【文章內(nèi)容簡介】 流化床的 結構與操作參數(shù)優(yōu)化 ； 6） 設計 建設新型熱解中試實驗裝置，進行調(diào)試。 7） 氧熱條件下 電石制備過程中的 傳遞、相變 和 反應 的 復雜耦合關系及灰分的作用、 多相反應機理及反應過程 強 化、 傳遞性能及傳遞參數(shù) ，中試反應器結構評價； 8） 煤 熱溶解聚過程 的 流程模擬 及 聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的分析與評價 。 1） 認識 煤熱轉(zhuǎn)化自由基 及 過渡態(tài)產(chǎn)物的 形成規(guī)律和反應機制 ， 揭示 煤熱解機理及產(chǎn)物的形成機制 及 CN和 CO鍵解離與熱解行為的關系； 2） 揭示 不溶物 催化加氫裂解和溫和氧化解聚影響的規(guī)律，了解加氫裂解和氧化解聚產(chǎn)物的組成結構信息，優(yōu)化反應過程 ； 3） 獲得連續(xù)化 褐煤溫和加氫 的工藝參數(shù)和物料平衡數(shù)據(jù)，揭示 液液芳烴萃取相平衡規(guī)律和 傳質(zhì)動力學特性 ，優(yōu)化萃取劑分離回收條件，構建傳質(zhì)模型； 4） 獲得煤預處理和 過程條件 對煤熱解產(chǎn)物分布的影響規(guī)律 ， 完成煤處理量 700 t/a中試實驗裝置的建設和調(diào)試工作 ； 5） 揭示 催化劑組分之間的 協(xié)同作用機理， 完成 灰熔融特性 研究 ，優(yōu)化 流化床 結構與操作參數(shù) ； 6） 認識電石生產(chǎn)多相反應過程中的傳遞規(guī)律及灰分的作用，提出強化傳遞和反應的方法，認識中試反應器的構效關系， 完成熱溶解聚過程聯(lián)合電石新工藝的 能量 碳 污染物 變遷 的 分析。 年度 研究內(nèi)容 預期目標 第 四 年 1） 煤及熱解中間產(chǎn)物 在不同條件下 反應的原位 定量分析 ， 研究煤中其 它弱鍵的熱解機理 ； 2） 各種 萃取產(chǎn)物的制備色譜分離及純化產(chǎn)物的組成結構分析； 3） 連續(xù)化芳烴萃取分離，超臨界CO2萃取， 粗酚精制分離工藝及芳烴精制分離工藝； 4） 繼續(xù)進行 煤預處理對熱解行為的影響 研究 ， 考察 700 t/a 中試反應器中流動、傳遞 、反應條件對熱解產(chǎn)物分布的影響 ； 5） 催化劑回收工藝及回收催化劑的活性評價，流化床流場對灰熔融的影響，灰熔融機理，工業(yè)流化床的數(shù)值模擬，甲烷 /焦油聯(lián)產(chǎn)過程中 能量 效率 碳的逐級變化規(guī)律 ； 6） 電石制備 中 傳遞、相變 和 反應 的復雜耦合關系 調(diào)控，多相反應機理及反應過程 強 化，模擬及 600 t/a 規(guī)模反 應器的結構分析和運行評價，褐煤溫和加氫新工藝流程模擬系統(tǒng)的建立及聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的分析與評價。 1） 推測 煤熱轉(zhuǎn)化 的 動力學模型 ， 認識 煤 中弱共價鍵 在熱場中的解離 與 自由基產(chǎn)生行為的關系 ， 獲得煤的熱解機理及產(chǎn)物的形成機制； 2） 確定萃取所得純化合物的結構和所得單晶的空間結構； 3） 確定芳烴萃取分離的工藝條件，構建萃取體系芳烴溶解的傳質(zhì)模型，確認 CO2超臨界萃取分離離子液體和粗酚技術的可行性； 4） 闡明 煤預處理 及 熱解反應調(diào)控對產(chǎn)物分布的影響規(guī)律， 獲得 提高輕質(zhì)油氣產(chǎn)率和品質(zhì)的最佳條件 ， 獲得 700 t/a 的熱解中試實驗數(shù)據(jù) ； 5） 確定煤中主要陰離 子對反應的影響，設計合理的催化劑回收工藝及設備方案，確定堿金屬鹽與煤灰的熔融機理，初步完成中低階煤催化氣化制甲烷 /油技術經(jīng)濟分析； 6） 揭示電石制備多相反應體系中傳遞、相變和反應的耦合規(guī)律，確定反應機理和過程強化方法，認識中試反應器的運行特征， 提出反應器構型優(yōu)化和運行條件優(yōu)化方案；完成褐煤溫和加氫新工藝聯(lián)合電石新工藝的 能量 碳 污染物變遷的分析。 年度 研究內(nèi)容 預期目標 第 五 年 1） 構建煤的 集總 化學結構模型 ；繼續(xù)深入研究 熱解行為與產(chǎn)物分布的關系 ； 2） 測定 各級熱溶物 的性質(zhì) ，繼續(xù)進行 熱溶過程調(diào)控 研究 ； 3） 粗酚精制分離及 芳烴精制分離工藝 優(yōu)化； 4） 繼續(xù)進行 流化床放大理論 研究 ； 5） 中試規(guī)模（ 600 t/a）的電石工藝驗證和反應器結構優(yōu)化，聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的流程模擬及全系統(tǒng)分析與評價 ； 6） 研究工作進行全面總結，進行試驗數(shù)據(jù)的補充和驗證工作 。 