝置進(jìn)行工藝條件優(yōu)化和對(duì)獲得的梯級(jí)分離窄餾分進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化性能研究，基于 100 噸 /年中試裝置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和 噸 /年示范裝置操作數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，結(jié)合計(jì)算流體力學(xué) (擬和工藝流程模擬，完全有可能獲得梯級(jí)分離過程及其關(guān)鍵裝備的設(shè)計(jì)與放大方法，并在項(xiàng)目依托部門的支持下獲得示范應(yīng)用。 一期 973項(xiàng)目結(jié)合現(xiàn)有重油加工工藝，研制出了重油催化裂化催化劑的新型活性組 分和基質(zhì)、重油加氫處理催化劑、重油催化裂化汽油和柴油加氫改質(zhì)催化劑 (其中 2 種催化劑獲得大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用， 2種催化劑完成中試開發(fā)， 4種催化劑完成實(shí)驗(yàn)室小試 )，并以所獲得的重油催化轉(zhuǎn)化新認(rèn)識(shí)為指導(dǎo)，針對(duì)重油梯級(jí)分離餾分的加氫處理、催化裂化和重油加工產(chǎn)品的加氫改質(zhì)，在活性組分研制、活性位調(diào)控和催化材料的組裝方法等方面的研究取得了長足進(jìn)展，為進(jìn)一步將研究工作向介觀層次上的催化劑粒子大小、形貌和表面性質(zhì)與孔結(jié)構(gòu)研究及宏觀層次上的催化反應(yīng)工程研究奠定了良好的基礎(chǔ)。 一期 973項(xiàng)目已在殘?jiān)再|(zhì) 、流化狀態(tài)和輸送方法等方面進(jìn)行了初步的研究，發(fā)展了通過加入助流化顆粒改善殘?jiān)骰洼斔托阅艿姆椒?，且承?dān)“重油殘?jiān)鼩饣茪溥^程的放大規(guī)律與設(shè)計(jì)方法”課題的兩個(gè)研究單位在高硫石油焦和煤的氣化方面已有豐富的前期研究工作，并有良好的合作基礎(chǔ)。 73 項(xiàng)目的研究，凝聚形成了一支多學(xué)科交叉、“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合的重油加工理論與技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，其中 4人 (陳標(biāo)華、徐春明、高金森、鮑曉軍 )在項(xiàng)目執(zhí)行期間相繼獲得國家自然科學(xué)基金杰出青年基金資助， 2人 (高金森、高雄厚 )獲得何梁何利科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)， 2人計(jì) 3次 (高雄厚 2次 ，高金森 1次 )獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)， 1 人 (徐春明 )被聘為國際能源領(lǐng)域著名期刊 副主編；項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目執(zhí)行期間共舉辦和承辦了 4 次重油加工領(lǐng)域的國際會(huì)議，廣泛的國際國內(nèi)學(xué)術(shù)交流不僅進(jìn)一步擴(kuò)大了我國在重油加工領(lǐng)域的國際影響，而且進(jìn)一步凝練了項(xiàng)目的關(guān)鍵科學(xué)問題，明確了項(xiàng)目研究的方向，這就為本項(xiàng)目的開展奠定了良好的人才和學(xué)術(shù)基礎(chǔ)。 