【文章內(nèi)容簡介】 萬噸 /年示范裝置操作數(shù)據(jù)的對比分析，結(jié)合計算流體力學(xué) (CFD)模擬和工藝流程模擬，完全有可能獲得梯級分離過程及其關(guān)鍵裝備的設(shè)計與放大方法，并在項目依托部門的支持下獲得示范應(yīng)用。 ，上一期 973項目結(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發(fā)， 4種催化劑完成實驗室小試 )，并以所獲得的重油催化轉(zhuǎn)化新認(rèn)識為指導(dǎo)，針對重油梯級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)。 ，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(jìn)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(dān)“重油殘渣氣化制氫過程的放大規(guī)律與設(shè)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(chǔ)。 973 項目的研究，凝聚形成了一支多學(xué)科交叉、“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合的重油加工理論與技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊，其中 4人 (陳標(biāo)華、徐春明、高金森、鮑曉軍 )在項目執(zhí)行期間相繼獲得國家自然科學(xué)基金杰出青年基金資助， 2人 (高金森、高雄厚 )獲得何梁何利科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新獎， 2人計 3次 (高雄厚 2次 ，高金森 1次 )獲得國家科技進(jìn)步二等獎， 1 人 (徐春明 )被聘為國際能源領(lǐng)域著名期刊《 Energy amp。 Fuels》的副主編；項目團(tuán)隊在項目執(zhí)行期間共舉辦和承辦了 4 次重油加工領(lǐng)域的國際會議，廣泛的國際國內(nèi)學(xué)術(shù)交流不僅進(jìn)一步擴(kuò)大了我國在重油加工領(lǐng)域的國際影響，而且進(jìn)一步凝練了項目的關(guān)鍵科學(xué)問題，明確了項目研究的方向，這就為本項目的開展奠定了良好的人才和學(xué)術(shù)基礎(chǔ)。 四、年度計劃 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 面： (1)通過超臨界深度精細(xì)分離，獲得重油烴類及非烴組 分的濃縮組分，采用 1HNMR、13CNMR、 FTIR 及 SARA、分子量、元素組成等分析方法，獲得重油組分的組成信息及平均結(jié)構(gòu)信息； (2)進(jìn)行重油及其分離組分的 FTICRMS分析及解析方法研究 。 (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(xué)研究， 改進(jìn)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(xué) /分子力學(xué)方法確定分子篩催化劑活性中心的位置。 (1)獲得不同超臨界流體萃取窄餾分的收率、性質(zhì)及組成分布，獲得重油非烴濃縮組分的性質(zhì)； (2)獲得高 分辨質(zhì)譜分析重油的優(yōu)化操作條件，并建立特征分子群的解析方法； (3)建立重油催化劑結(jié)構(gòu)模型 。 (4)在 SCI源期刊上發(fā)表論文 6篇，申請發(fā)明專利 1件。 方法方面： (1)研究適合于烴類－重油超臨界體系、可提高脫殘渣油收率的添加夾帶劑和共溶劑，設(shè)計全新的重油梯級分離裝置； (2)建立合理的反映二元顆粒流動特點的流動模型，進(jìn)行殘渣顆粒和大差異二元顆粒體系旋流分離過程的理論分析及數(shù)值模擬研究； (3)建立多相流動的相變和汽化模型； (4)根據(jù)多相流不同流型和顆粒聚集狀態(tài)下不 同的曳力作用機理，建立多相流分區(qū)模型，對不同尺寸和結(jié)構(gòu)的造粒塔內(nèi)的流動和氣固分離特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究。 (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(jì)用量 。 (2)初步掌握助流劑與萃余殘渣二元顆粒流動特性；描述殘渣顆粒的旋流分離規(guī)律，重點揭示大差異顆粒對殘渣顆粒分離的影響規(guī)律；能夠?qū)Σ煌瑮l件下的溶劑閃蒸速度進(jìn)行預(yù)測，較為準(zhǔn)確地計算造粒塔內(nèi)多相流動過程 。 (3)在 SCI源期刊上發(fā)表論文 4篇，申請發(fā)明專利 1件。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 研究方面： (1)完成 重脫殘渣油中含硫、含氮和金屬有機化合物的結(jié)構(gòu)特點和分布規(guī)律 的研究，研制和尋找適宜的新材料作為加氫處理催化劑的促進(jìn)劑 ； (2)采用具有不同孔道大小和酸強度的基質(zhì)材料、分子篩材料，根據(jù)重油催化裂化“接力式”反應(yīng)特點，進(jìn)行新型催化裂化催化劑的設(shè)計，同時開展小晶粒 ZSM5的放大制備和改性新技術(shù)研究； (3)研究汽油中的硫化合物和烴類化合物的分布規(guī)律和輕重餾分切割點、加氫脫硫深度及烯烴的異構(gòu)化和芳構(gòu)化比例等關(guān)鍵工藝參數(shù)對汽油加氫改質(zhì)效果的影響；進(jìn)行柴油加氫 催化劑作用機理和活性相結(jié)構(gòu)的研究。 (1)獲得原料油分子結(jié)構(gòu)特性、反應(yīng)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 。 (2)揭示重油催化裂化“接力式”反應(yīng)特點和催化材料性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)；掌握小晶粒 ZSM5 規(guī)?；铣珊秃蟾男缘某商准夹g(shù) 。 (3)根據(jù)清潔汽油要求確定汽油的加氫改質(zhì)方案；了解柴油加氫改質(zhì)過程的機理，建立柴油加氫催化劑的活性相結(jié)構(gòu)模型，了解活性相的形成機制 。 (4)在 SCI源期刊上發(fā)表論文 20~25篇，申請發(fā)明專利 10~15件。 規(guī)律與設(shè)計方法方面： (1)研究不同條件對重油殘渣熱解反應(yīng)的影響規(guī)律 。 (2)考察熱解反應(yīng)過程中 N、 S等有害元素和 Ni、 V等重金屬元素的遷移、分布規(guī)律； (3)以流動性指數(shù)為 指標(biāo) ，考察 “惰性助流化劑 ”石英砂顆粒和 FCC顆粒 的引入比例對重油殘渣流動性能的影響 ； (4)進(jìn)行 “助流化劑 +重油殘渣 ”異性 顆粒體系湍流床 氣化反應(yīng)器 大型冷模 實驗 裝置的設(shè)計 。 (1)獲得 熱解升溫速率、溫度、氣氛等因素對重油殘渣液態(tài)收率和殘渣焦 (固態(tài) )收率的影響規(guī)律 。 (2)掌握熱解過程中 N、 S等有害元素和 Ni、 V等重金屬元素的遷移、分布規(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(yīng)器 大型冷模 實驗 裝置的設(shè)計 。 (4)在 SCI源期刊上發(fā)表論文 3篇。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 二 年 面： (1)采用釕離子選擇性催化氧化 (RICO)等方法獲得重油芳香類組分結(jié)構(gòu)的橋鏈、側(cè)鏈及芳香核結(jié)構(gòu)信息 。 (2)對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，建立分子群識別方法，解析重質(zhì)油及上述分離組分中各類分子群的組成信息，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。 (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 。 (2)完善重油分子吸附、擴(kuò)散研究方法 。 (3)確定重油特征分子中氮、硫、金屬在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中 的轉(zhuǎn)移規(guī)律 。 (4)在 SCI源期刊上發(fā)表論文 8篇，申請發(fā)明專利 1件。 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(xué)模 型； (2)建設(shè)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(shè)旋風(fēng)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(jìn)行實驗研究，對噴霧射流的流場進(jìn)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(zhǔn)備。 (1)對不同的重油獲得優(yōu)化的工藝條件范圍，提高超臨界萃取過程對“可轉(zhuǎn)化”與“不可轉(zhuǎn)化”分子的分離選擇性和收率，并建立定量關(guān)聯(lián)；建立重油梯級分 離過程的熱力學(xué)模型，定量描述原料組成與梯級分離產(chǎn)物的收率和性質(zhì)的關(guān)系 。 (2)掌握萃余殘渣含量、操作條件及汽提器結(jié)構(gòu)形式等對二元顆粒流化與汽提性能的影響規(guī)律 。 (3)開發(fā)高效低阻新型旋風(fēng)分離器 ,獲得大差異顆粒對旋風(fēng)分離性能的影響規(guī)律及放大效應(yīng)，完成過濾分離實驗裝置的設(shè)計 。 (3)在 SCI源期刊上發(fā)表論文 5篇，申請發(fā)明專利 2件。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 二 年 礎(chǔ)方面： (1)研究加氫處理 過程的化學(xué) 反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和本征動力學(xué) ；進(jìn)行 活性相納米粒子形貌、尺寸和穩(wěn) 定性的調(diào)控 研究； (2)開展基質(zhì) 分子篩材料的復(fù)配及催化裂化裂化性質(zhì)研究，重新認(rèn)識正碳離子在重油催化裂化過程的作用，為研制新型重油催化裂化催化劑提供理論基礎(chǔ)；開展高硅鋁比 NaY 的大規(guī)模合成技術(shù)和工業(yè)改性新技術(shù)研究； (3)考察汽油加氫改質(zhì)催化劑放大制備條件對催化劑物化性質(zhì)的影響規(guī)律，通過多種表征手段建立催化劑的質(zhì)量控制指標(biāo)，進(jìn)行放大催化劑 1000 h穩(wěn)定性試驗； (4)進(jìn)行柴油加氫催化劑