1） 獲得 煤 的 集總化學結構模型 ，認識 自由基反應網(wǎng)絡 ，提出煤熱溶調(diào)控優(yōu)化條件和 弱共價鍵的反應機理 ； 2） 確定粗酚及 芳烴精制分離工藝 ，形成褐煤加氫聯(lián)產(chǎn)酚 /芳烴 /油的工藝技術； 3） 形成 煤熱解定向轉(zhuǎn)化的過程調(diào)控手段 ， 完成 700 t/a中試驗證 ； 4） 建立 流化床放大理論； 5） 確立電石制備反應器構型及工業(yè)反應器設計方案，完成聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) 能量 碳 污染物 變遷的分析。 6） 五年 發(fā)表學術刊物論文 200篇以上， 形成 國家發(fā)明專利 25項，出版專著 2部，培養(yǎng)博士生 30名、碩士生 50名，力爭獲得國家級獎勵 1項 ；培養(yǎng) 3名國家級中青年人才。 一、研究內(nèi)容 前面分析表明，煤分級轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)低碳燃料和化學品路線充分利用了 中低階 煤的結構特征，以低的投入和能耗實現(xiàn)高的效率和效益。 國內(nèi)外在 中低階煤的優(yōu)化轉(zhuǎn)化 方面雖然已有較好積累，但對分子水平 上的 結構 特征 和核心化學反應規(guī)律的認識還處于統(tǒng)觀和模糊的水平，對傳遞 和 反應工程 及 過程調(diào)控原理的認識還處于經(jīng)驗層面，對復雜產(chǎn)物的組成特征還 了解不夠 ， 因而 過去的 工藝大都止步于 粗放開發(fā)，產(chǎn)品附加值不高 。 鑒于此 ，本項目 將在分子水平研究中低階煤的優(yōu)化利用，重點 解決如下關鍵科學問題 （以下中低階煤簡稱為煤） ： ? 煤中弱鍵合結構的認識及其與分級轉(zhuǎn)化反應性和產(chǎn)物組成的關系； ? 煤分級轉(zhuǎn)化復雜反應體系中的傳遞行為、反應工程及過程 調(diào)控原理； ? 煤分級轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的物化性質(zhì)認識及分離和轉(zhuǎn)化原理。 下面詳細分述這些科學問題的內(nèi)涵及主要研究內(nèi)容。 煤弱鍵合結構的認識和集總描述 從 分子水平 上 深入認識煤的結構特征及熱轉(zhuǎn)化本質(zhì)是煤分級轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術突破的理論源泉。已有的煤結構探索均是基 于終態(tài)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的光譜分析或取樣分析進行的宏觀推測，對轉(zhuǎn)化過程的中間體、連續(xù)反應、關鍵控制因素不能進行科學準確的探測。因此，必須發(fā)展在分子水平上研究煤組成結構的熱化學轉(zhuǎn)化本征動力學表征手段和理論分析方法。 由于煤在分子水平 上 的結構非常復雜，首先認識與煤分級轉(zhuǎn)化過程密切相關的非共價鍵和弱共價鍵的特征、解離行為及解離產(chǎn)物的連續(xù)反應性就變得至關重要。針對國內(nèi)外在此方面 研究 手段有限、認識不足的 現(xiàn) 況，本 項目將在新思路的指導下采用 全 新 的 物理 化學 分析方法和 先進分析儀器 并輔之以 量子化學計算 進行煤中“非共價鍵及其解離”和“弱共 價鍵及其解離”這兩個方面的研究 ， 全面解析煤在溫和條件下分級轉(zhuǎn)化的“構 效關系”， 主要研究內(nèi)容包括： ? 煤溫和多級萃取及 萃取 產(chǎn)物的分離與 表征 ， 煤中大分子團簇間的締合特征 和 骨架結構，煤熱溶 解聚過程調(diào)控理論 。 ? 建立 檢測和原位鑒別煤中大分子團簇、熱解自由基和 過渡態(tài) 的同步輻射真空紫外單光子電離 — 分子束質(zhì)譜技術 和 理論分析 方法， 研究不同煤種在不同熱解條件下 自由基和反應產(chǎn)物的形成規(guī)律與作用機制 及 本征動力學 ，考察 硫氮結構 單元 的自由基反應特征 ； ? 煤中非共價鍵和弱共價鍵結合特性 、 解離方式及產(chǎn)物形成 機理的 量子化學計算 和集總描述。 