【正文】 (2)認識超臨界狀態(tài)下重油分子群相間轉(zhuǎn)移配分的規(guī)律，建立分子熱力學模型，克服假組分熱力學模型的局限性，指導梯級分離體系的優(yōu)選。為此，需要認識以下幾個方面的基礎問題： (1)建立重油分子層次組成、結(jié)構(gòu)和物理化學性質(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)、物理化學性質(zhì)預測模型，突破重油平均結(jié)構(gòu)描述的局限。主要研究內(nèi)容為： (1)建立將重油化學向分子層次推進的重油組成－結(jié)構(gòu)－物理化學性質(zhì)分析表征的成套方法，系統(tǒng)揭示重油組成－結(jié)構(gòu)－物理化學性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)系。因此，獲得高選擇性的分離溶劑體系、提高梯級分離過程的萃取效率及殘渣與溶劑的分離效率、實現(xiàn)萃余殘渣的綜合利用就成為重 油梯級分離過程開發(fā)必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。 針對上述問題的解決，設置“重油梯級分離過程的放大規(guī)律與設計方法”和“重油殘渣氣化制氫過程的放大規(guī)律與設計方法” 2個課題。 (4)揭示引入異性顆粒改善流化性能的協(xié)同作用機制和調(diào)控規(guī)律，通過冷模、數(shù)值模擬和實驗研究結(jié)合的方法建立提升管燃燒和湍動床氣化相耦合的重油殘渣氣化制氫過程放大設計方法，為重油殘渣氣化制氫過程的工業(yè)應用奠定基礎。 (3)根據(jù)清潔燃料標準對車用燃料中硫、氮等雜原子化合物和烯烴、芳烴等烴類化合物含量不斷嚴格的控制要求和提高燃燒性能對烴類組成的改進要求，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，實現(xiàn)重油加工產(chǎn)品的清潔化。 (3)基于對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計方法。 (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 1~2種可工業(yè)化的石油烴類定向轉(zhuǎn)化催化劑。 、“產(chǎn)學研”緊密結(jié)合的重油高效潔凈轉(zhuǎn)化利用研究團隊，培養(yǎng)具有綜合研究能力的重油加工基礎理論研究和應用技術(shù)開發(fā)學術(shù)帶頭人隊伍，為我國石油加工工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定人才基礎。 ，形成一支在國內(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。為此，本項目將按照“深化認識，突出創(chuàng)新，強化集成”的總體思路開展研究： ：以推進重油化學向分子層次發(fā)展為目標，結(jié)合項目面向的國家重大需求，在實現(xiàn)重油復雜體系無破壞性分離分析的基礎上，重點闡明重油中“可轉(zhuǎn)化”和“不可轉(zhuǎn)化”分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其在不同沸點窄餾分中的分布規(guī)律，了解其在梯級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、組分間相互作用強度及活性相粒子形貌和尺寸調(diào)變的催化劑設計理論和制備方法，為重油的高效潔凈轉(zhuǎn)化奠定理論基礎。 ，圍繞梯級分離過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，開展超臨界流體萃取體系的優(yōu)化、傳質(zhì)過程的強化以及噴霧造粒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，建立梯級分離過程及其關(guān)鍵裝備的設計放大方法。類似的研究思路國外在 2020年才正式提出，而本項目從上一期即開始實施。進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性能的實驗研究和分子模擬，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“可轉(zhuǎn)化”分子催化轉(zhuǎn)化行為的影響，從而為重油梯級分離過程的開發(fā)和重油高效潔凈轉(zhuǎn)化催化劑的設計和制備提供理論基礎。 ，上一期 973項目已在殘渣性質(zhì) 、流化狀態(tài)和輸送方法等方面進行了初步的研究，發(fā)展了通過加入助流化顆粒改善殘渣流化和輸送性能的方法，且承擔“重油殘渣氣化制氫過程的放大規(guī)律與設計方法”課題的兩個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。 (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)化化學研究， 改進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 /分子力學方法確定分子篩催化劑活性中心的位置。 (1)針對不同性質(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)濟用量 。 (1)獲得原料油分子結(jié)構(gòu)特性、反應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 。 規(guī)律與設計方法方面： (1)研究不同條件對重油殘渣熱解反應的影響規(guī)律 。 (3)獲得石英砂 和 FCC 顆粒 最佳引入比例 ， 完成 “助流化劑 +重油殘渣 ”異性 顆粒體系湍流床 氣化反應器 大型冷模 實驗 裝置的設計 。 (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 。 方法方面： (1)在實驗室連續(xù)梯級分離裝置上優(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，研究重油梯級分離過程的熱力學模 型； (2)建設重油多級梯級分離裝置，采用實驗和數(shù)值模擬方法考察助流劑及其與萃余殘渣二元顆粒的流化、汽提性能； (3)建設旋風分離器實驗裝置，開展大差異二元顆粒體系分離性能及放大規(guī)律的實驗研究； (4)對閃蒸過程中戊烷的降壓和汽化進行實驗研究，對噴霧射流的流場進行測量；測量造粒塔內(nèi)流動過程的速度場和分離特性，驗證和改善所建立多相流動分區(qū)模型和算法，為過程放大做好準備。 (3)在 SCI源期刊上發(fā)表論文 5篇，申請發(fā)明專利 2件。 (1)掌握熱解條件對殘渣物理結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，獲得殘渣熱解氣的氣化反應特性；建立殘渣熱解和氣化的熱力學和動力學；獲得溫度、壓力和氣氛對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 實驗 裝置的設計 ， 獲得操作條件對 “助流化劑 +重油殘渣 ”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模型 。 (1)獲得原料預改質(zhì)的優(yōu)化工藝條件及較先進的靜態(tài)混合器，提高超臨界流體萃取分離的效率； (2)確定適合于萃余殘渣氣力及機械輸送的工藝 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，申請發(fā)明專利 2件 年度 研究內(nèi)容 預期目標 第 三 年 礎方面： (1)進行 納米粒子間相互作用機制 的 探索研究 ， 完 成 動力學研究， 掌握各種操作條件 對反應速率的影響規(guī)律， 建立催化劑 失活動力學和產(chǎn)物分布 的 預測模型 ；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β分子篩、原 位晶化ZSM5等分子篩、大孔活性氧化鋁、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，進行放大催化劑 的 1000 h穩(wěn)定性實驗；完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。 年度 研究內(nèi)容 預期目標 第 四 年 面： (1)在模型催化劑上進行重油超臨界流體萃取窄餾分的催化轉(zhuǎn)化性能研究； (2)采用分子模擬和實驗研究相結(jié)合的方法闡明重油分子在催化劑上的吸附、擴散及反應行為， 研究重油特征分子在催化轉(zhuǎn)化過程中金屬物種的分布、遷移和反應規(guī)律； (3)將量子力學 /分子力學方法拓展到加氫脫金屬反應過程，研究其催化反應機理。 (1)初步建立催化劑關(guān)鍵制備過程的數(shù)學模型 ，研制出重脫殘渣油加氫脫金屬和脫硫催化劑，達到工業(yè)化條件或進 行工業(yè)應用試驗； (2)完成 1~2 種高性能重油催化裂化催化劑的工業(yè)化生產(chǎn)； (3) 建立 FCC汽油加氫反應動力學和催化劑的失活動力學，通過流程模擬實現(xiàn)加氫改質(zhì)工藝的優(yōu)化配置；形成非負載型柴油加氫催化劑的制備技術(shù)、完成催化劑的噸級放大試驗并進行催化劑的活性穩(wěn)定性評價試驗； (4)在 SCI源期刊上 發(fā)表論文 18~20篇，申請專利 16~20件 ； (5)總結(jié)研究工作，提交總結(jié)報告。 (1)建立重油分子層次的 組成、 結(jié)構(gòu) 、性 質(zhì) 之間 定量關(guān)系 和 重油分子的轉(zhuǎn)化規(guī)律與其結(jié)構(gòu) 之間的 關(guān)系 ； (2)在 SCI源期刊上發(fā)表論文 10篇，申請發(fā)明專利 1件 ； (3)總結(jié)研究工作，提交總結(jié)報告。 (1)開發(fā)出重脫殘渣油加氫脫氮和加氫裂化催化劑，進行示范和或工業(yè)應用試驗； 發(fā)展重脫殘渣油加氫處理新工藝 ， 確定催化劑級配裝填方案和最優(yōu)的工藝條件 ； (2)獲得加氫反應器中的流體流動分布規(guī)律，獲得優(yōu)化的反應器模型參數(shù)，探索建立催化劑和反應器的設計和放大方法；獲得適合原料、目標產(chǎn)品的工藝流程和催化劑級配方式； (3)形成清潔柴油生產(chǎn)的系列催化劑及其工業(yè)應用技術(shù)； (4)發(fā)表 SCI收錄論文 15~20篇，申請專利 8~12項； (5)總結(jié)研究工作，提交總結(jié)報告