【正文】 理； 通過 t/d 規(guī)模 的連續(xù)實驗， 形成褐煤加氫轉(zhuǎn)化過程 的 調(diào)控 方法； 分析能量 效率 碳 污染物的變化規(guī)律 。 (3) 褐煤加氫 液體 產(chǎn)物 （ 油 /芳烴 /酚 ） 的分離基礎(chǔ) 通過餾分 切割 考察 芳烴 /酚 在產(chǎn) 物粗油中 的類型和分布特征 ， 研究 二者 在不同 萃取劑 中 的 相平衡規(guī)律， 研發(fā) 高效 綠色 萃取劑； 考察萃取劑 /油比、萃取溫度、萃取級數(shù)等對 芳烴和 酚類化合物收率的影響， 研究萃取過程的傳質(zhì)動力學，甄別控制步驟，形成萃取過程強化機制，提高萃取速率和分離效率 。 (4) 芳烴和 粗 酚的分離和精制 研究 芳烴和 粗 酚 的組成 特征 ，研究精餾及萃取精餾等方法，構(gòu)建 芳烴和 酚類化合物精制 新技術(shù)。 預(yù)期目標： （ 1） 闡明褐煤溫和加氫熱解機理，建立催化反應(yīng)動力學模型，掌握新型高效催化劑制備原理，形成褐煤緩和加氫聯(lián)產(chǎn)化學品的新工藝； （ 2） 形成芳烴 /酚液液萃取分離理論和清 潔高效分離工藝 ， 獲得 4~5種工業(yè)純芳烴和酚類化合物； （ 3） 構(gòu)建褐煤溫和加氫聯(lián)產(chǎn)油 /芳烴 /酚新工藝，與單產(chǎn)油 工藝 相比經(jīng)濟效益提高 30%； （ 4） 發(fā)表學術(shù)刊物論文 25 篇，申請國家發(fā)明專利 2~3 項，培養(yǎng)博士生 3 名、碩士生 8 名。 承擔單位 ：煤炭科學研究總院 ，太原理工大學 課題負責人 ：李文博 課題參加人員 ： 馮杰、張曉靜、毛學鋒、王勇 經(jīng)費比例 ： % 課題 4. 中低階 煤熱解自由基反應(yīng)調(diào)控與油氣品質(zhì) 的 關(guān)系 研究內(nèi)容： (1) 預(yù)處理對煤結(jié)構(gòu)及熱解產(chǎn)物組成 的影響 考察 不同預(yù)處理方法（如水熱蒸汽、輕度加氫、溶劑溶脹和負載催化 劑等）對煤物理 性質(zhì) 和化學結(jié)構(gòu)的 影響 、 對 熱解自由基生成速率和油氣產(chǎn)物組成的影響，建立提高輕質(zhì)油氣產(chǎn)率的 新 方法 。 (2) 煤熱解定向轉(zhuǎn)化 的過程 調(diào)控 根據(jù)熱場中煤自由基 的 形成規(guī)律，考察 加熱介質(zhì)（氣 /固熱載體、外場） 、反應(yīng)氣氛（氫氣、水蒸汽、熱解氣） 、催化劑 和壓力 等 對熱解產(chǎn)物產(chǎn)率和組成的影響； 研究 反應(yīng)器中 氣固兩相流動 和 傳遞 行為 對熱解產(chǎn)物分布的影響 ；根據(jù)已獲取的煤熱解優(yōu)化條件，構(gòu)建 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)熱解反應(yīng)器中的流動、傳熱、傳質(zhì)和反應(yīng)速率的匹配調(diào)控 ；分析能量 效率 碳 污染物的變化規(guī)律。 (3) 煤定向熱解轉(zhuǎn)化制備油氣產(chǎn)品新過程與模 試 驗證 構(gòu)建實現(xiàn) 中低階 煤定向熱解轉(zhuǎn)化制備輕質(zhì)油氣的新工藝，支撐 700 t/a 的熱解中試研發(fā)。 預(yù)期目標： (1) 揭示煤 預(yù)處理 影響熱解產(chǎn)物性質(zhì)的本質(zhì)，掌握有效的預(yù)處理方法；掌握煤熱解反應(yīng)中的過程調(diào)控原理，形成調(diào)控方法， 實現(xiàn)提高油氣品質(zhì)和產(chǎn)率、抑制重質(zhì)組分生成的定向熱解轉(zhuǎn)化目標 ； 完成 煤處理量 700 t/a 的熱解裝置 的 中試驗證 ；與傳統(tǒng)技術(shù)路線相比 提高能效 1020%，降低水耗 2030%，減少 CO2排放 噸 /噸煤 ； (2) 發(fā)表 國內(nèi)外刊物 論文 40 篇，申請國家發(fā)明專利 5 項，撰寫中文專著 1 本，培養(yǎng)國家 級 中青年煤化工 專家 1 名，培養(yǎng)博士生 10 名 、 碩士生 10 名。 