四、年度計(jì)劃 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 (1)通過超臨界深度精細(xì)分離，獲得重油烴類及非烴組分的濃縮組分，采用 13 子量、元素組成等分析方法，獲得重油組分的組成信息及平均結(jié)構(gòu)信息； (2)進(jìn)行重油及其分離組分的 (3)高度有序且高水熱穩(wěn)定性介孔材料的高溫水熱合成 及模型催化劑上的重油催化轉(zhuǎn)化化學(xué)研究， 改進(jìn)已有分子模擬方法和軟件，建立適合重油分子的力場和模型 ， 采用量子力學(xué) /分子力學(xué)方法確定分子篩催化劑活性中心的位置。 (1)獲得不同超臨界流體萃取窄餾分的收率、性質(zhì)及組 成分布，獲得重油非烴濃縮組分的性質(zhì)； (2)獲得高分辨質(zhì)譜分析重油的優(yōu)化操作條件，并建立特征分子群的解析方法； (3)建立重油催化劑結(jié)構(gòu)模型 ; (4)在 篇，申請(qǐng)發(fā)明專利 1件。 (1)研究適合于烴類重油超臨界體系、可提高脫殘?jiān)褪章实奶砑訆A帶劑和共溶劑，設(shè)計(jì)全新的重油梯級(jí)分離裝置； (2)建立合理的反映二元顆粒流動(dòng)特點(diǎn)的流動(dòng)模型，進(jìn)行殘?jiān)w粒和大差異二元顆粒體系旋流分離過程的理論分析及數(shù)值模擬研究； (3)建立多相流動(dòng)的相變和汽化 模型； (4)根據(jù)多相流不同流型和顆粒聚集狀態(tài)下不同的曳力作用機(jī)理，建立多相流分區(qū)模型，對(duì)不同尺寸和結(jié)構(gòu)的造粒塔內(nèi)的流動(dòng)和氣固分離特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究。 (1)針對(duì)不同性質(zhì)的重油，提出適用的溶劑體系組成范圍，得到能明顯改善分離效果的添加劑組成及經(jīng)濟(jì)用量 ; (2)初步掌握助流劑與萃余殘?jiān)w粒流動(dòng)特性；描述殘?jiān)w粒的旋流分離規(guī)律，重點(diǎn)揭示大差異顆粒對(duì)殘?jiān)w粒分離的影響規(guī)律；能夠?qū)Σ煌瑮l件下的溶劑閃蒸速度進(jìn)行預(yù)測，較為準(zhǔn)確地計(jì)算造粒塔內(nèi)多相流動(dòng)過程 ; (3)在 篇，申請(qǐng)發(fā)明專利 1件。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 (1)完成 重脫殘?jiān)椭泻?、含氮和金屬有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和分布規(guī)律 的研究，研制和尋找適宜的新材料作為加氫處理催化劑的促進(jìn)劑 ； (2)采用具有不同孔道大小和酸強(qiáng)度的基質(zhì)材料、分子篩材料，根據(jù)重油催化裂化“接力式”反應(yīng)特點(diǎn)，進(jìn)行新型催化裂化催化劑的設(shè)計(jì)，同時(shí)開展小晶粒 (3)研究汽油中的硫化合物和烴類化合物的分布規(guī)律和輕重餾分切割點(diǎn)、加氫脫硫深度及烯烴的異構(gòu)化和芳構(gòu)化比例等關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)汽油加氫改質(zhì)效果的影 響；進(jìn)行柴油加氫催化劑作用機(jī)理和活性相結(jié)構(gòu)的研究。 (1)獲得原料油分子結(jié)構(gòu)特性、反應(yīng)性能與催化劑活性因子間的內(nèi)在關(guān)聯(lián) ， 建立平衡催化劑裂化和加氫活性的調(diào)控方法 ; (2)揭示重油催化裂化“接力式”反應(yīng)特點(diǎn)和催化材料性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)；掌握小晶粒 模化合成和后改性的成套技術(shù) ; (3)根據(jù)清潔汽油要求確定汽油的加氫改質(zhì)方案；了解柴油加氫改質(zhì)過程的機(jī)理，建立柴油加氫催化劑的活性相結(jié)構(gòu)模型，了解活性相的形成機(jī)制 ; (4)在 025篇，申請(qǐng)發(fā)明專利 1015件。 