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： 2010 年 1 月 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性和孔道結構的關系，是指導重油梯級分離溶劑體系優化、梯級分離過程強化和梯級分離組分轉化催化劑設計的理論基礎。為此，需要認識以下幾個方面的基礎問題： (1)建立重油分子層次組成、結構和物理化學性質的系統表征手段與理論解析方法，構建分子層次上的組成、結構、物理化學性質預測模型，突破重油平均結構描述的局限。 (2)認識超臨界狀態下重油分子群相間轉移配分的規律，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選。 (3)從分子層次描述重油分子在催化劑上的擴散、吸附 及轉化規律，突破集總動力學采用平均組成結構對重油轉化機理描述的局限性，指導重油輕質化催化劑的研究開發。 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。主要研究內容為： (1)建立將重油化學向分子層次推進的重油組成結構物理化學性質分析表征的成套方法，系統揭示重油組成結構物理化學性質之間的內在關系。 (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，發展高選擇性甄別“可轉化”與“不可轉化”分子的溶劑萃取體系。 (3)系統研究重油分子在催化劑上的擴散、吸附 及轉化行為，為構建基于孔道結構和酸性分布調變的重油高效潔凈轉化催化劑體系奠定理論基礎。 (二 )重油梯級分離和殘渣氣化過程的放大規律及設計方法 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，并根據轉化性能的優劣依次將“可轉化”分子分離為催化裂化原料和加氫處理原料。因此，獲得高選擇性的分離溶劑體系、提高梯級分離過程的萃取效率及殘渣與溶劑的分離效率、實現萃余殘渣的綜合利用就成為重 油梯級分離過程開發必須解決的關鍵技術問題。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律，發展適當的化學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。 (2)掌握重油超臨界流體萃取分離過程的傳遞規律、殘渣溶劑體系在噴霧造粒過程中的快速相變行為、殘渣輸送過程中的多相流動特性，發展重油多級萃取萃余殘渣 /溶劑噴霧造粒 /溶劑回收殘渣輸送耦合過程及其關鍵裝備的設計放大方法，為 百萬噸級的工業應用奠定基礎。 (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，為百萬噸級的工業應用奠定基礎。 針對上述問題的解決，設置“重油梯級分離過程的放大規律與設計方法”和“重油殘渣氣化制氫過程的放大規律與設計方法” 2個課題。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。 (2)在項目依 托部門的支持下，完成 噸 /年示范裝置的運行，獲得系統的實驗數據，建立過程及其關鍵裝備的設計放大方法，為重油梯級分離過程百萬噸級工業應用奠定基礎。 (3)獲得對重油殘渣氣化規律的系統認識，提出具有低二氧化碳排放的氣化劑組成和適合于工業化操作的重油殘渣氣化工藝參數。 (4)揭示引入異性顆粒改善流化性能的協同作用機制和調控規律，通過冷模、數值模擬和實驗研究結合的方法建立提升管燃燒和湍動床氣化相耦合的重油殘渣氣化制氫過程放大設計方法，為重油殘渣氣化制氫過程的工業應用奠定基礎。 (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律的認識，通過催化材料的創新和催化劑制備方法的創新，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品加氫改質催化劑，并發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。