承擔單位 ：中國科學院過程工程研究所，華東理工大學 課題負責人 ：高士秋 課題參加人員 ：許光文 、 張德祥、田亞峻 、 潘鐵英 經(jīng)費比例 ： % 課題 5. 中低階 煤催化轉(zhuǎn)化制甲烷 和油 的反應(yīng)過程原理及 調(diào)控 研究內(nèi)容： (1) 煤與催化劑 的 相互作用機理 及催化劑回收原理 研究催化劑與煤 表 面的相互作用 、 煤低溫氧化或熱浸漬等預(yù)處理 方法 的影響 ； 認識 多組分催化劑 的 協(xié)同作用機理 及其 對煤中硫、氮化合物變遷規(guī)律的影響 ； 考察 不同狀態(tài)下 催化劑 的 形態(tài) 及 失活和損失 機理， 研究 催化劑回收方法 。 (2) 流化床中流場 與催化反應(yīng)及灰熔融 行為 的關(guān)系 考察 流化床中溫度、氣速、反應(yīng) 氣氛 、碳轉(zhuǎn)化率對顆粒流化及灰熔融行為的影響 。 (3) 催化 轉(zhuǎn)化 過程及反應(yīng)器的數(shù)學模擬 建立本征 反應(yīng) 動力學和宏觀反應(yīng)動力學模型， 揭示 反應(yīng)和流動對轉(zhuǎn)化率和選擇性的影響規(guī)律；研究系統(tǒng)中流動 和 傳遞規(guī)律，建立質(zhì)量 動量 熱量 催化反應(yīng) 的 耦合模型 ；分析 能量 效率 碳 污染物的逐級變化規(guī)律。 預(yù)期目標： (1) 揭示 決定 催化劑性能的關(guān)鍵因素及催化劑的協(xié)同作用機理，指導催化劑的設(shè)計； 闡明 流場 與 催化 轉(zhuǎn)化、 催化劑與灰熔融 間 的關(guān)系 ，揭示 催化劑失活和損失的機理， 掌握催化劑 回收 的有效方法 ； 形成 煤反應(yīng)模型， 指導 反應(yīng)器放大和優(yōu)化 ；達到甲烷收率 30%、油收率 10%，與氣化合成路線相比熱效率提高 10%； (2) 發(fā)表 國內(nèi)外刊物 論文 25 篇， 申請國家發(fā)明 專利 68 項，培養(yǎng) 博士生 4 名、碩士生 6 名。 承擔單位 ：新奧科技發(fā)展有限公司、中國科學院山西煤炭化學研究所 課題負責人 ：張紅梅 課題參加人員 ：畢繼誠、 李金來 、 張榮、李克忠 經(jīng)費比例 ： % 課題 6. 煤轉(zhuǎn)化殘焦 制備電石的低能耗 新 技術(shù)原理 研究內(nèi)容： (1) 煤分級轉(zhuǎn)化殘 焦 的物理化學性質(zhì) 及 其與 CaO 的高溫反應(yīng)原理 研究 各種分級轉(zhuǎn)化 殘 焦 的組成和 性質(zhì) ， 考察 其 對 電石生成 溫度和產(chǎn)率 的 影響 、 反應(yīng)溫度和氣氛對電石產(chǎn)率和反應(yīng)速率的影響 ； 考察 氧熱條件下傳遞、相變 和 反應(yīng) 的 復(fù)雜耦合關(guān)系 及灰分的作用 ， 認識 多相反應(yīng)機理 ； 提出 反應(yīng)過程 強化的有效方法 。 (2) 創(chuàng)建 新工藝和新反應(yīng)器構(gòu) 型 構(gòu)建低能耗電石生產(chǎn)新工藝 ，分析 能量 效率 碳 污染物的變化規(guī)律及 CO生成和 CO2減排特征 ；通過 實驗研究和計算機模擬 ，考察 反應(yīng)器 構(gòu)型和操作參數(shù) 與 物料 流動 和混合 特性的關(guān)系， 提出高效反應(yīng)器設(shè)計概念 。在 中試 裝置（ 600 t/a）上進行試驗評價 ，優(yōu)化反應(yīng)器 設(shè)計 和工藝系統(tǒng)。 (3) 分級轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中“能量 效率 碳 污染物”變化規(guī)律分析與評 價 基于本項目其它課題的進展，構(gòu)建中低階煤 分級轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)低碳燃料和化學品系統(tǒng)，分析評價各個系統(tǒng)中“能量 效率 碳 污染物”的變化規(guī)律。 