制氫過程的放大規(guī)律與設(shè)計(jì)方法方面： (1)研究不同條件對(duì)重油殘?jiān)鼰峤夥磻?yīng)的影響規(guī)律 ; (2)考察熱解反應(yīng)過程中 N、 i、 布規(guī)律； (3)以流動(dòng)性指數(shù)為 指標(biāo) ，考察 “惰性助流化劑 ”石英砂顆粒和 粒 的引入比例對(duì)重油殘?jiān)鲃?dòng)性能的影響 ； (4)進(jìn)行 “助流化劑 +重油殘?jiān)?”異性 顆粒體系湍流床 氣化反應(yīng)器 大型冷模 實(shí)驗(yàn) 裝置的設(shè)計(jì) 。 (1)獲得 熱解升溫速率、溫度、氣氛等因素對(duì)重油殘?jiān)簯B(tài)收率和殘?jiān)?(固態(tài) )收率的影響規(guī)律 ; (2)掌握熱解過程中 N、 i、 遷移、分布規(guī)律 ; (3)獲得石英砂 和 粒 最佳引入比例 ， 完成 “助流化劑 +重油殘?jiān)?”異性 顆粒體系湍流床 氣化反應(yīng)器 大型冷模 實(shí)驗(yàn) 裝置的設(shè)計(jì) ; (4)在 篇。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 二 年 (1)采用釕離子選擇性催化氧化 (方法獲得重油芳香類組分結(jié)構(gòu)的橋鏈、側(cè)鏈及芳香核結(jié)構(gòu)信息 ; (2)對(duì)重油超臨界分離餾分及濃縮非烴組分進(jìn)行不同離子源及方法的解析，建立分子群識(shí)別方法，解析重質(zhì)油及上述分離組分中各類分子群的組成信息，并加以集成； (3)建立研究重油 特征分子在不同孔道尺寸催化劑表面的孔道中吸附、擴(kuò)散的分子力學(xué)方法。 (1)獲得重油及其超臨界流體萃取窄餾分中特征分子的組成分布，獲得重油烴類及非烴的結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建重油特征分子結(jié)構(gòu)庫 ; (2)完善重油分子吸附、擴(kuò)散研究方法 ; (3)確定重油特征分子中氮、硫、金屬在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中 的轉(zhuǎn)移規(guī)律 ; (4)在 篇，申請(qǐng)發(fā)明專利 1件。 (1)在實(shí)驗(yàn)室連續(xù)梯級(jí)分離裝置上優(yōu)化超臨界流體萃取工藝條件；基于課題 1有關(guān)重油特征化的研究結(jié)果，研究重油梯級(jí)分離過程的熱力學(xué)模型； (2)建設(shè)重油多級(jí)梯級(jí)分離裝置，采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法考察助流劑及其與萃余殘?jiān)w粒的流化、汽提性能； (3)建設(shè)旋風(fēng)分離器實(shí)驗(yàn)裝置，開展大差異二元顆粒體系分離性能及放大規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究； (4)對(duì)閃蒸過程中戊烷的降壓和汽化進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)噴霧射流的流場進(jìn)行測量；測量造粒塔內(nèi)流動(dòng)過程的速度場和分離特性，驗(yàn)證和改善所建立多相流動(dòng)分區(qū)模型和算法，為過程放大做好準(zhǔn)備。 (1)對(duì)不同的重油獲得優(yōu)化的工藝條件范圍，提高超臨界萃取過程對(duì)“可轉(zhuǎn)化”與“不可轉(zhuǎn)化”分子的分離選擇性和收率，并建立定量關(guān)聯(lián) ；建立重油梯級(jí)分離過程的熱力學(xué)模型，定量描述原料組成與梯級(jí)分離產(chǎn)物的收率和性質(zhì)的關(guān)系 ; (2)掌握萃余殘?jiān)?