為此，必須解決如下基礎問題： (1)基于對重脫殘渣油中烴類 分子和非烴分子 (主要是含硫、含氮化合物以及金屬有機化合物 )在分子水平上結構特征的認識，分別設計具有定向脫殘炭、脫硫、脫氮和加氫裂化功能的催化劑孔結構與酸性能，發展精確調控催化劑載體孔結構、表面酸性、組分間相互作用強度及活性相粒子形貌和尺寸的方法；基于各反應器的反應深度及其對催化劑活性的要求，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于催化劑中金屬活性組分狀態及性能的影響規律，獲得具有定向脫殘炭、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產物性質的影響，確定各催化劑的適用工藝參數范圍；基于上述催化劑系列，發展重脫殘渣油加氫處理新過程。 (2)系統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；發展 Y、 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，充分發揮基質在保護活性組分、重油分子預裂化、提高產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品分布的系列催化裂化催化劑。 (3)根據清潔燃料標準對車用燃料中硫、氮等雜原子化合物和烯烴、芳烴等烴類化合物含量不斷嚴格的控制要求和提高燃燒性能對烴類組成的改進要求，研制有效脫除重油加工產品中硫、氮等雜原子化合物的催化劑和實現石油烴類定向轉化的新型催化劑，發展清潔油品生產新過程，實現重油加工產品的清潔化。 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”、“重油加工產品加氫改質催化劑及反應工程基礎”等 3個課題。主要研究內容為： (1)認識重脫殘渣油中硫氮化合物、多環芳烴及金屬有機化合物加氫反應的熱力學和動力學行為，建立平衡催化劑裂化和加氫活性的催化劑活性調控方法；根據重脫殘渣油的分子結構特點，構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；系統研究重脫殘渣油加氫處理效能與反應物料的流動、傳質和催化劑性能之間的內在規律，確定催化劑級配方案和最優的工藝條件。 (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 34種可工業化催化劑，發展重脫殘渣油加氫處理新工藝。 (3)基于對重油大分子在催化裂化條件下轉化行為的研究，揭示催化劑中分子篩活性組分和基質的作用機理，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方法。 (4)發展大宗催化裂化材料 (主要為 Y、 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。 (5)從“半合成”和“原位晶化”兩條技術路線 來設計催化劑基質組分和催化劑制備技術路線，研制出 23種重油高效催化裂化催化劑，獲得工業化應用，使重油轉化能力提高 的產品收率增加 1個百分點。 (6)深入認識重油加工產品中硫、氮等雜原子化合物在加氫精制催化劑上的反應規律，發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 23種可工業化的加氫脫硫、脫氮催化劑。 (7)發展將汽油中的烯烴和柴油中的直鏈烷烴定向轉化為異構烷烴、飽和柴油中芳烴的催化材料改性方法，研制出 12種可工業化的石油烴類定向轉化催化劑。 (8)建立重油加工產品加氫改質過 程的反應網絡和動力學模型，獲得催化劑的尺寸、幾何構型、裝填方式和反應器構型、級聯方式對汽柴油加氫改質過程操作性能的影響規律，建立加氫改質工藝和反應器的設計放大方法。 二、預期目標 (一 )本項目的總體目標： 構與物理化學性質的系統分析表征方法，揭示重油的組成、結構和物理化學性質及催化轉化行為的內在關聯，推動重油化學向分子層次發展，保持我國在重油加工基礎理論研究方面的國際先進地位。 