預(yù)期目標： (1) 揭示殘 焦 與 CaO 的高溫反應(yīng)機理， 提出過程強化的有效方法；認識反應(yīng)器中復(fù)雜反應(yīng)和傳遞過程的 耦合 特征， 形成 電石生產(chǎn)新工藝 和 新型反應(yīng)器， 支撐 中試驗證 ；與傳統(tǒng)電弧法相比，提高熱效率 30%； (2) 發(fā)表國內(nèi)外刊物論文 35 篇，申請和授權(quán)發(fā)明專利 4 項， 培養(yǎng) 博士生 5 名、碩士生 10 名。 承擔單位 ：北京化工大學 課題負責人 ： 劉振宇 課題參加人員 ：吳衛(wèi)澤、鄭丹星、劉清雅、 劉輝 經(jīng)費比例 ： % 課題間的關(guān)系 課題以及課題之間的關(guān)系如圖 3 和 4 所示。其中課題 1 和 2（部分）屬于共性基礎(chǔ)問題研究， 重點 從分子水平上認識 中低階 煤中非共價鍵和弱共價鍵的結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建 其 集總化學結(jié)構(gòu)模型 ， 形成中低階 煤分級轉(zhuǎn)化本征反應(yīng)的表征手段和理論分析方法 ，揭示 非共價鍵和弱共價鍵在熱場中的解離原理和 自由基形成規(guī)律，認識自由基反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ； 課題 25 重點研究不同溫度下 中低階 煤中弱鍵合結(jié)構(gòu) 的 變化及其與低碳組分提取過程中的核心化學反應(yīng)的關(guān)系 ，認識 傳遞過程的影響， 發(fā)展 中低階 煤分級轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)液 /氣燃料和化學品的過程調(diào)控 原理和方法，認識 高效催化劑制備和復(fù)雜液體產(chǎn)物分離原理，在褐煤熱溶與加氫 聯(lián)產(chǎn)油和化學品 方面形成 新技術(shù) ，在褐 /煙煤熱解 和催化轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)油 /氣 方面形成新技術(shù) 并 完成中試驗證 ； 課題 6 重點 認識煤 分級 轉(zhuǎn)化殘焦的組成結(jié)構(gòu)，揭示殘焦與氧化鈣的高溫反應(yīng)機理，創(chuàng)建低能耗氧熱法電石生產(chǎn)新技術(shù)， 揭示 中低階 煤分級轉(zhuǎn)化 聯(lián)產(chǎn)液/氣燃料和化學品 過程中 “ 化學反應(yīng) 傳遞 催化轉(zhuǎn)化 ” 等復(fù)雜過程的耦合行為 、反應(yīng)器理論、“能量 效率 碳 污染物”的逐級變化規(guī)律，提出過程強化和 CO2/污染物減排策略 ，形成理論和技術(shù)體系，構(gòu)建高效率、高效益、低排放的新工藝 路線 。可以看出，課題設(shè)置在全面貫穿共性基礎(chǔ)理論研究的同時， 解決中低階煤 分級轉(zhuǎn)化 聯(lián)產(chǎn) 低碳 燃料和化學品 及殘焦利用 過程中的具體問題 ，形成了理論知識支持技術(shù)研發(fā)的有機體。 圖 3. 課題 之 間的 關(guān)系 圖 4. 課題間 的 有機聯(lián)系 及創(chuàng)新性 四、年度計劃 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標 第 一 年 1） 實驗設(shè)施的 建立 和完善， 實驗方法 的驗證 ； 2） 多種 中低階煤 的組成結(jié)構(gòu)分析，形貌及 光譜特征 ，表面性質(zhì)與催化劑分散的關(guān)系； 3） 煤常溫分級萃取、溫和加氫及熱解等過程特征及產(chǎn)物分析； 4） 多種過程的催化劑性能調(diào)控，反應(yīng)過程、反應(yīng)動力學 和機理、灰的組成及熔融行為； 5） 液體產(chǎn)物 分析和評價方法 ，油和酚的 相平衡 ，新型萃取劑合成； 6） 1t/d 規(guī)模 氣化爐 的 數(shù)值模擬 ，考察爐內(nèi)溫度場、流場和物料分布 7） 殘焦 組成 和 性質(zhì) 與 電石 生產(chǎn)反應(yīng)的關(guān)系，電石制備 反應(yīng)器 的 概念設(shè)計 及過程分析。 