、操作條件及汽提器結(jié)構(gòu)形式等對(duì)二元顆粒流化與汽提性能的影響規(guī)律 ; (3)開發(fā)高效低阻新型旋風(fēng)分離器 ,獲得大差異顆粒對(duì)旋風(fēng)分離性能的影響規(guī)律及放大效應(yīng)，完成過濾分離實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) ; (3)在 篇，申請(qǐng)發(fā)明專利 2件。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 二 年 (1)研究加氫處理 過程的化學(xué) 反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和本征動(dòng)力學(xué) ；進(jìn)行 活性相納米粒 子形貌、尺寸和穩(wěn)定性的調(diào)控 研究； (2)開展基質(zhì) 新認(rèn)識(shí)正碳離子在重油催化裂化過程的作用，為研制新型重油催化裂化催化劑提供理論基礎(chǔ)；開展高硅鋁比 大規(guī)模合成技術(shù)和工業(yè)改性新技術(shù)研究； (3)考察汽油加氫改質(zhì)催化劑放大制備條件對(duì)催化劑物化性質(zhì)的影響規(guī)律，通過多種表征手段建立催化劑的質(zhì)量控制指標(biāo)，進(jìn)行放大催化劑 1000 (4)進(jìn)行柴油加氫催化劑方法與催化劑性能關(guān)系的研究。 (1)探明催化劑的作用機(jī)理和構(gòu)效關(guān)系 ， 建立 動(dòng)力學(xué) 研究新 方法 ， 了解催化劑制備過 程中活性相納米粒子的形成和長大機(jī)制 ； (2)揭示催化劑中分子篩活性組分和基質(zhì)的作用機(jī)理，提出重油大分子的有效轉(zhuǎn)化途徑和新型重油催化裂化催化劑的設(shè)計(jì)方法；掌握高硅 (3)建立汽油加氫改質(zhì)催化劑放大制備過程的質(zhì)量控制指標(biāo)，完成放大催化劑的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)； (4)認(rèn)識(shí)柴油加氫催化劑制備參數(shù)與催化劑理化性質(zhì)、催化性能的關(guān)系，形成柴油加氫催化劑的制備方法和過程調(diào)控方法； (5)在 期刊上 發(fā)表論文 2025篇，申請(qǐng)專利 1214件。 方面： (1)研究重油殘?jiān)鼰峤夂蜌饣匦砸约皻堅(jiān)鼰峤夂蜌饣臒崃W(xué)和動(dòng)力學(xué)； (2)考察 “氣化助流化劑 ”煤粉顆粒引入比例對(duì)重油殘?jiān)鲃?dòng)性能的影響 ，并 對(duì)聚團(tuán)進(jìn)行 機(jī)理 分析； (3)進(jìn)行 “助流化劑 +氣化灰渣 ”異性顆粒耦合流化床燃燒器大型冷模 實(shí)驗(yàn) 裝置的設(shè)計(jì) ， 考察 “助流化劑 +殘?jiān)?”混合顆粒湍流床 的流動(dòng) 特性 ，建立 “助流化劑 +重油殘?jiān)?”異性 顆粒體系 流動(dòng)模型，并進(jìn)行數(shù)值模型分析。 (1)掌握熱解條件對(duì)殘?jiān)锢斫Y(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，獲得殘?jiān)鼰峤鈿獾臍饣磻?yīng)特性；建立殘?jiān)鼰峤夂蜌饣臒崃W(xué)和動(dòng)力學(xué)；獲得溫度、壓力和氣氛對(duì)重油殘 渣焦氣化活性的影響規(guī)律； (2)確定最佳助流化劑及其引入比例 ， 完成 “助流化劑 +氣化灰渣 ”異性顆粒耦合流化床燃燒器大型冷模 實(shí)驗(yàn) 裝置的設(shè)計(jì) ， 獲得操作條件對(duì) “助流化劑 +重油殘?jiān)?”