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，為實現占我國石油加工總量約 40%的重油的高效轉化和優化利用提供技術源頭。 產學研”緊密結合的重油高效潔凈轉化利用研究團隊，培養具有綜合研究能力的重油加工基礎理論研究和應用技術開發學術帶頭人隊伍，為我國石油加工工業的可持續發展奠定人才基礎。 (二 )五年預期目標 : 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研究方法，系統揭示重油組成、結構和物理化學性質的內在關聯；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品清潔化催化劑的研究開發提供理論指導。 轉化”與“不可轉化”分子的高選擇性重油梯級分離體系和工藝過程，掌握重油梯級分離過程和重油殘渣氣化制氫過程的放大規律，建立重油梯級分離和重油殘渣氣化制氫過程的設計放大方法；發展催化材料的復合與組裝方法，研制出 1個級配系列的重油加氫處理催化劑、 23個重油催化裂化催化劑和 23個重油加工產品改質催化劑；集成上述成果，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，并在產業部門的 支持下獲得示范應用，在產品質量滿足未來清潔燃料標準的前提下使劣質重油轉化的輕質產品收率較焦化工藝路線提高 5個百分點。 5 件發明專利，建立以若干項母專利為核心的重油加工技術自主知識產權保護網；在 學術期刊上發表論文 200 篇，撰寫有關重油加工理論和技術的英文專著 1部。 成一支在國內外具有一定影響力的重油加工理論和技術創新群體，培養 60 名博士研究生和 120名碩士研究生。 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。項目研究目標、實現目標必須解決的關鍵科學問題以及研究重點與上一期 973項目的聯系及區別見表 表 期 973 項目與上一期 973 項目的聯系與區別 上一期 973項目 本期 973項目 研究目標 發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、反應規律，發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研究方法，系統揭示重油組成、結構和物理化學性質的內在關聯 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品改質催化劑，并配套發展相應的工藝技術 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 項目與上一期 973項目的區別和聯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，實現從催化材料和催化劑制備方法的創新到新型催化劑和新催化過程的跨越。為此，本項目將按照“深化認識，突出創新，強化集成”的總體思路開展研究： 推進重油化學向分子層次發展為目標，結合項目面向的國家重大需求，在實現重油復雜體系無破壞性分離分析的基礎上，重點闡明重油中“可轉化”和“不可轉化”分子的結構、性質及其在不同沸點窄餾分中的分布規律，了解其在梯級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化規律，提出基于酸性、孔道、組分間相互作用強度及活性相粒子形貌和尺寸調變的催化劑設計理論和制備方法，為重油的高效潔凈轉化奠定理論基礎。 實現從基礎理論創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，以實現百萬噸級的工業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對廉價氫氣不斷增長的需求。 過重油分析表征新方法、重油復雜多層次組成、結構、物理化學性質關系及其催化性能研究成果的集成，推進重油化學向分子層次發展；通過重油梯級分離、高效潔凈轉化、重油殘渣綜合利用等三個方面應用成果的集成，形成重油梯級分離與高效潔凈轉化的完整技術路線。 (二 )技術途徑 實現上述總體研究思路的技術途徑是： 73 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”分子轉化效率及產物性質的影響，為超臨界流體萃取分離體系的優化和工藝操作條件的優化提供依據；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。 繞梯級分離過程的關鍵環節，開展超臨界流體萃取體系的優化、傳質過程的強化以及噴霧造粒系統的結構優化研究，建立梯級分離過程及其關鍵裝備的設計放大方法。 73 項目所獲得的若干催化新材料及有關重油催化轉化行為的新認識，將研究工作的重點從微觀層次的活性組分、活性位研究轉向介觀層次的催化劑粒子大小、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 ，開發重油高效潔凈轉化系列催化劑和相應工藝。 入研究重金屬對殘渣氣化性能的影響，揭示引入異性顆粒改善流化性能的協同作用機制和調控規律，提出提升管燃燒和湍動床氣化相耦合的重油殘渣氣化制氫新工藝，發展其放大設計方法，最終形成低二氧化碳排放的殘渣顆粒制氫新過程。 (三 )創新性及特色 離子選擇性催化氧化 (高分辨質譜、核磁共振、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研究方法，闡明重油中“可轉化”與“ 不可轉化”分子的結構、物理化學性質、分布特性及其在催化轉化過程中的相互影響，從而系統揭示重油組成、結構與物理化學性質及催化轉化性能之間的關系，推進重油化學向分子層次發展。類似的研究思路國外在 2007年才正式提出，而本項目從上一期即開始實施。 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，實現從重油復雜多層次組成、結構、物理化學性質的認識到重油梯級分離、高效潔凈轉化、殘渣氣化制氫新技術的跨越，其成功實施不僅可為滿足劣質重油高效潔凈轉化這一國家重大需求提供技 術支撐，而且也可為跨越微觀介觀宏觀三個尺度的化學工程研究提供借鑒。類似的技術路線在國內外未見報導。 (四 )取得重大突破的可行性分析 構、物理化學性質研究方面，上一期 973項目研究已建立起以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，并采用這一方法對國內外具有代表性重油的組成、結構和物理化學性質進行了表征，獲得了重油超臨界流體萃取窄餾分的特征分子群，初步建立了重油梯級轉化利用的判據。進一步采用以高分辨質譜為主要手段的重油組成結構性質表征方法，同步開展重油超臨界流體萃 取分離窄餾分的催化反應性能的實驗研究和分子模擬，完全有可能闡明重油中“不可轉化”分子在超臨界流體萃取分離窄餾分中的組成和結構分布規律，揭示其對“可轉化”分子催化轉化行為的影響，從而為重油梯級分離過程的開發和重油高效潔凈轉化催化劑的設計和制備提供理論基礎。 一期 973項目研究已建立起重油梯級轉化利用的判據，通過對重油超臨界流體萃取分離體系、重油殘渣溶劑分離等關鍵問題的解決，建立了 100 噸 /年重油梯級分離中試裝置并成功完成中試實驗，根據中試實驗結果由中國石油投資 3700 萬元 在遼河石化分公司設計建造了規模為 噸 /年的示范裝置。在進行實驗室溶劑體系優化的基礎上，利用 100 噸 /年中試裝置進行工藝條件優化和對獲得的梯級分離窄餾分進行催化轉化性能研究，基于 100 噸 /年中試裝置實驗數據和 噸 /年示范裝置操作數據的對比分析，結合計算流體力學 (擬和工藝流程模擬，完全有可能獲得梯級分離過程及其關鍵裝備的設計與放大方法，并在項目依托部門的支持下獲得示范應用。 一期 973項目結合現有重油加工工藝，研制出了重油催化裂化催化劑的新型活性組 分和基質、重油加氫處理催化劑、重油催化裂化汽油和柴油加氫改質催化劑 (其中 2 種催化劑獲得大規模工業應用， 2種催化劑完成中試開發， 4種催化劑完成實驗室小試 )，并以所獲得的重油催化轉化新認識為指導，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品的加氫改質，在活性組分研制、活性位調控和催化材料的組裝方法等方面的研究取得了長足進展，為進一步將研究工作向介觀層次上的催化劑粒子大小、形貌和表面性質與孔結構研究及宏觀層次上的催化反應工程研究奠定了良好的基礎。 