【正文】 化劑粒子大小、形貌和孔結構調變方法的研究及宏觀層次的催化劑工程和催化反應工程研究 ，開發(fā)重油高效潔凈轉化系列催化劑和相應工藝。 (二 )技術途徑 實現(xiàn)上述總體研究思路的技術途徑是： 973 項目建立的以重油超臨界流體萃取為核心的重油無破壞性精細分離分析方法的基礎上，以高分辨質譜為主要手段詳細解析重油中“可轉化”和“不可轉化”分子的結構、性質及其在不同沸程超臨界流體萃取窄餾分中的分布規(guī)律，重點考察溶劑體系的組成及工藝條件對“不可轉化”分子分離選擇性的影響；對不同沸程的超臨界流體萃取窄餾分進行催化轉化性能研究，闡明“不可轉化”分子對“可轉化”分子轉化效率及產(chǎn)物性質的影響，為超臨界流體萃取分離體系的優(yōu)化和工藝操作條件的優(yōu)化提供依據(jù)；采用實驗研究和分子模擬相結合的方法，考察催化劑孔 道結構和酸性分布對重油轉化效率和產(chǎn)物分布的影響，為構建基于孔道結構和酸性分布調變的催化劑體系奠定基礎。 ：以實現(xiàn)從基礎理論創(chuàng)新到技術進步的跨越為目標，以相平衡和相變理論為指導強化重油梯級分離過程，發(fā)展精確調控“可轉化”與“不可轉化”分子在梯級分離餾分中分布的溶劑體系，以實現(xiàn)百萬噸級的工業(yè)應用為目標建立梯級分離過程及其關鍵裝備的設計與放大方法；在前期微觀層次催化材料設計和催化轉化原理研究的基礎上，重點開展催化劑工程和催化反應工程研究，研制 系列重油高效潔凈轉化催化劑，開發(fā)重油高效潔凈轉化新過程；基于重油殘渣與煤和石油焦不同的物理化學性質、流動特性與氣化性能，發(fā)展重油殘渣氣化制氫的新過程，滿足重油加氫和清潔燃料生產(chǎn)對廉價氫氣不斷增長的需求。 表 本期 973 項目與上一期 973 項目的聯(lián)系與區(qū)別 上一期 973項目 本期 973項目 研究目標 ? 發(fā)展重油無破壞性分析分離方法，初步建立重油復雜多層次化學的理論框架 ? 提出重油梯級分離利用新途徑 ? 闡明重油在催化轉化過程中的擴散 、吸附、反應規(guī)律，發(fā)展重油催化轉化新材料和催化劑制備的理論方法 ? 建立重油復雜多層次組成－結構－物理化學性質的系統(tǒng)研究方法，系統(tǒng)揭示重油組成、結構和物理化學性質的內在關聯(lián) ? 建立重油梯級分離和殘渣氣化制氫過程的設計和放大方法，獲得示范應用 ? 研制重油加氫處理、催化裂化和重油加工產(chǎn)品改質催化劑，并配套發(fā)展相應的工藝技術 關鍵科學問題 ? 重油復雜多層次結構和催化轉化的化學基礎 ? 重油高效轉化與優(yōu)化利用的過程工程基礎 ? 重油高效轉化催化劑的設計和制備方法 ? 重油復雜多層次組成－結構－性質及催化轉化化學 ? 重油梯級分離過程和重油 殘渣氣化過程的放大規(guī)律和設計方法 ? 重油高效潔凈轉化催化劑的設計制備和過程調控方法 研究重點 ? 重油化學：方法探索和框架構建 ? 梯級分離和殘渣綜合利用：可行性探索及過程原理研究 ? 高效催化轉化：材料制備和催化劑設計方法 ? 重油化學：方法系統(tǒng)化和認識向分子水平推進 ? 梯級分離和殘渣綜合利用：梯級分離和殘渣氣化制氫過程的設計放大方法及示范應用 ? 