異性 混合顆粒體系流化特性的影響 規(guī)律， 初步建立體系的流動(dòng)模型 。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 三 年 (1)構(gòu)建重質(zhì)油特征分子結(jié)構(gòu)庫，采用分子模擬驗(yàn)證和完善分子結(jié)構(gòu)信息；通過重質(zhì)油特征組分與超臨界溶劑的相平衡研究獲得重質(zhì)油分子的相間轉(zhuǎn)移規(guī)律； (2)考察模型催化裂化催化劑上重油分子的催化 轉(zhuǎn)化規(guī)律； 模擬重油特征分子在不同結(jié)構(gòu)催化劑 (如 催化 裂化、 加氫處理、 加氫裂化 )上 的反應(yīng)機(jī)理 。 (1)獲得能表征重油組分組成的分子結(jié)構(gòu)庫生成方法； (2)揭示“可轉(zhuǎn)化”與“不可轉(zhuǎn)化”分子在不同超臨界流體萃取窄餾分中的分布規(guī)律，發(fā)展基于重油分子結(jié)構(gòu)信息的相平衡模型； (3)建立重油組分催化轉(zhuǎn)化性能的表征方法， 深化 對(duì) 重油特征分子 發(fā)生催化 裂化、加氫裂化反應(yīng)機(jī)理 的認(rèn)識(shí)； (4)在 期刊上發(fā)表論文 8 篇，申請(qǐng)發(fā)明專利 1件。 (1)開發(fā)較先進(jìn)的靜態(tài)混合器強(qiáng)化溶劑重 油體系的傳質(zhì)； (2)研究助流劑及其與萃余殘?jiān)w粒的機(jī)械及氣力輸送性能，建設(shè)過濾分離實(shí)驗(yàn)裝置，研究大差異二元顆粒的過濾特性，考察細(xì)小殘?jiān)w粒在灰斗內(nèi)的堆積特性； (3)對(duì)多種結(jié)構(gòu)的噴嘴進(jìn)行數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，開發(fā)可以延緩閃蒸過程的噴嘴，提高瀝青殘?jiān)w粒的密度； (4)采用數(shù)值模擬方法和冷態(tài)實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)不同尺寸和結(jié)構(gòu)的造粒塔內(nèi)的流動(dòng)和分離特性進(jìn)行研究，分析放大過程中可能出現(xiàn)的問題和原因。 (1)獲得原料預(yù)改質(zhì)的優(yōu)化工藝條件及較先進(jìn)的靜態(tài)混合器，提高超臨界流體萃取分離的效率； (2)確定適合于萃余殘?jiān)鼩饬?及機(jī)械輸送的工藝條件；確定適宜的過濾介質(zhì)、濾袋結(jié)構(gòu)、過濾特性、反吹方式和反吹特性； (3)確定適宜的霧化造粒噴嘴形式，開發(fā)出新結(jié)構(gòu)的造粒噴嘴，深入了解造粒塔的放大規(guī)律； (4)發(fā)表論文 7 篇，申請(qǐng)發(fā)明專利 2件 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 三 年 (1)進(jìn)行 納米粒子間相互作用機(jī)制 的 探索研究 ， 完 成 動(dòng)力學(xué)研究， 掌握各種操作條件 對(duì)反應(yīng)速率的影響規(guī)律， 建立催化劑 失活動(dòng)力學(xué)和產(chǎn)物分布 的 預(yù)測模型 ；制備性能較好的加氫脫金屬、脫硫、脫氮和裂化催化劑； (2)開展高 性能分子篩、原位晶化孔活性氧化鋁、高嶺土等多孔基質(zhì)材料的研究開發(fā)工作，進(jìn)行新型改性 Y 型分子篩的研究和工業(yè)化開發(fā)工作； (3)研究調(diào)變平衡催化劑單支鏈加氫異構(gòu)和芳構(gòu)性能的催化劑制備方法，進(jìn)行放大催化劑 的 1000 成硫化型柴油加氫催化劑的放大制備，形成硫化型催化劑的制備技術(shù)和放大方法。 (1)探明納米粒子間的相互作用機(jī)制 ； 初步提出相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程 ；完成加氫脫金屬、脫硫、脫氮和裂化催化劑的實(shí)驗(yàn)室小試； (2)完成 12 種高性能重油轉(zhuǎn)化催化裂化催化劑的工業(yè)化生產(chǎn)； (3)確定 異構(gòu)芳構(gòu)催化劑組成，建立控制 石孔結(jié)構(gòu)的合成方法，獲得新型的雙支鏈加氫異構(gòu)催化劑，完成催化劑的放大和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)；形成硫化型柴油加氫催化劑的工業(yè)放大制備技術(shù)路線，完成工業(yè)放大制備和放大催化劑的活性穩(wěn)定性評(píng)價(jià)； (4)在 期刊上發(fā)表論文 1620篇，申請(qǐng)發(fā)明專利 10件。 (1)進(jìn)行重油殘?jiān)c煤共氣化反應(yīng)特性的基礎(chǔ)研究； (2)固定氣速，考察助流化劑引入比例對(duì)“助流化劑 +重油 殘?jiān)?”異性混合顆粒湍流床流化特性的影響 ； 固定助流化劑引入比例 ，考察環(huán)流床內(nèi)環(huán)氣速、外環(huán)氣速以及提升管氣速的變化對(duì)異性顆粒耦合流化床床層壓降、床層的局部密度分布、床層內(nèi)顆粒停留時(shí)間分布的影響； (3)建立 “助流化劑 +氣化灰渣 ”異性 顆粒體系 流動(dòng)模型，并進(jìn)行數(shù)值模型分析。 (1)掌握重油殘?jiān)爸赜蜌堅(jiān)c煤共氣化反應(yīng)的規(guī)律，建立重油殘?jiān)鼩饣爸赜蜌堅(jiān)c煤共氣化的動(dòng)力學(xué)模型； (2)獲得組分對(duì) “助流化劑 +重油殘?jiān)?”異性混和顆粒體系流化特性的影響 ； 建立 “助流化劑 +重油殘?jiān)?”體系的流動(dòng)模型 ； 獲得操作條件對(duì) “助流化劑 +氣化灰渣 ”異性混合顆粒體系流化特性的影響初步建立 “助流化劑+氣化 灰渣 ”體系的流動(dòng)模型 。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 四 年 (1)在模型催化劑上進(jìn)行重油超臨界流體萃取窄餾分的催化轉(zhuǎn)化性能研究； (2)采用分子模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法闡明重油分子在催化劑上的吸附、擴(kuò)散及反應(yīng)行為， 研究重油特征分子在催化轉(zhuǎn)化過程中金屬物種的分布、遷移和反應(yīng)規(guī)律； (3)將量子力學(xué) /分子力學(xué)方法拓展到加氫脫金屬反應(yīng)過程，研究其催化反應(yīng)機(jī)理。 (1)獲得不同重油超臨界分離組分在催化劑上的反應(yīng)性能規(guī)律，為構(gòu)建基于孔道結(jié)構(gòu)和酸性分布調(diào)變的重 油高效潔凈轉(zhuǎn)化催化劑體系奠定基礎(chǔ)；(2)建立 模型催化劑的制備方法 ， 確定重油特征分子 中的金屬 在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中 的 遷移規(guī)律 ，了解 加氫脫金屬的反應(yīng)機(jī)理 ； (2)在 0篇，申請(qǐng)發(fā)明專利 1件。 2. 在重油梯級(jí)分離過程的放大規(guī)律及設(shè)計(jì)方法方面： (1)采用建立的熱力學(xué)模型，模擬梯級(jí)分離過程可引入萃取塔的物流對(duì)萃取分離塔各部位物料平衡及組成的影響； (2)采用直接取樣法和數(shù)值模擬方法，考察不同條件下助流劑與萃余殘?jiān)w粒的混合和分離特性； (3)基于理論分析、數(shù)值模擬 與實(shí)驗(yàn) 測量 ， 研究大差異二元 顆粒體系旋流分離和過濾分離性能的計(jì)算模型； (4)對(duì)優(yōu)選的噴嘴形式進(jìn)行熱態(tài)實(shí)驗(yàn)，測量噴嘴的特性參數(shù)和造粒后瀝青顆粒的密度和粒度，研究噴嘴放大規(guī)律； (5)對(duì)不同尺寸和結(jié)構(gòu)的造粒塔內(nèi)的多相流動(dòng)、氣固分離、溶劑氣化和氣固換熱耦合過程進(jìn)行研究，解決造粒塔的冷卻和溫度控制問題、粘性顆粒的氣固分離問題，為造粒塔的工業(yè)放大提供參考。 (1)優(yōu)化確定引入物流的種類、位置和引入量； (2)掌握助流劑與萃余殘?jiān)w粒的混合、分離機(jī)理；提出大差異二元顆粒體系旋流分離理論和過濾分離模型；建立分離性能與氣固物性、操作條件和結(jié)構(gòu)尺 寸的準(zhǔn)則關(guān)系； (3)實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青顆粒密度和粒度的控制 ,提出噴嘴放大設(shè)計(jì)方法；了解造粒塔內(nèi)復(fù)雜過程的關(guān)聯(lián)特性以及造粒塔放大設(shè)計(jì)方法； (4)發(fā)表論文 7 篇，申請(qǐng)發(fā)明專利 3件 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 四 年 (1)探尋催化劑關(guān)鍵制備過程規(guī)律，建立催化劑制備平臺(tái) ；進(jìn)行加氫脫金屬和加氫脫硫催化劑 制備和性能評(píng)價(jià)放大的研究 ； (2)針對(duì)制備“半合成”催化裂化催化劑和“原位晶化”催化裂化催化劑的工藝要求 ,完成催化劑配方研究，進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)； (3)研究汽油辛 烷值恢復(fù)催化劑上的烯烴轉(zhuǎn)化和脫硫動(dòng)力學(xué)、汽油加氫脫硫催化劑上的加氫脫硫 /不飽和烴加氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、加氫脫硫催化劑和辛烷值恢復(fù)催化劑的失活機(jī)理，進(jìn)行汽油加氫改質(zhì)工藝過程模擬； (4)發(fā)展納米尺度上調(diào)節(jié)非負(fù)載型柴油加氫催化劑組成、粒子大小、形貌和孔結(jié)構(gòu)及表面性質(zhì)的方法；研究本體催化劑活性相組成、結(jié)構(gòu)、形貌與其加氫脫硫、脫氮性能的關(guān)系，闡明催化劑制備方法、活化過程對(duì)活性相形成的影響規(guī)律，發(fā)展超高性能的活性相本體催化劑的制備方法。 (1)初步建立催化劑關(guān)鍵制備過程的數(shù)學(xué)模型 ，研制出重脫殘?jiān)图託涿摻饘俸兔摿虼呋瘎_(dá) 到工業(yè)化條件或進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)； (2)完成 12 種高性能重油催化裂化催化劑的工業(yè)化生產(chǎn)； (3) 建立 過流程模擬實(shí)現(xiàn)加氫改質(zhì)工藝的優(yōu)化配置；形成非負(fù)載型柴油加氫催化劑的制備技術(shù)、完成催化劑的噸級(jí)放大試驗(yàn)并進(jìn)行催化劑的活性穩(wěn)定性評(píng)價(jià)試驗(yàn)； (4)在 表論文 1820篇，申請(qǐng)專利 1620件 ； (5)總結(jié)研究工作，提交總結(jié)報(bào)告。 (1)系統(tǒng)考察工藝條件對(duì)重油殘?jiān)鼩饣挠绊?，進(jìn)行重油殘?jiān)c煤共 氣化研究； (2)進(jìn)行氣化灰渣的燃燒反應(yīng)規(guī)律研究； (3)固定環(huán)流床內(nèi)環(huán)氣速、外環(huán)氣速以及提升管氣速不變，分別考察三種助流化劑的引入比例對(duì)耦合流化床 燃燒器 流化特性的 影響 ； (4)采用雙流