【正文】 測試的先進儀器及從實驗室到工業(yè)規(guī)模的在線測試裝置，這在硬件上保證了本項目的順利實施和完成； (3) 研究隊伍聚集了國內煤化學化工、催化基礎理論、合成氣化學、以及大規(guī)模煤化工技術產業(yè)化的多家研究單位的優(yōu)勢力量，包括： 1 個國家實驗室（北京分子科學國家實驗室（籌））、 3 個國家重點實驗室 (煤轉化、羰基合成與選擇氧化、分子動態(tài)與穩(wěn)態(tài)結構國家重點實驗室 )、 1 個國家工程實驗室（煤炭間接液 化國家工程實驗室）和 2 個部委級重點實驗室（有機光電子與分子工程教育部重點實驗室、上海市綠色化學與化工過程綠色化重點實驗室）， 涵蓋 4 個國家重點學科 (化學工藝、物理化學、無機化學、有機化學 )， 體現(xiàn)了能源與化工學科的交叉融合； (4) 項目負責單位中國科學院山西煤炭化學研究所是中國科學院唯一從事煤炭基礎和技術研究的研究所，煤轉化國家重點實驗室也是科技部唯一專門從事煤轉化過程研究的國家重點實驗室， 長期開展煤的熱化學轉化、煤基液體燃料與化學品合成及相關新材料制備等過程中的關鍵科學和工程技術問題的研究，在煤的低溫干餾、 FT 合成 、甲醇定向轉化、理論計算和過程模擬方面有深厚的工作基礎。 承擔單位： 華東師范大學，中國科學院山西煤炭化學研究所 課題負責人： 路 勇 主要學術骨干： 樊衛(wèi)斌，劉月 明，李俊汾，吳海虹 經(jīng)費比例： 16% 課題 4：甲醇制清潔柴油調和組分的催化與工藝基礎 預期目標： 闡明離子液體催化合成清潔油品調和組分選擇性控制與催化劑組成、結構和工藝條件的內在聯(lián)系，在此基礎上開發(fā)出性能優(yōu)良的甲醇出發(fā)合成清潔油品組分的催化劑，建立完善功能化離子液體催化理論與實驗體系，完成純度、質量穩(wěn)定可大規(guī)模生產的功能化離子液體制備技術，以及功能化離子液體催化合成聚甲氧基二甲醚（ DMM38）過程強化工藝基礎研究和中試，形成擁有自主知識產權的功能化離子液體催化合成清潔油品新技術。 課題 6：褐煤分 級轉化若干關鍵過程的理論計算與模擬 針對褐煤分級轉化過程中的關鍵化學反應和催化劑，在原子分子水平上研究催化劑表面組成、結構等對反應活性的影響、甄別反應中間體、探討過渡態(tài)轉化途徑等，為催化劑設計提供相應的理論基礎。 CO25 烴褐煤輕油CH4CO2合成氣半焦殘渣H2柴 油石腦油L P G甲醇酸催化離子液體催化柴油調和組分醇合成FT 合成氣化精制烯 烴芳 烴汽 油二甲醚部分加氫12 346 圖 3 課題設置及相互間關系 課題 1： 褐 煤分級液化的化學與工程基礎 主要解決褐煤大規(guī)模轉化制液體燃料和化學品的化學基礎與工程問題，如褐煤的結構、組成和微孔特征及其與加氫活性之間的關系、褐煤部分加氫液化過程中供氫溶劑與催化劑的匹配關系、分級轉化各組成單元之間的能量梯級利用等。其 特點如下： (1) 利用全系統(tǒng) 不同階段的反應熱，將褐煤梯級加熱至 430 oC，褐煤脫水得到的水蒸汽 進入余熱鍋爐回收， 通過部分加氫液化得到一部分輕質油品和燃氣； (2) 加氫后的高活性半焦殘渣，氣化得到合成氣，進入 FT/甲醇合成單元。 三、研究方案 1. 總體學術思路 褐煤約占我國煤炭儲量的 13%（ 1300 億噸），其特點是水分高（ 10–50％）、熱 值低，發(fā)電和氣化效率低，但煤化程度低，揮發(fā)分高，具有較高的加氫活性。 CO2烴褐 煤輕油CH4CO2合成氣渣漿H2汽柴油石腦油L P G甲醇酸催化離子液體催化柴油調和組分醇合成FT 合成氣 化精 制烯 烴芳 烴汽 油二甲醚部分加氫重 整 圖 1 褐煤潔凈高效轉化為液體燃料和化學品的總體學術思路 首先將褐煤在較溫和條件下部分加氫，得到一部分輕質油品；加氫后的半焦殘渣經(jīng)氣化制合成氣，可減少褐煤直接干燥所需要的能耗；氣化與 FT 合成過程中產生的高濃 度 CO2和甲烷重整制合成氣，進入體系循環(huán)利用。同時探索 CO2催化轉化為碳酸酯等精細化學品的新過程。這些問題的解決，可望為低溫水相 FT合成技術的工業(yè)化轉移掃清障礙，使褐煤經(jīng) FT合成轉化為液體燃料的整個過程變得更為經(jīng)濟、高效。 