【文章內容簡介】 中試裝置的系統(tǒng)配置和初步調試； C1定向催化轉化過程中反應物的吸附、活性中間體結構的形成及其演變規(guī)律，催化劑活性組分的變遷規(guī)律和催化劑的積碳行為；功能離子液體催化各類醇醛縮合反應的熱力學與動力學。 揭示褐煤部分加氫程度與油品性質及殘渣氣化活性的內在關系，為實現(xiàn)合理的褐煤熱化學裁剪提供依據(jù)；初步認識納米粒子 FT 合成、甲醇定向轉化和 CO2 甲烷重整反應催化作用機制和催化劑的失活行為；建立功能化離子液體催化醇醛縮合反應熱力學和動力學模型，為反應器計算與設計提供 理論依據(jù)。 發(fā)表論文 50–70 篇，申請專利 4–6 件。 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(chǎn)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。 形成褐煤分級液化工藝軟件包，打通 1 萬噸 /年褐煤分級液化中試流程， 提高整個系統(tǒng)的能量利用效率；深入認識納米粒子 FT 合成、 甲醇定向 轉化和 CO2甲烷重整催化反應機理，揭示催化劑的失活機制和再生行為，實現(xiàn)流動體系下費托反應的高效運行和預測功能離子液體的宏觀性質 ，制備具有良好催化性能的甲醇選擇性制烴類結構催化劑 。 發(fā)表論文 40–50 篇，申請專利 4–6 件。 年度 研究內容 預期目標 第 五 年 計算褐煤分級液化和 FT 合成中各個工藝流程單元的物料和能量供需， 進一步進行系統(tǒng)優(yōu)化和過程強化，完善褐煤分級液化中試裝置，并完成 1–2個不同褐煤的分級液化中試實驗；在前面研究的基礎上，進一步改進 C1 定向轉化催化劑的制備方法，優(yōu)化反應條件， 完善催化劑 表征和模擬計算數(shù)據(jù)； 對反應工藝進行流程和系統(tǒng)結構進行優(yōu)化； 撰寫項目研究報告，做好驗收準備 。 建立褐煤分級液化與 FT 合成過程的最優(yōu)單元模型和系統(tǒng)集總模型， 實現(xiàn)中試裝置穩(wěn)定運轉和 系統(tǒng)集成與優(yōu)化 ，得到合格油品；闡明 C1 定向轉化的催化反應機理，研制出性能優(yōu)良的 C1 定向轉化催化劑，完成萬噸級甲醇轉化制清潔柴油組分工藝設計軟件包，形成具有自主知識產(chǎn)權的納米 FT 合成和甲醇轉化制清潔柴油組分新技術，并實現(xiàn)甲醇制烴的選擇性調控 。 發(fā)表論文 40–50 篇，申請專利 3–5 件。 一、研究內容 從我國能源安全、資源結構特征和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略來看， 以資源優(yōu) 化利用和節(jié)能減排為宗旨，分級液化技術為先導、定向催化轉化技術為核心、過程優(yōu)化與系統(tǒng)集成為手段， 是褐煤潔凈高效轉化的技術路線。本項目 根據(jù)褐煤揮發(fā)分高、加氫反應活性好的特點，將直接液化和間接液化有機地結合起來，通過多聯(lián)產(chǎn)和系統(tǒng)強化提高褐煤轉化的能量利用效率，將褐煤潔凈高效轉化為液體燃料和化學品。 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。 2. C1 定向轉化的催化基礎 (1) 對于低溫水相 FT 合成過程，以 Fe、 Co 代替貴金屬 Ru 的關鍵在于要將兩者活性高的表面盡可能暴露，因此在催化劑制備過程中必須對其形貌進行控制；同時，要保證催化劑有足夠的穩(wěn)定性，必須選擇適宜的有機配體對納米粒子進行保護，以免在反應過程中發(fā)生形貌改變和粒子團聚； (2) 實現(xiàn)甲醇定向轉化為汽油、烯烴、芳烴等 油品和化學品 的關鍵在于控制其在分子篩酸性位上形成的中間體（烴池物種）結構和種 類，這就要求認識分子篩孔道結構和酸性特征與甲醇轉化中間體的關系、 C–O鍵到 C–C 鍵 的轉變 機制和反應路徑，并對此進行調控 ； (3) 甲醇制備清潔柴油組分 DMM38的關鍵在于研制催化性能良好的功能化 離子液體催化劑。