一期 973項目已在殘渣性質 、流化狀態和輸送方法等方面進行了初步的研究，發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“重油殘渣氣化制氫過程的放大規律與設計方法”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。 73 項目的研究，凝聚形成了一支多學科交叉、“產學研”結合的重油加工理論與技術創新團隊，其中 4人 (陳標華、徐春明、高金森、鮑曉軍 )在項目執行期間相繼獲得國家自然科學基金杰出青年基金資助， 2人 (高金森、高雄厚 )獲得何梁何利科學與技術創新獎， 2人計 3次 (高雄厚 2次 ，高金森 1次 )獲得國家科技進步二等獎， 1 人 (徐春明 )被聘為國際能源領域著名期刊 副主編；項目團隊在項目執行期間共舉辦和承辦了 4 次重油加工領域的國際會議，廣泛的國際國內學術交流不僅進一步擴大了我國在重油加工領域的國際影響，而且進一步凝練了項目的關鍵科學問題，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術基礎。 四、年度計劃 年度 研究內容 預期目標 第 一 年 (1)通過超臨界深度精細分離，獲得重油烴類及非烴組分的濃縮組分，采用 13 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構信息； (2)進行重油及其分離組分的 (3)高度有序且高水熱穩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化化學研究， 改進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 /分子力學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、性質及組 成分布，獲得重油非烴濃縮組分的性質； (2)獲得高分辨質譜分析重油的優化操作條件，并建立特征分子群的解析方法； (3)建立重油催化劑結構模型 ; (4)在 篇，申請發明專利 1件。 (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值模擬研究； (3)建立多相流動的相變和汽化 模型； (4)根據多相流不同流型和顆粒聚集狀態下不同的曳力作用機理，建立多相流分區模型，對不同尺寸和結構的造粒塔內的流動和氣固分離特性進行數值模擬研究。 (1)針對不同性質的重油，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濟用量 ; (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律，重點揭示大差異顆粒對殘渣顆粒分離的影響規律；能夠對不同條件下的溶劑閃蒸速度進行預測，較為準確地計算造粒塔內多相流動過程 ; (3)在 篇，申請發明專利 1件。 年度 研究內容 預期目標 第 一 年 (1)完成 重脫殘渣油中含硫、含氮和金屬有機化合物的結構特點和分布規律 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劑 ； (2)采用具有不同孔道大小和酸強度的基質材料、分子篩材料，根據重油催化裂化“接力式”反應特點，進行新型催化裂化催化劑的設計，同時開展小晶粒 (3)研究汽油中的硫化合物和烴類化合物的分布規律和輕重餾分切割點、加氫脫硫深度及烯烴的異構化和芳構化比例等關鍵工藝參數對汽油加氫改質效果的影 響；進行柴油加氫催化劑作用機理和活性相結構的研究。 (1)獲得原料油分子結構特性、反應性能與催化劑活性因子間的內在關聯 ， 建立平衡催化劑裂化和加氫活性的調控方法 ; (2)揭示重油催化裂化“接力式”反應特點和催化材料性質之間的內在關聯；掌握小晶粒 模化合成和后改性的成套技術 ; (3)根據清潔汽油要求確定汽油的加氫改質方案；了解柴油加氫改質過程的機理，建立柴油加氫催化劑的活性相結構模型，了解活性相的形成機制 ; (4)在 025篇，申請發明專利 1015件。 