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973項(xiàng)目申報(bào)書――重油梯級(jí)分離與高效轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)研究-在線瀏覽

2024-11-08 00:01本頁(yè)面
  

【正文】 性和孔道結(jié)構(gòu)的關(guān)系,是指導(dǎo)重油梯級(jí)分離溶劑體系優(yōu)化、梯級(jí)分離過程強(qiáng)化和梯級(jí)分離組分轉(zhuǎn)化催化劑設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。為此,需要認(rèn)識(shí)以下幾個(gè)方面的基礎(chǔ)問題: (1)建立重油分子層次組成、結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)表征手段與理論解析方法,構(gòu)建分子層次上的組成、結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)預(yù)測(cè)模型,突破重油平均結(jié)構(gòu)描述的局限。 (3)從分子層次描述重油分子在催化劑上的擴(kuò)散、吸附 及轉(zhuǎn)化規(guī)律,突破集總動(dòng)力學(xué)采用平均組成結(jié)構(gòu)對(duì)重油轉(zhuǎn)化機(jī)理描述的局限性,指導(dǎo)重油輕質(zhì)化催化劑的研究開發(fā)。主要研究?jī)?nèi)容為: (1)建立將重油化學(xué)向分子層次推進(jìn)的重油組成-結(jié)構(gòu)-物理化學(xué)性質(zhì)分析表征的成套方法,系統(tǒng)揭示重油組成-結(jié)構(gòu)-物理化學(xué)性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)系。 (3)系統(tǒng)研究重油分子在催化劑上的擴(kuò)散、吸附 及轉(zhuǎn)化行為,為構(gòu)建基于孔道結(jié)構(gòu)和酸性分布調(diào)變的重油高效潔凈轉(zhuǎn)化催化劑體系奠定理論基礎(chǔ)。因此,獲得高選擇性的分離溶劑體系、提高梯級(jí)分離過程的萃取效率及殘?jiān)c溶劑的分離效率、實(shí)現(xiàn)萃余殘?jiān)木C合利用就成為重 油梯級(jí)分離過程開發(fā)必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。 (2)掌握重油超臨界流體萃取分離過程的傳遞規(guī)律、殘?jiān)軇w系在噴霧造粒過程中的快速相變行為、殘?jiān)斔瓦^程中的多相流動(dòng)特性,發(fā)展重油多級(jí)萃?。陀鄽?jiān)?/溶劑噴霧造粒 /溶劑回收-殘?jiān)斔婉詈线^程及其關(guān)鍵裝備的設(shè)計(jì)放大方法,為 百萬噸級(jí)的工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 針對(duì)上述問題的解決,設(shè)置“重油梯級(jí)分離過程的放大規(guī)律與設(shè)計(jì)方法”和“重油殘?jiān)鼩饣茪溥^程的放大規(guī)律與設(shè)計(jì)方法” 2個(gè)課題。 (2)在項(xiàng)目依 托部門的支持下,完成 萬噸 /年示范裝置的運(yùn)行,獲得系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),建立過程及其關(guān)鍵裝備的設(shè)計(jì)放大方法,為重油梯級(jí)分離過程百萬噸級(jí)工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 (4)揭示引入異性顆粒改善流化性能的協(xié)同作用機(jī)制和調(diào)控規(guī)律,通過冷模、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)合的方法建立提升管燃燒和湍動(dòng)床氣化相耦合的重油殘?jiān)鼩饣茪溥^程放大設(shè)計(jì)方法,為重油殘?jiān)鼩饣茪溥^程的工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。為此,必須解決如下基礎(chǔ)問題: (1)基于對(duì)重脫殘?jiān)椭袩N類 分子和非烴分子 (主要是含硫、含氮化合物以及金屬有機(jī)化合物 )在分子水平上結(jié)構(gòu)特征的認(rèn)識(shí),分別設(shè)計(jì)具有定向脫殘?zhí)?、脫硫、脫氮和加氫裂化功能的催化劑孔結(jié)構(gòu)與酸性能,發(fā)展精確調(diào)控催化劑載體孔結(jié)構(gòu)、表面酸性、組分間相互作用強(qiáng)度及活性相粒子形貌和尺寸的方法;基于各反應(yīng)器的反應(yīng)深度及其對(duì)催化劑活性的要求,確定各催化劑金屬組分的類型及含量,掌握金屬組分的不同引入方法對(duì)于催化劑中金屬活性組分狀態(tài)及性能的影響規(guī)律,獲得具有定向脫殘?zhí)?、脫金屬、脫硫、脫氮和加氫裂化功能的催化劑制備方法;研制配套的保護(hù)劑、脫金屬催化劑、脫硫催化劑、 脫氮催化劑,考察各催化劑活性水平對(duì)產(chǎn)物性質(zhì)的影響,確定各催化劑的適用工藝參數(shù)范圍;基于上述催化劑系列,發(fā)展重脫殘?jiān)图託涮幚硇逻^程。 (3)根據(jù)清潔燃料標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車用燃料中硫、氮等雜原子化合物和烯烴、芳烴等烴類化合物含量不斷嚴(yán)格的控制要求和提高燃燒性能對(duì)烴類組成的改進(jìn)要求,研制有效脫除重油加工產(chǎn)品中硫、氮等雜原子化合物的催化劑和實(shí)現(xiàn)石油烴類定向轉(zhuǎn)化的新型催化劑,發(fā)展清潔油品生產(chǎn)新過程,實(shí)現(xiàn)重油加工產(chǎn)品的清潔化。主要研究?jī)?nèi)容為: (1)認(rèn)識(shí)重脫殘?jiān)椭辛虻衔?、多環(huán)芳烴及金屬有機(jī)化合物加氫反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)行為,建立平衡催化劑裂化和加氫活性的催化劑活性調(diào)控方法;根據(jù)重脫殘?jiān)偷姆肿咏Y(jié)構(gòu)特點(diǎn),構(gòu)筑具有適宜孔道與酸性分布的特定功能型加氫處理催化劑載體材料;系統(tǒng)研究重脫殘?jiān)图託涮幚硇芘c反應(yīng)物料的流動(dòng)、傳質(zhì)和催化劑性能之間的內(nèi)在規(guī)律,確定催化劑級(jí)配方案和最優(yōu)的工藝條件。 (3)基于對(duì)重油大分子在催化裂化條件下轉(zhuǎn)化行為的研究,揭示催化劑中分子篩活性組分和基質(zhì)的作用機(jī)理,提出重油大分子的有效轉(zhuǎn)化途徑和新型重油催化裂化催化劑的設(shè)計(jì)方法。 (5)從“半合成”和“原位晶化”兩條技術(shù)路線 來設(shè)計(jì)催化劑基質(zhì)組分和催化劑制備技術(shù)路線,研制出 2~3種重油高效催化裂化催化劑,獲得工業(yè)化應(yīng)用,使重油轉(zhuǎn)化能力提高 ,目的產(chǎn)品收率增加 1個(gè)百分點(diǎn)。 (7)發(fā)展將汽油中的烯烴和柴油中的直鏈烷烴定向轉(zhuǎn)化為異構(gòu)烷烴、飽和柴油中芳烴的催化材料改性方法,研制出 1~2種可工業(yè)化的石油烴類定向轉(zhuǎn)化催化劑。 二、預(yù)期目標(biāo) (一 )本項(xiàng)目的總體目標(biāo): 、結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)分析表征方法,揭示重油的組成、結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)及催化轉(zhuǎn)化行為的內(nèi)在關(guān)聯(lián),推動(dòng)重油化學(xué)向分子層次發(fā)展,保持我國(guó)在重油加工基礎(chǔ)理論研究方面的國(guó)際先進(jìn)地位。 、“產(chǎn)學(xué)研”緊密結(jié)合的重油高效潔凈轉(zhuǎn)化利用研究團(tuán)隊(duì),培養(yǎng)具有綜合研究能力的重油加工基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)學(xué)術(shù)帶頭人隊(duì)伍,為我國(guó)石油加工工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定人才基礎(chǔ)。 “可轉(zhuǎn)化”與“不可轉(zhuǎn)化”分子的高選擇性重油梯級(jí)分離體系和工藝過程,掌握重油梯級(jí)分離過程和重油殘?jiān)鼩饣茪溥^程的放大規(guī)律,建立重油梯級(jí)分離和重油殘?jiān)鼩饣茪溥^程的設(shè)計(jì)放大方法;發(fā)展催化材料的復(fù)合與組裝方法,研制出 1個(gè)級(jí)配系列的重油加氫處理催化劑、 2~3個(gè)重油催化裂化催化劑和 2~3個(gè)重油加工產(chǎn)品改質(zhì)催化劑;集成上述成果,形成以“梯級(jí)分離為龍頭、以催化轉(zhuǎn)化為核心、以殘?jiān)木C合利用相配套”的重油高效潔凈轉(zhuǎn)化新技術(shù)路線,并在產(chǎn)業(yè)部門的 支持下獲得示范應(yīng)用,在產(chǎn)品質(zhì)量滿足未來清潔燃料標(biāo)準(zhǔn)的前提下使劣質(zhì)重油轉(zhuǎn)化的輕質(zhì)產(chǎn)品收率較焦化工藝路線提高 5個(gè)百分點(diǎn)。 ,形成一支在國(guó)內(nèi)外具有一定影響力的重油加工理論和技術(shù)創(chuàng)新群體,培養(yǎng) 60 名博士研究生和 120名碩士研究生。項(xiàng)目研究目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)必須解決的關(guān)鍵科學(xué)問題以及研究重點(diǎn)與上一期 973項(xiàng)目的聯(lián)系及區(qū)別見表 。為此,本項(xiàng)目將按照“深化認(rèn)識(shí),突出創(chuàng)新,強(qiáng)化集成”的總體思路開展研究: :以推進(jìn)重油化學(xué)向分子層次發(fā)展為目標(biāo),結(jié)合項(xiàng)目面向的國(guó)家重大需求,在實(shí)現(xiàn)重油復(fù)雜體系無破壞性分離分析的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)闡明重油中“可轉(zhuǎn)化”和“不可轉(zhuǎn)化”分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其在不同沸點(diǎn)窄餾分中的分布規(guī)律,了解其在梯級(jí)分離過程中的相變和相平衡行為,揭示上 述兩類分子在模型催化劑上的轉(zhuǎn)化規(guī)律,提出基于酸性、孔道、組分間相互作用強(qiáng)度及活性相粒子形貌和尺寸調(diào)變的催化劑設(shè)計(jì)理論和制備方法,為重油的高效潔凈轉(zhuǎn)化奠定理論基礎(chǔ)。 :通過重油分析表征新方法、重油復(fù)雜多層次組成、結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)關(guān)系及其催化性能研究成果的集成,推進(jìn)重油化學(xué)向分子層次發(fā)展;通過重油梯級(jí)分離、高效潔凈轉(zhuǎn)化、重油殘?jiān)C合利用等三個(gè)方面應(yīng)用成果的集成,形成重油梯級(jí)分離與高效潔凈轉(zhuǎn)化的完整技術(shù)路線。 ,圍繞梯級(jí)分離過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié),開展超臨界流體萃取體系的優(yōu)化、傳質(zhì)過程的強(qiáng)化以及噴霧造粒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究,建立梯級(jí)分離過程及其關(guān)鍵裝備的設(shè)計(jì)放大方法。 ,深入研究重金屬對(duì)殘?jiān)鼩饣阅艿挠绊懀沂疽氘愋灶w粒改善流化性能的協(xié)同作用機(jī)制和調(diào)控規(guī)律,提出提升管燃燒和湍動(dòng)床氣化相耦合的重油殘?jiān)鼩饣茪湫鹿に?,發(fā)展其放大設(shè)計(jì)方法,最終形成低二氧化碳排放的殘?jiān)w粒制氫新過程。類似的研究思路國(guó)外在 2020年才正式提出,而本項(xiàng)目從上一期即開始實(shí)施。類似的技術(shù)路線在國(guó)內(nèi)外未見報(bào)導(dǎo)。進(jìn)一步采用以高分辨質(zhì)譜為主要手段的重油組成-結(jié)構(gòu)-性質(zhì)表征方法,同步開展重油超臨界流體萃 取分離窄餾分的催化反應(yīng)性能的實(shí)驗(yàn)研究和分子模擬,完全有可能闡明重油中“不可轉(zhuǎn)化”分子在超臨界流體萃取分離窄餾分中的組成和結(jié)構(gòu)分布規(guī)律,揭示其對(duì)“可轉(zhuǎn)化”分子催化轉(zhuǎn)化行為的影響,從而為重油梯級(jí)分離過程的開發(fā)和重油高效潔凈轉(zhuǎn)化催化劑的設(shè)計(jì)和制備提供理論基礎(chǔ)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室溶劑體系優(yōu)化的基礎(chǔ)上,利用 100 噸 /年中試裝置進(jìn)行工藝條件優(yōu)化和對(duì)獲得的梯級(jí)分離窄餾分進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化性能研究,基于 100 噸 /年中試裝置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和 萬噸 /年示范裝置操作數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,結(jié)合計(jì)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(jí)分離過程及其關(guān)鍵裝備的設(shè)計(jì)與放大方法,并在項(xiàng)目依托部門的支持下獲得示范應(yīng)用。 ,上一期 973項(xiàng)目已在殘?jiān)再|(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?jiān)骰洼斔托阅艿姆椒ǎ页袚?dān)“重油殘?jiān)鼩饣茪溥^程的放大規(guī)律與設(shè)計(jì)方法”課題的兩個(gè)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)。 Fuels》的副主編;項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目執(zhí)行期間共舉辦和承辦了 4 次重油加工領(lǐng)域的國(guó)際會(huì)議,廣泛的國(guó)際國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)交流不僅進(jìn)一步擴(kuò)大了我國(guó)在重油加工領(lǐng)域的國(guó)際影響,而且進(jìn)一步凝練了項(xiàng)目的關(guān)鍵科學(xué)問題,明確了項(xiàng)目研究的方向,這就為本項(xiàng)目的開展奠定了良好的人才和學(xué)術(shù)基礎(chǔ)。 (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(chǎng)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。 (4)在 SCI源期刊上發(fā)表論文 6篇,申請(qǐng)發(fā)明專利 1件。 (1)針對(duì)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 。 (3)在 SCI源期刊上發(fā)表論文 4篇,申請(qǐng)發(fā)明專利 1件。 (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 。 (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(jī)理,建立柴油加氫催化劑的活性相結(jié)構(gòu)模型,了
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