煤分級轉(zhuǎn)化 多聯(lián)產(chǎn)技術的過程調(diào) 控原理 和催化劑定向制備原理 煤組成結構在不同條件下 的 轉(zhuǎn)化 規(guī)律、 傳遞和催化過程對轉(zhuǎn)化行為的影響 機制及轉(zhuǎn)化過程的 定向控制 理論 是煤分級轉(zhuǎn)化技術的核心基礎。 不同煤種 的結構特征不同，適宜采用的 分級轉(zhuǎn)化 工藝 也不 應 相同 。 如前面所述， 300 oC 以下， 褐煤易發(fā)生非共價鍵解聚 （ 包括熱解聚、溶劑解聚 和 催化加氫 等） 生 成 油品、芳烴及含氧化學品； 400 oC 左右，褐煤和煙煤中的橋鍵和醚鍵等弱共價鍵可以充分解離，催化劑、溶劑、氣氛等可以顯著調(diào)控解析行為和產(chǎn)物組成； 500700 oC 之間 ，煤中除芳 香環(huán)結構外的其 它 共價鍵也可發(fā)生解離，催化劑和氣氛對解離反應和產(chǎn)物有顯著的調(diào)控作用。由于國內(nèi)外的研究主要集中在轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率 等 宏觀 方面 ，缺乏分子層面的鍵合信息和產(chǎn)物組成信息，致使對反應機理、催化作用 和過程定向調(diào)控方法 了解甚少，影響了技術 發(fā)展 。 依據(jù)前面對煤結構和本征反應的 認識 ，本項目將在 “液相條件下 褐煤 定向轉(zhuǎn)化 聯(lián)產(chǎn) 油 /酚 /芳烴 ” 和 “氣固條件下 中低階 煤熱解過程調(diào)控 聯(lián)產(chǎn) 液 /氣 燃料和化學品 ”方面展開研究。 主要研究內(nèi)容包括： ? 高效催化劑制備和催化 原理 、 催化劑的結構和活性的關系、催化劑回收工藝原理 ， 包括褐煤 溫和 加氫 聯(lián)產(chǎn) 油 /酚 /芳烴 的催化劑和 中低 煤催化轉(zhuǎn)化 聯(lián) 產(chǎn)甲烷 和油 的復合催化劑； ? 工藝條件 對傳遞 過程 、進而對轉(zhuǎn)化過程和產(chǎn)物組成的影響機理，包括煤預處理方法、梯級反應溫度、反應氣氛、復雜反應耦合、反應機理和動力學； ? 煤中灰分對轉(zhuǎn)化 過程 、催化劑、殘渣形態(tài)的影響； ? 質(zhì)量 、動量、熱量 傳遞 和 催化 反應 的反應器模型構建和計算機模擬 ； ? 能量 效率 碳 污染物的逐級變化規(guī)律、系統(tǒng)評價與優(yōu)化 。 煤分級轉(zhuǎn)化復雜液體產(chǎn)物的分離 由于煤分級轉(zhuǎn)化 的核心是 非共價鍵和弱共價鍵等弱鍵合結構 的解離 ，其液態(tài)產(chǎn)物必然 含有 煤 的 原始結構，組成復雜。 雖然這 些油品經(jīng)精制后可直接作為燃料（如汽、柴油），但附加值不高。國內(nèi)外研究表明，在油品精制前分離芳烴和酚等化學品是提高經(jīng)濟性、降低油品精制成本的有效方法，效益提高 30%以上。目前國內(nèi)外對煤分級轉(zhuǎn)化 液態(tài)產(chǎn)物 的 組成認識不足 ，所采用的化學品分離方法（如酚 /油分離）能耗和物耗均高，還產(chǎn)生二次污染。 為此，本項目將在煤分級轉(zhuǎn)化復雜液體產(chǎn)物的組成性質(zhì)和分離原理方面展開研究，主要研究內(nèi)容包括： ? 煤溫和熱溶產(chǎn)物的表征和分離純化原理； ? 煤 分級轉(zhuǎn)化 液體產(chǎn)物（ 油 /芳烴 /和 酚 類化合物 ） 的 分離原理和 綠色 技術； 煤分級轉(zhuǎn)化 殘焦的 化 學品生產(chǎn) 如前所述， 中低階煤 分級轉(zhuǎn)化產(chǎn)生 的 殘焦 可通過新型氧熱法 電石 工藝 直接生產(chǎn)乙炔基系列化學品 ，與 現(xiàn)有電弧法 相比 節(jié)能 30%以上。新工藝的成熟有賴于深入認識 粉 狀殘 焦和 CaO 的高溫反應機理、焦中無機組分的作用、氧熱狀況下的傳遞行為、反應器設計等 重要 問題。為此，本項目將主要研究 下列 內(nèi)容： ? 煤分級轉(zhuǎn)化殘焦的物化性能及其與 CaO 的高溫反應機理； ? 反應體系的相態(tài)變化、傳遞過程調(diào)控與反應過程強化； ? 殘焦中灰分對物料相態(tài)變化及反應行為的影響。 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?qū)崿F(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(zhì)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