主要研究內容： (1) 我國 典型的高水分、高揮發(fā)分褐煤的微孔結構特征、化學組成、羧基和羥基等含氧官能團及氫鍵的分布及調控規(guī)律， 揭示褐煤的物理結構和化學組成與煤中水分含量的內在關系及水分的脫除規(guī)律； (2) 褐煤與供氫溶劑的部分加氫性能，以及富氫油品的形成機理；通過研究溶劑中各組分間的相互作用，結合模型溶劑供氫能力的理論計算和實驗驗證結果，選擇合適的反應溶劑，開發(fā)與具體過程相適應的高活性催化劑； (3) 褐煤部分加氫后含碳殘渣的物化性質及氣化特性與加氫程度的關系，設計與之相應的氣化過程以及對合成氣組成進行調控的方案；分析富氫油品的化學組成，研究部分加氫油品與 FT 合成油品的調配，以獲得符合國家標準的高等級油品； (4) 研究高活性和高穩(wěn)定性的 FT 合成催化劑， 全面提升催化劑的反應性能，優(yōu)化產物分布，進行工藝條件優(yōu)化和過程強化，提高整個系統(tǒng)的能量利用效率，形成工藝軟件包，并在示范裝置上進行驗證。 主要研究內容： (1) 采用具有納米結構的高 導熱性 耐高溫載體（如 CaOZrO MgOZrO MgO Al2O Al2O3AlN、 ZrO2AlN、 SiC 等），研究抗燒結、抗積碳的載體及Ni 催化劑的制備及改性方法； (2) 考察 Ni 基催化劑在 CO2重整甲烷反應中的催化行為和特點，考察 CH CO、H O H2O 在 Ni 基催化劑 上吸附活化的規(guī)律，研究催化劑的結構 和體相/表面性質 、 金屬和載體之間的相互作用、尺寸匹配效應及界面 協(xié)同效應對反應中催化劑的 積碳 /消碳自循環(huán)以及催化劑穩(wěn)定性的影響規(guī)律； (3) 考察 Ni 基催化劑上積碳形成的機制、 研究催化劑表面積碳的結構、形態(tài)、含量與催化劑穩(wěn)定性之間的關系， 深入認識反應機理，研究抗積碳、抗燒結催化劑穩(wěn)定的作用機制，研制具有高活性、高選擇性和高穩(wěn)定性的 Ni 基催化劑體系。 揭示褐煤的物理結構和化學組成與煤中水分含量的內在關系及水分的脫除規(guī)律；獲得 C1 定向轉化催化劑的優(yōu)化制備條件，揭示其影響催化性能的本質原因；闡明 FT 合成鐵基催化劑的 表面結構和性質以及 C–C、C–H 和 C–OH 鍵的形成機理 。 第 四 年 研制與褐煤分級液化相匹配的高活性和高穩(wěn)定性 FT 合成催化劑，優(yōu)化工藝條件和產物分布，并在中試裝置上初步驗證褐煤部分加氫液化與 FT 合成的匹配性；深入研究 C1 定向轉化催化劑的穩(wěn)定性和失活行為， 烴池物種的形成過程及其對甲醇轉化反應路徑的影響規(guī)律；量化計算研究功能 離子液體結構、活性中心、反應過渡態(tài)和活化能的變化規(guī)律。 其成功實施的核心在于解決好如下關鍵科學問題： 1. 褐煤分級液化與高效轉化的化學基礎 (1) 褐煤有限脫水、部分加氫液化及殘渣氣化特性與褐煤結構、化學組成的內在關系； (2) 氣 液 固三相共存條件下褐煤與供氫溶劑、加氫催化劑之間的相互作用機 制和氫在油煤漿體系中的擴散與傳遞規(guī)律； (3) 部分加氫液化油品性質與褐煤組成、結構和加氫條件的依存關系，及其與 FT 油的混調。 （二）五年預期目標 闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)的 水稻、小麥、玉米共 40~50 個 骨干親本中重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的演變趨勢，構建 水稻、小麥、玉米 骨干親本 的 基礎 遺傳 圖譜各 1 個 ， 為基于全基因組分子設計育種提供依據(jù) 。 （二）技術途徑 遺傳效應 利用 精細 QTL 分析 QTL、 eQTL 分析等 測序、表達分析等 精細定位、圖位克隆 測序、生物信息學等 QTL 定位、關聯(lián)分析等 近等基因導入系 重組近交系等 骨干親本 衍生品種 ＋ 重要基因組區(qū)段 因組區(qū)域 優(yōu)異基因簇 關鍵基因 優(yōu)異等位基因 一般配合力 候選骨干親本篩選與創(chuàng)制 候選骨干親本的分子設計理論 （三）創(chuàng)新點和特色 項目創(chuàng)新點 （ 1）從 表型組學、基因組學、作物育種學、生物信息學等多學科、多層次對水稻、小麥和玉米三種主要糧食作物骨干親本形成與利用的遺傳基礎進行系統(tǒng)研究，在國內外尚屬首次；有關問題的解決，有利于進一步強化我國在農作物基礎理論和應用研究方面的原始創(chuàng) 新 。 （ 1）工作基礎保障： 通過執(zhí)行 國家 973 計劃項目《主要農作物骨干親本遺傳構成和利用效應的基礎研究》（ 20xxCB101700），我們不僅建立了骨干親本研究的完整學術思路，而且基本明確了骨干親本的第一個關鍵科學問題 ―遺傳構成 ‖，并在技術方法、 研究材料（如遺傳分析群體、品種群體、近等基因系或導入系群體等）以及人才等方面， 為本項目的實施奠定了堅實的基礎。 骨干親本重要基因組區(qū)段、關鍵基因及其組合方式的遺傳效應分析 以典型骨干親本為基礎構建不同類型遺傳分析群體為材料 ， 開展多個生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以 對骨干親本中與產量性狀密切相關的基因組區(qū)段、關鍵基因 和基因序列變異 /等位基因及其組合方式進行系統(tǒng)的功能分析，闡明其選擇與遺傳效應 ，重點闡明 骨干親本的基礎 遺傳 圖譜 內的 基因組區(qū)段、關鍵基因 和基因序列變異 /等位基因 的育種效應 。 篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10 年 水稻、小麥、玉米 等糧食作物育種具有重要促進作用的候選骨干親本 1 個，并通過育種實踐 驗證 。 預期目標： 獲得 不同時期、不同生態(tài)區(qū)的 水稻、小麥、玉米共 40~50 個 骨干親本 及其衍生品種的基因型鑒定數(shù)據(jù)和 1 年多點表型鑒定數(shù)據(jù)。 骨干親本重要基因組區(qū)段、關鍵基因及其組合方式的遺傳效應分析 以典型骨干親本為基礎構建不同類型遺傳分析群體為材料 ， 開展多個生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以 對骨干親本中與產量性狀密切相關的基因組區(qū)段、關鍵基因 和基因序列變異 /等位基因及其組合方式進行系統(tǒng)的功能分析，闡明其選擇與遺傳效應 ，重點闡明 骨干親本的基礎 遺傳 圖譜 內的 基因組區(qū)段、關鍵基因 和基因序列變異 /等位基因 的育種效應 。 篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10 年 水稻、小麥、玉米 等糧食作物育種具有重要促進作用的候選骨干親本 1 個，并通過育種實踐 驗證 。 預期目標： 初步 闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)的 水稻、小麥、玉米共 40~50 個 骨干親本中重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的演變趨勢，構建 水稻、小麥、玉米 骨干親本 的 基礎 遺傳 圖譜各 1 個。 骨干親本重要基因組區(qū)段、關鍵基因及其組合方式的遺傳效應分析 在解析骨干親本形成中發(fā)揮關鍵作用的基因組區(qū)段的基礎上，以典型骨干親本為基礎構建不同類型遺傳分析群體為材料，對骨干親本中與產量性狀密切相關的基因組區(qū)段、關鍵基因 和基因序列變異 /等位基因及其組合方式進行系統(tǒng)的功能分析，闡明其選擇與遺傳效應 ，重點闡明 骨干親本的基礎 遺傳 圖譜 內的 基因組區(qū)段、關鍵基因 和基因序列變異 /等位基因 的育種效應 ；發(fā)掘對實現(xiàn)未來育種目標具有重要價值的 關鍵 基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因。 篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10 年 水稻、小麥、玉米 等糧食作物育種具有重要促進作用的候選骨干親本 1~2 個，并通過育種 實踐 驗證 ，為創(chuàng)立骨干親本育種理論奠定基礎。