高效催化轉化：催化劑工程和催化反應工程 從表 ，本項目與上一期 973項目的區(qū)別和聯(lián)系可以歸納為如下三個方面：在重油化學研究方面，從前期的方法探索和理論框架的構建到方法 的系統(tǒng)化和認識的深化；在重油梯級分離和殘渣綜合利用方面，實現(xiàn)從可行性探索到示范應用的突破；在重油高效潔凈轉化方面，實現(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程的跨越。 三、研究方案 (一 )總體學術思路 如前所述，本項目擬在上一期 973 項目研究的基礎上，在基礎層面上推進重油高效潔凈轉化的理論向分子層次發(fā)展，在應用層面上形成“以梯級分離為龍頭、以催化轉化為核心、以殘渣的綜合利用相配套”的重油高效潔凈轉化新技術路線。 95 件發(fā)明專利，建立以若干項母專利為核心的重油加工技術自主知識產(chǎn)權保護網(wǎng)；在 SCI 源學術期刊上發(fā)表論文 200 篇，撰寫有關重油加工理論和技術的英文專著 1部。 (二 )五年預期目標 : 、高分辨質譜、分子模擬等主要手段的重油復雜多層次組成、結構、物理化學性質的系統(tǒng)研究方法，系統(tǒng)揭示重油組成、結構和物理化學性質的內在關聯(lián)；闡明國內外具有代表性重油的催化轉化性質，為重油梯級分 離組分高效轉化催化劑和重油加工產(chǎn)品清潔化催化劑的研究開發(fā)提供理論指導。 “梯級分離為龍頭、以催化轉化為核心、以殘渣的綜合利用相配套”的重油高效潔凈轉化新技術路 線，為實現(xiàn)占我國石油加工總量約 40%的重油的高效轉化和優(yōu)化利用提供技術源頭。 (8)建立重油加工產(chǎn)品加氫改質過 程的反應網(wǎng)絡和動力學模型，獲得催化劑的尺寸、幾何構型、裝填方式和反應器構型、級聯(lián)方式對汽柴油加氫改質過程操作性能的影響規(guī)律，建立加氫改質工藝和反應器的設計放大方法。 (6)深入認識重油加工產(chǎn)品中硫、氮等雜原子化合物在加氫精制催化劑上的反應規(guī)律，發(fā)展降低加氫精制過程操作苛刻度的催化劑制備新方法，獲得 2~3種可工業(yè)化的加氫脫硫、脫氮催化劑。 (4)發(fā)展大宗催化裂化材料 (主要為 Y、 ZSM5和β等活性組分和氧化鋁、氧化硅及高嶺土等基質材料 )的高性能化制備技術，形成催化劑制備的平臺技術，獲得調控主導催化裂化反應的高活性與高選擇性的分子篩固體酸活性中心的方法。 (2)建立重脫殘渣油加氫處理催化劑的 制備平臺，研制出 1個級配系列計 3~4種可工業(yè)化催化劑，發(fā)展重脫殘渣油加氫處理新工藝。 為解決上述問題， 設置“重脫殘渣油加氫處理催化劑 及反應工程基礎”、“重油催化裂化催化劑的設計與制備”、“重油加工產(chǎn)品加氫改質催化劑及反應工程基礎”等 3個課題。 (2)系統(tǒng)考察重油大分子在催化裂化條件下的轉化行為，認識重油催化裂化催化劑中分子篩活性組分和基質的相互作用及其協(xié)同效應，提出重油大分子的有效轉化途徑和新型重油催化裂化催化劑的設計思路；發(fā)展 Y、 ZSM ?分子篩等大宗催化材料的高性能化制備與改性新技術，形成催化劑制備的平臺技術，獲得調控主導催化裂化反應的高活性與高選擇性的分子篩固體酸活性中心的方法，并從“半合成”和“原位晶化 ”兩條路線來設計催化劑基質組分，充分發(fā)揮基質在保護活性組分、重油分子預裂化、提高產(chǎn)物分子擴散速率和延長催化劑使用壽命等方面的作用，研制提高重油轉化深度和改善產(chǎn)品分布的系列催化裂化催化劑。 (三 )重油高效潔凈轉化催化劑的設 計制備和過程調控方法 重油經(jīng)梯級分離過程脫除殘渣后，可以得到轉化性能較好的催化裂化原料和轉化性能較差的加氫處理原料 (必須經(jīng)過進一步處理才可作為催化裂化進料 )，基于對重油梯級分離窄餾分中“可轉化”分子與“不可轉化”分子結構、性質、分布特點及其在催化轉化過程中相互影響規(guī)律的認識，通過催化材料的創(chuàng)新和催化劑制備方法的創(chuàng)新，設計和制備適合于不同梯級分離餾分高效轉化的催化劑及重油加工產(chǎn)品加氫改質催化劑，并發(fā)展相應的催化轉化新工藝，是重油高效潔凈轉化的最終實現(xiàn)。 (3)獲得對重油殘渣氣化規(guī)律的系統(tǒng)認識，提出具有低二氧化碳排放的氣化劑組成和適合于工業(yè)化操作的重油殘渣氣化工藝參數(shù)。主要研究內容為： (1)針對耦合多相流動、傳質及快速非平衡相變分離的重油梯級分離耦合殘渣造粒過程，發(fā)展強化萃取、脫殘渣油多級分離、殘渣噴霧造粒及輸送的新方法。 (3)了解重油殘渣的物理化學性質，研究殘渣氣化制氫的熱力學與動力學，發(fā)展適合于重油殘渣氣化的造氣體系、進料方式和反應器構型，形成重油殘渣氣化制氫的工藝流程，為百萬噸級的工業(yè)應用奠定基礎。為給這一關鍵技術的突破提供解決方案，必須解決以下基礎問題： (1)深入認識“可轉化”和“不可轉化”分子在超臨界流體萃取窄餾分中的分布規(guī)律，發(fā)展適當?shù)幕瘜W預處理方法和物理強化方法，提高梯級分離過程對不同來源劣質重油的適應性和強化梯級分離過程的傳質。 (二 )重油梯級分離和殘渣氣化過程的放大規(guī)律及設計方法 重油梯級分離的核心在于，基于超臨界流體對重油中“可轉化”分子和“不可轉化”分子的選擇性分離能力，以最大限度地獲得可供催化轉化的原料為目標，盡可能地將“不可轉化”分子富集在重油殘渣中，并根據(jù)轉化性能的優(yōu)劣依次將“可轉化”分子分離為催化裂化原料和加氫處理原料。 (2)認識重油中“可轉化”與“不可轉化”分子在超臨界流體萃取體系中的相平衡性質，發(fā)展高選擇性甄別“可轉化”與“不可轉化”分子的溶劑萃取體系。 針對上述問題的解決，設置“重油梯級分離與轉化的化學基礎” 1個課題。 (2)認識超臨界狀態(tài)下重油分子群相間轉移配分的規(guī)律，建立分子熱力學模型，克服假組分熱力學模型的局限性，指導梯級分離體系的優(yōu)選。 項目名稱： 重油梯級分離與高效轉化的基礎研究 首席科學家： 鮑曉軍 中國石油大學（北京） 起止年限： 2020 年 1 月 2020 年 8 月 依托部門： 中國石油天然氣集團公司 教育部 一、研究內容 (一 )重油復雜多層次組成－結構－性質及催化轉化化學 發(fā)展在分子水平上研究重油組成、結構和物理化學性質的系統(tǒng)表征手段和理論解析方法，揭示“可轉化”與“不可轉化”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化行為，特別是“不可轉化”分子對“可轉化”分 子轉化行為的影響及其與催化劑酸