1） 完成 相關(guān) 儀器設(shè)備 和反應(yīng) 系統(tǒng)的建立 、 調(diào)試 和驗證；建立 在分子水平研究煤轉(zhuǎn)化本 征動力學的 手段和方法 ， 2） 完成煤樣的選擇，認識所用煤種在多種分級轉(zhuǎn)化過程中的轉(zhuǎn)化行為及產(chǎn)物分析 ； 3） 完成 溫和加氫液化催化劑的設(shè)計 ， 揭示催化劑性質(zhì)與活性的關(guān)系； 4） 認識催化氣化中單組分催化劑的 反應(yīng)動力學 ，建立 堿金屬鹽與煤灰 三相熔融相圖 ； 5） 獲得 1t/d 規(guī)模 氣化爐 中 流場、溫度場、氣體組分 信息； 6） 認識電石制備原料物性與反應(yīng)的關(guān)系， 建立反應(yīng)器概念設(shè)計模型 ，完成電石生產(chǎn)新工藝中能量碳 污染物 CO2的變化分析。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標 第 二 年 1） 多 種煤樣 的 大分子團簇分離 和表征； 研究分析煤結(jié)構(gòu)的成鍵情況和熱解條件的關(guān)系 ； 2） 萃余煤的變溫熱溶 及 二元溶劑的萃取行為，熱溶物和不溶物的分析； 3） 褐煤 加氫催化劑活性的調(diào)控，條件優(yōu)化，反應(yīng)機理和動力學； 4） 酚分離的 萃取劑 及 萃取體系 混合物的物理化學特性和穩(wěn)定性 ； 5） 多段分級熱解 過程， 輕度加氫和溶劑溶脹 對煤結(jié)構(gòu) 和熱解行為的 影響 ； 6） 催化劑分散性和氣氛對催化熱解的作用，催化劑在熱解中的轉(zhuǎn)化及回收方法，不同條件下 灰 的熔融行為 ； 7） 殘焦和氧化鈣反應(yīng)生成電石過程中物料的相態(tài)變化及其與轉(zhuǎn)化率和選擇性的關(guān)系，反應(yīng)機理，傳遞參數(shù) ； 8） 百噸級 煤制天然氣的反應(yīng)器 模擬 ； 煤 熱解制油 過程分析 。 1） 得到 多 種煤樣的大分子團簇 ，進行 同步輻射 分子束質(zhì)譜 以及動力學分析實驗 ， 認識 煤結(jié)構(gòu) 在 熱解過程 中的 變化規(guī)律 ； 2） 揭示萃余煤的 熱溶規(guī)律， 了解 熱溶物 和 不溶物的組成結(jié)構(gòu)信息，認識 不溶物的 轉(zhuǎn)化行為； 3） 確定 褐煤加氫液化新 催化劑 的制備工藝和條件，揭示反應(yīng)機理；掌握酚萃取劑配方、 構(gòu) 建離子液體與油 /酚 物理性質(zhì)預(yù)測模型 ； 4） 揭示 多段 熱解 、煤預(yù)處理、催化劑等對 油氣產(chǎn)率和品質(zhì) 的影響規(guī)律；認識多段反應(yīng)間的相互影響、催化劑的變遷與回收條件，完成 鉀 鹽與煤灰熔融特性研究 ；認識多級流化床中的 流場 分布，提出和驗證流化床放大理論； 5） 認識電石制備過程中物料的相態(tài)變化規(guī)律、副反應(yīng)發(fā)生的條件和控制方法，提出反應(yīng)機理；獲取 一種反應(yīng)器 中的 傳遞參數(shù) ，完成熱解與電石生產(chǎn)耦合工藝的能量 碳 污染物 變遷 的 分析； 6） 前兩年發(fā)表學術(shù)刊物論文 4560篇，申請 /授權(quán)發(fā)明專利 1113 件，培養(yǎng)研究生 1216 名。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標 第 三 年 1） 煤及熱解中間產(chǎn)物 在不同條件下反應(yīng)的原位 定量分析 ， 自由基、中間體與反應(yīng)產(chǎn)物的形成規(guī)律，煤中 CN和 CO鍵 熱解機理 的量子化學計算； 2） 煤熱萃取不溶物的催化加氫裂解和溫和氧化解聚行為 ； 3） 連續(xù)裝置中 褐煤 的 溫和加氫液化及催化劑的評價；芳烴萃取劑的篩選、萃取相平衡； 連續(xù)化 酚 萃取分離 、 粗酚萃取溶劑回收及過程熱效應(yīng)研究； 4） 煤 熱解產(chǎn)物的二次催化裂解 及催化劑 對熱解產(chǎn)物分布 的影響；催化反應(yīng)動力學研究及催化劑回收方法； 5） 1 t/d 規(guī)模的 熱態(tài)實驗平臺 上考察多組分催化劑對 灰熔融行為的影響 ； 工業(yè)示范