這就需要 深入認識功能化 離子液體催化劑與反應物間的相互作用機制、反應過渡態(tài)結構及反應機理，以揭示影響反應活性、選擇性和穩(wěn)定性的本質。 3. 系統(tǒng)集成與優(yōu)化的化學工程基礎 (1) 褐煤部分加氫程度與油品性質和殘渣氣化特性的內在關系，為實現(xiàn)部分加氫液化與氣化過程的最佳匹配提供依據(jù)； (2) 部分加氫、殘渣氣化、 FT 合成、甲醇轉化各關鍵 轉化單元的物料與能量匹配關系及其傳熱、傳質規(guī)律，為實現(xiàn)全系統(tǒng)中能量的梯級利用和 CO2循環(huán)利用提供指導。 針對褐煤潔凈高效轉化過程中的關鍵問題，本項目擬從以下幾個方面展開研究： 1. 褐煤分級液化與高效轉化的化學基礎 (1) 我國典型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與調控規(guī)律，褐煤加氫活性與脫水程度等的內在關系； (2) 褐煤結構、化學組成和物化性質在熱轉化過程中的變化規(guī)律，揭示褐煤的脫水機理及影響褐煤分級液化活性的本質，闡明氣 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，篩選與褐煤加氫活性位相匹配的高效催化劑和供氫溶劑，實現(xiàn)對 褐煤熱解行為和加氫液化深度的調控 ； 2. C1 定向轉化的催化基礎 (1) 不同 Fe、 Co 前驅體分解產(chǎn)生納米粒子的機理，納米粒子不同表面與配體的絡合特性，反應過程中反應物和產(chǎn)物在保護劑的擴散行為，及其對納米粒子 FT 合成催化性能的影響； (2) 分子篩孔道結構、組成、形貌、酸性特征和吸脫附性能對甲醇轉化為烴類化合物選擇性和穩(wěn)定性的影響，反應中間體（烴池物種）結構和種類、 C–O 鍵到 C–C 鍵的轉變機制 、反應路徑和催化劑失活行為，以及不同形狀成型分子篩催 化劑的傳熱、傳質行為和反應物與產(chǎn)物的流動傳遞規(guī)律； (3) 不同結構、組成和形貌的功能化離子液體的物化性質、 相態(tài)變化規(guī)律及其 對三聚甲醛和甲醇縮合制 DMM38催化性能的影響，反應過程中離子液體的結構和過渡態(tài)的認識，以及規(guī)模化離子液體制備技術的研發(fā)。 3. 系統(tǒng)集成與優(yōu)化的化學工程基礎 (1) 褐煤分級液化中各關鍵轉化單元，包括脫水、部分加氫和高溫漿態(tài)床FT 合成等過程中的傳熱傳質特性和反應工程基礎，物料與能量匹配關系； (2) 采用計算與過程模擬方法，對 褐煤分級液化各關鍵單元的物流、能量供需進行分析，通過 系統(tǒng)集成與優(yōu)化 完善分級轉化 工藝路線，實現(xiàn)褐煤資源的潔凈轉化與能量的梯級利用 。 項目名稱： 主要糧食作物骨干親本遺傳效應和利用的基礎研究 首席科學家： 李立會 中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所 起止年限： 至 依托部門： 農(nóng)業(yè)部 二、預期目標 （一）總體目標 針對骨干親本在育種實踐中作用突出以及新時期育種目標的需求，在我們通過前一個 973 項目的研究，已基本明確了骨干親本第一個關鍵科學問題 ―遺傳構成 ‖的基礎上，本項目圍繞骨干親本的第二個關鍵科學問題 ―遺傳 與利用 效應 ‖，以水稻 、小麥、玉米等主要糧食骨干親本親本及其衍生的大面積推廣品種為基本研究材料，應用表型組學、基因組學、作物育種學、生物信息學等學科的理論和方法，闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)的水稻、小麥、玉米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 ，為基于全基因組分子設計育種提供依據(jù)； 闡明水稻、小麥、玉米骨干親本的基礎 遺傳 圖譜的遺傳與 