制氫過程的放大規律與設計方法方面： (1)研究不同條件對重油殘渣熱解反應的影響規律 ; (2)考察熱解反應過程中 N、 i、 布規律； (3)以流動性指數為 指標 ，考察 “惰性助流化劑 ”石英砂顆粒和 粒 的引入比例對重油殘渣流動性能的影響 ； (4)進行 “助流化劑 +重油殘渣 ”異性 顆粒體系湍流床 氣化反應器 大型冷模 實驗 裝置的設計 。 (1)獲得 熱解升溫速率、溫度、氣氛等因素對重油殘渣液態收率和殘渣焦 (固態 )收率的影響規律 ; (2)掌握熱解過程中 N、 i、 遷移、分布規律 ; (3)獲得石英砂 和 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 氣化反應器 大型冷模 實驗 裝置的設計 ; (4)在 篇。 年度 研究內容 預期目標 第 二 年 (1)采用釕離子選擇性催化氧化 (方法獲得重油芳香類組分結構的橋鏈、側鏈及芳香核結構信息 ; (2)對重油超臨界分離餾分及濃縮非烴組分進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、擴散的分子力學方法。 (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構特征，構建重油特征分子結構庫 ; (2)完善重油分子吸附、擴散研究方法 ; (3)確定重油特征分子中氮、硫、金屬在化學轉化過程中 的轉移規律 ; (4)在 篇，申請發明專利 1件。 (1)在實驗室連續梯級分離裝置上優化超臨界流體萃取工藝條件；基于課題 1有關重油特征化的研究結果，研究重油梯級分離過程的熱力學模型； (2)建設重油多級梯級分離裝置，采用實驗和數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)建設旋風分離器實驗裝置，開展大差異二元顆粒體系分離性能及放大規律的實驗研究； (4)對閃蒸過程中戊烷的降壓和汽化進行實驗研究，對噴霧射流的流場進行測量；測量造粒塔內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模型和算法，為過程放大做好準備。 (1)對不同的重油獲得優化的工藝條件范圍，提高超臨界萃取過程對“可轉化”與“不可轉化”分子的分離選擇性和收率，并建立定量關聯 ；建立重油梯級分離過程的熱力學模型，定量描述原料組成與梯級分離產物的收率和性質的關系 ; (2)掌握萃余殘渣含量、操作條件及汽提器結構形式等對二元顆粒流化與汽提性能的影響規律 ; (3)開發高效低阻新型旋風分離器 ,獲得大差異顆粒對旋風分離性能的影響規律及放大效應，完成過濾分離實驗裝置的設計 ; (3)在 篇，申請發明專利 2件。 年度 研究內容 預期目標 第 二 年 (1)研究加氫處理 過程的化學 反應網絡和本征動力學 ；進行 活性相納米粒 子形貌、尺寸和穩定性的調控 研究； (2)開展基質 新認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；開展高硅鋁比 大規模合成技術和工業改性新技術研究； (3)考察汽油加氫改質催化劑放大制備條件對催化劑物化性質的影響規律，通過多種表征手段建立催化劑的質量控制指標，進行放大催化劑 1000 (4)進行柴油加氫催化劑方法與催化劑性能關系的研究。 (1)探明催化劑的作用機理和構效關系 ， 建立 動力學 研究新 方法 ， 了解催化劑制備過 程中活性相納米粒子的形成和長大機制 ； (2)揭示催化劑中分子篩活性組分和基質的作用機理，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方法；掌握高硅 (3)建立汽油加氫改質催化劑放大制備過程的質量控制指標，完成放大催化劑的穩定性評價； (4)認識柴油加氫催化劑制備參數與催化劑理化性質、催化性能的關系，形成柴油加氫催化劑的制備方法和過程調控方法； (5)在 期刊上 發表論文 2025篇，申請專利 1214件。 