【正文】 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(guò)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)。 (二 )重油梯級(jí)分離和殘?jiān)鼩饣^(guò)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)?，并根?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。 (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)。 (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) 3~4種可工業(yè)化催化劑，發(fā)展重脫殘?jiān)图託涮幚硇鹿に嚒? “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，為實(shí)現(xiàn)占我國(guó)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。 表 本期 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(wú)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(guò)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^(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)程和重油 殘?jiān)鼩饣^(guò)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(guò)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(guò)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^(guò)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 ，本項(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(guò)程的跨越。 (三 )創(chuàng)新性及特色 、釕離子選擇性催化氧化 (RICO)、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(guò)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。 ，上一期 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(kāi)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(zhǎng)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)。 方法方面： (1)研究適合于烴類(lèi)－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(guò)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。 (4)在 SCI源期刊上發(fā)表論文 20~25篇，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利 10~15件。 (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(lèi)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。 (3)開(kāi)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(guò)濾分離實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) 。 計(jì)方法方面： (1)開(kāi)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(guò)濾分離實(shí)驗(yàn)裝置，研究大差異二元顆粒的過(guò)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(kāi)發(fā)可以延緩閃蒸過(guò)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(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題和原因。 (1)優(yōu)化確定引入物流的種類(lèi)、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(guò)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(guò)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(zhuān)利 3件 年度 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 四 年 礎(chǔ)方面： (1)探尋催化劑關(guān)鍵制備過(guò)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(guò)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(guò)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。 年度 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 五 年 方 面： (1)加氫脫氮和加氫裂化催化劑 制備和性能評(píng)價(jià)放大的研究 ；系列催化劑級(jí)配裝填方案和反應(yīng)條件優(yōu)化研究； 反應(yīng)器新構(gòu)型設(shè)計(jì)試驗(yàn) ； (2) 對(duì)本課題形成的新理論、新技術(shù)、新材料進(jìn)行集成提煉，并在工業(yè)應(yīng)用效果的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善和修訂，構(gòu)建高性能重油轉(zhuǎn)化催化裂化催化劑設(shè)計(jì)的創(chuàng)新平臺(tái)； (3)基于冷模實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)考察催化劑構(gòu)型、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和流動(dòng)參數(shù)對(duì)反應(yīng)器流體力學(xué)性能的影響；結(jié)合催化劑穩(wěn)定性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)研究加氫脫硫和辛烷值恢復(fù)兩段工藝的反應(yīng)器模型； (4)開(kāi)展硫化型或非負(fù)載型催化劑用于柴油加氫的反應(yīng)工藝與工程研究，獲得適合原料 、目標(biāo)產(chǎn)品要求的工藝流程和催化劑級(jí)配方式，進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。 設(shè)計(jì)方法方面： (1)對(duì) “助流化劑 +重油 殘?jiān)?”湍流床 氣化反應(yīng)器和 “助流化劑 +氣化灰渣 ”耦合流化床燃燒器 結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化； (2)建立重油殘?jiān)鼩饣?灰渣燃燒過(guò)程綜合數(shù)值模型，并基于數(shù)值模擬分析結(jié)果進(jìn)行重油殘?jiān)鼩饣茪涔に嚰夹g(shù)概念設(shè)計(jì)及核算。 設(shè)計(jì)方法方面： (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)采用雙流體模型，數(shù)值模擬 “助流化劑 +氣化灰渣 ”異性顆粒體系的流化特性 ，建立重油殘?jiān)鼩饣茪溥^(guò)程綜合數(shù)值模型。 (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