育種 效應；發(fā)掘對實現(xiàn)水稻、小麥、玉米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 ； 闡明水稻、玉米的穗粒數(shù)、粒重等產(chǎn)量性狀 一般配合力的遺傳學基礎，并揭示一般配合力對骨干親本形成的作用以及骨干親本能夠衍生出大量主栽品種的生物學基礎 ；闡明控制一般配合力基因組區(qū)段與 骨干親本的基礎 遺傳 圖譜 的關系；建立 水稻、小麥、玉米 候選骨干親本選育以及最佳親本組配的分子設計模型 ；提出綜合評估候選骨干親本和改良現(xiàn)有骨干親本的技術方法，指導并提高親本組配和育種效率 ； 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，并通過育種實踐 驗證 ，為創(chuàng)立骨干親本育種理論、培育新時期需求的新品種提供理論和物質支撐。 通過該項目的實施 ，將進一步強化我國在農(nóng)作物骨干親本基礎理論和應用研究方面的原始創(chuàng)新，并通過創(chuàng)建圍繞農(nóng)作物骨干親本的新的育種理論與技術體系，以及創(chuàng)造的符合新時期育種目標需求的候選骨干親本的應用，繼續(xù)提高我國在雜交稻等作物育種領域的國際領先地位，最終為我國的糧食安全提供科學保障與技術和物質支撐。 （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) 。 闡 明 水稻、小麥、玉米 骨干親本的基礎 遺傳 圖譜的遺傳與 育種 效應； 分析重要基因 和基因序列變異 15~20 個， 闡明 5~8 個 基因 /等位基因的功能 ； 發(fā)掘對實現(xiàn) 水稻、小麥、玉米 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 各 2~3 個 。 闡明水稻、玉米 的穗粒數(shù)、粒重等產(chǎn)量性狀一般配合力的遺傳學基礎，并揭示一般配合力對骨干親本形成的作用以及骨干親本能夠衍生出大量主栽品種的生物學基礎 ；闡明控制一般配合力基因組區(qū)段與 骨干親本的基礎 遺傳 圖譜 的關系 。 建立 水稻、小麥、玉米 候選 骨干親本 選育以及 最佳親本組配的分子設計模型 ；提 出綜合評估候選骨干親本和改良現(xiàn)有骨干親本的技術方法，指導并提高親本組配和育種效率。 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 6~8 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。 培養(yǎng)博士研究生 30～ 40 名，碩士研究生 50～ 60 名。 發(fā)表 SCI 論文 50～ 60 篇（累計影響因子 150 以上）；申請 專利 9~10 項。 三、研究方案 （一）學術思路 為了進一步強化我國在農(nóng)作物基礎理論和應用研究方面的原始創(chuàng)新，針對作物遺傳育種基礎研究中的關鍵問題之一， 骨干親本在育種中效果顯著但其形成與利用的遺傳基礎不明的客觀現(xiàn)實，以水稻、小麥、玉米等主要糧食作物骨干親本及其衍生的大面積推廣品種系譜分析為出發(fā)點，在已解決了骨干親本的第一個關鍵科學問題 ―遺傳構成 ‖的工作基礎上，綜合利用表型組學、基因組學、作物育種學、生物信息學等學科的理論與技術，從骨干親本重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因組合方式及其演變趨勢、一般配合力對骨干親本形成的作用及其遺傳基礎、候選骨干親本的分子設計與創(chuàng)制等多層次進行系統(tǒng)研究，闡明骨干親本研究中的第二個關鍵科學問題 ―遺傳效應 ‖，為創(chuàng)建骨干親本育 種理論與技術體系，以及我國糧食安全提供科學保障與技術和物質支撐。 （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