方面： (1)研究重油殘渣熱解和氣化特性以及殘渣熱解和氣化的熱力學和動力學； (2)考察 “氣化助流化劑 ”煤粉顆粒引入比例對重油殘渣流動性能的影響 ，并 對聚團進行 機理 分析； (3)進行 “助流化劑 +氣化灰渣 ”異性顆粒耦合流化床燃燒器大型冷模 實驗 裝置的設計 ， 考察 “助流化劑 +殘渣 ”混合顆粒湍流床 的流動 特性 ，建立 “助流化劑 +重油殘渣 ”異性 顆粒體系 流動模型，并進行數值模型分析。 (1)掌握熱解條件對殘渣物理結構的影響規律，獲得殘渣熱解氣的氣化反應特性；建立殘渣熱解和氣化的熱力學和動力學；獲得溫度、壓力和氣氛對重油殘 渣焦氣化活性的影響規律； (2)確定最佳助流化劑及其引入比例 ， 完成 “助流化劑 +氣化灰渣 ”異性顆粒耦合流化床燃燒器大型冷模 實驗 裝置的設計 ， 獲得操作條件對 “助流化劑 +重油殘渣 ”異性 混合顆粒體系流化特性的影響 規律， 初步建立體系的流動模型 。 年度 研究內容 預期目標 第 三 年 (1)構建重質油特征分子結構庫，采用分子模擬驗證和完善分子結構信息；通過重質油特征組分與超臨界溶劑的相平衡研究獲得重質油分子的相間轉移規律； (2)考察模型催化裂化催化劑上重油分子的催化 轉化規律； 模擬重油特征分子在不同結構催化劑 (如 催化 裂化、 加氫處理、 加氫裂化 )上 的反應機理 。 (1)獲得能表征重油組分組成的分子結構庫生成方法； (2)揭示“可轉化”與“不可轉化”分子在不同超臨界流體萃取窄餾分中的分布規律，發展基于重油分子結構信息的相平衡模型； (3)建立重油組分催化轉化性能的表征方法， 深化 對 重油特征分子 發生催化 裂化、加氫裂化反應機理 的認識； (4)在 期刊上發表論文 8 篇，申請發明專利 1件。 (1)開發較先進的靜態混合器強化溶劑重 油體系的傳質； (2)研究助流劑及其與萃余殘渣二元顆粒的機械及氣力輸送性能，建設過濾分離實驗裝置，研究大差異二元顆粒的過濾特性，考察細小殘渣顆粒在灰斗內的堆積特性； (3)對多種結構的噴嘴進行數值模擬和實驗研究，開發可以延緩閃蒸過程的噴嘴，提高瀝青殘渣顆粒的密度； (4)采用數值模擬方法和冷態實驗的方法，對不同尺寸和結構的造粒塔內的流動和分離特性進行研究，分析放大過程中可能出現的問題和原因。 (1)獲得原料預改質的優化工藝條件及較先進的靜態混合器，提高超臨界流體萃取分離的效率； (2)確定適合于萃余殘渣氣力 及機械輸送的工藝條件；確定適宜的過濾介質、濾袋結構、過濾特性、反吹方式和反吹特性； (3)確定適宜的霧化造粒噴嘴形式，開發出新結構的造粒噴嘴，深入了解造粒塔的放大規律； (4)發表論文 7 篇，申請發明專利 2件 年度 研究內容 預期目標 第 三 年 (1)進行 納米粒子間相互作用機制 的 探索研究 ， 完 成 動力學研究， 掌握各種操作條件 對反應速率的影響規律， 建立催化劑 失活動力學和產物分布 的 預測模型 ；制備性能較好的加氫脫金屬、脫硫、脫氮和裂化催化劑； (2)開展高 性能分子篩、原位晶化孔活性氧化鋁、高嶺土等多孔基質材料的研究開發工作，進行新型改性 Y 型分子篩的研究和工業化開發工作； (3)研究調變平衡催化劑單支鏈加氫異構和芳構性能的催化劑制備方法，進行放大催化劑 的 1000 成硫化型柴油加氫催化劑的放大制備，形成硫化型催化劑的制備技術和放大方法。 (1)探明納米粒子間的相互作用機制 ； 初步提出相應的動力學方程 ；完成加氫脫金屬、脫硫、脫氮和裂化催化劑的實驗室小試； (2)完成 12 種高性能重油轉化催化裂化催化劑的工業化生產； (3)確定 異構芳構催化劑組成，建立控制 石孔結構的合成方法，獲得新型的雙支鏈加氫異構催化劑，完成催化劑的放大和穩定性評價；形成硫化型柴油加氫催化劑的工業放大制備技術路線，完成工業放大制備和放大催化劑的活性穩定性評價； (4)在 期刊上發表論文 1620篇，申請發明專利 10件。 (1)進行重油殘渣與煤共氣化反應特性的基礎研究； (2)固定氣速，考察助流化劑引入比例對“助流化劑 +重油 殘渣 ”異性混合顆粒湍流床流化特性的影響 ； 固定助流化劑引入比例 ，考察環流床內環氣速、外環氣速以及提升管氣速的變化對異性顆粒耦合流化床床層壓降、床層的局部密度分布、床層內顆粒停留時間分布的影響； (3)建立 “助流化劑 +氣化灰渣 ”異性 顆粒體系 流動模型，并進行數值模型分析。 (1)掌握重油殘渣及重油殘渣與煤共氣化反應的規律，建立重油殘渣氣化及重油殘渣與煤共氣化的動力學模型； (2)獲得組分對 “助流化劑 +重油殘渣 ”異性混和顆粒體系流化特性的影響 ； 建立 “助流化劑 +重油殘渣 ”體系的流動模型 ； 獲得操作條件對 “助流化劑 +氣化灰渣 ”異性混合顆粒體系流化特性的影響初步建立 “助流化劑+氣化 灰渣 ”體系的流動模型 。 年度 研究內容 預期目標 第 四 年 (1)在模型催化劑上進行重油超臨界流體萃取窄餾分的催化轉化性能研究； (2)采用分子模擬和實驗研究相結合的方法闡明重油分子在催化劑上的吸附、擴散及反應行為， 研究重油特征分子在催化轉化過程中金屬物種的分布、遷移和反應規律； (3)將量子力學 /分子力學方法拓展到加氫脫金屬反應過程，研究其催化反應機理。 (1)獲得不同重油超臨界分離組分在催化劑上的反應性能規律，為構建基于孔道結構和酸性分布調變的重 油高效潔凈轉化催化劑體系奠定基礎；(2)建立 模型催化劑的制備方法 ， 確定重油特征分子 中的金屬 在化學轉化過程中 的 遷移規律 ，了解 加氫脫金屬的反應機理 ； (2)在 0篇，申請發明專利 1件。 2. 在重油梯級分離過程的放大規律及設計方法方面： (1)采用建立的熱力學模型，模擬梯級分離過程可引入萃取塔的物流對萃取分離塔各部位物料平衡及組成的影響； (2)采用直接取樣法和數值模擬方法，考察不同條件下助流劑與萃余殘渣二元顆粒的混合和分離特性； (3)基于理論分析、數值模擬 與實驗 測量 ， 研究大差異二元 顆粒體系旋流分離和過濾分離性能的計算模型； (4)對優選的噴嘴形式進行熱態實驗，測量噴嘴的特性參數和造粒后瀝青顆粒的密度和粒度，研究噴嘴放大規律； (5)對不同尺寸和結構的造粒塔內的多相流動、氣固分離、溶劑氣化和氣固換熱耦合過程進行研究，解決造粒塔的冷卻和溫度控制問題、粘性顆粒的氣固分離問題，為造粒塔的工業放大提供參考。 (1)優化確定引入物流的種類、位置和引入量； (2)掌握助流劑與萃余殘渣二元顆粒的混合、分離機理；提出大差異二元顆粒體系旋流分離理論和過濾分離模型；建立分離性能與氣固物性、操作條件和結構尺 寸的準則關系； (3)實現對瀝青顆粒密度和粒度的控制 ,提出噴嘴放大設計方法；了解造粒塔內復雜過程的關聯特性以及造粒塔放大設計方法； (4)發表論文 7 篇，申請發明專利 3件 年度 研究內容 預期目標 第 四 年 (1)探尋催化劑關鍵制備過程規律，建立催化劑制備平臺 ；進行加氫脫金屬和加氫脫硫催化劑 制備和性能評價放大的研究 ； (2)針對制備“半合成”催化裂化催化劑和“原位晶化”催化裂化催化劑的工藝要求 ,完成催化劑配方研究，進行工業化生產； (3)研究汽油辛 烷值恢復催化劑上的烯烴轉化和脫硫動力學、汽油加氫脫硫催化劑上的加氫脫硫 /不飽和烴加氫反應動力學、加氫脫硫催化劑和辛烷值恢復催化劑的失活機理，進行汽油加氫改質工藝過程模擬； (4)發展納米尺度上調節非負載型柴油加氫催化劑組成、粒子大小、形貌和孔結構及表面性質的方法；研究本體催化劑活性相組成、結構、形貌與其加氫脫硫、脫氮性能的關系，闡明催化劑制備方法、活化過程對活性相形成的影響規律，發展超高性能的活性相本體催化劑的制備方法。 (1)初步建立催化劑關鍵制備過程的數學模型 ，研制出重脫殘渣油加氫脫金屬和脫硫催化劑，達 到工業化條件或進行工業應用試驗； (2)完成 12 種高性能重油催化裂化催化劑的工業化生產； (3) 建立 過流程模擬實現加氫改質工藝的優化配置；形成非負載型柴油加氫催化劑的制備技術、完成催化劑的噸級放大試驗并進行催化劑的活性穩定性評價試驗； (4)在 表論文 1820篇，申請專利 1620件 ； (5)總結研究工作，提交總結報告。 (1)系統考察工藝條件對重油殘渣氣化的影響，進行重油殘渣與煤共 氣化研究； (2)進行氣化灰渣的燃燒反應規律研究； (3)固定環流床內環氣速、外環氣速以及提升管氣速不變，分別考察三種助流化劑的引入比例對耦合流化床 燃燒器 流化特性的 影響 ； (4)采用雙流