2012CB215000-G綠色低碳導(dǎo)向的高效煉油過程基礎(chǔ)研究_修正版

1、修正版項(xiàng)目名稱:綠色低碳導(dǎo)向的高效煉油過程基礎(chǔ)研究首席科學(xué)家:盧春喜中國石油大學(xué)（北京）起止年限:2012.1-2016.8依托部門:中國石油天然氣集團(tuán)公司、關(guān)鍵科學(xué)問題及研究?jī)?nèi)容本項(xiàng)目提出的石油資源加工新路線為： 針對(duì)我國石油原料偏重的特點(diǎn)，發(fā)展 重質(zhì)原料高效定向轉(zhuǎn)化催化裂化技術(shù)滿足汽、柴油等液體燃料的生產(chǎn)；開發(fā)高效低能耗的輕質(zhì)原料催化裂解制低碳烯烴新技術(shù)。同時(shí)，拓寬原料加工范圍，在滿 足液體燃料生產(chǎn)的前提下，開發(fā)重質(zhì)原料催化裂解制低碳烯烴新工藝， 將一部分 重質(zhì)原料用于生產(chǎn)低碳烯烴。本項(xiàng)目的“綠色低碳導(dǎo)向煉油技術(shù)路線”涉及到三 個(gè)關(guān)鍵工藝過程：“多區(qū)協(xié)控強(qiáng)化”的催化裂化工藝、輕質(zhì)原料移動(dòng)床

2、催化裂解 工藝、“分區(qū)耦合”的重質(zhì)原料耦合流化床催化裂解工藝。其化學(xué)反應(yīng)特征都是 石油餾分的定向催化轉(zhuǎn)化，化學(xué)工程特征都是多相流動(dòng)反應(yīng)的非線性高度耦合, 具有相同的科學(xué)/技術(shù)基礎(chǔ)。三個(gè)工藝過程涉及到多個(gè)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，包括反應(yīng)機(jī)理、催化材料、反應(yīng) -傳遞耦合、過程裝備、分離精制和系統(tǒng)集成優(yōu)化6個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，只有在對(duì)上述6 個(gè)領(lǐng)域的核心科學(xué)問題深入認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上， 開發(fā)出高效的創(chuàng)新技術(shù)并形成系統(tǒng)的 集成理論和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，才能實(shí)現(xiàn)不同品質(zhì)石油資源的高效利用、 最大限度多產(chǎn)輕質(zhì)油品和低碳烯烴，減少不良副產(chǎn)物，減排降耗，實(shí)現(xiàn)“高效綠色煉油”圖2 “綠色低碳導(dǎo)向的高效煉油過程”6個(gè)技術(shù)領(lǐng)域之間的關(guān)系介型催

3、化裂化/裂解成套為了實(shí)現(xiàn)催化裂化和低碳烯烴“綠色、高效”的生產(chǎn)過程，上述 6個(gè)技術(shù)領(lǐng) 域之間的關(guān)系應(yīng)如圖2所示。其中，反應(yīng)機(jī)理和催化材料的研究是新工藝技術(shù)開 發(fā)的理論基礎(chǔ)，兩者往往也是緊密關(guān)聯(lián)、交互進(jìn)行的，對(duì)反應(yīng)機(jī)理的正確認(rèn)識(shí)有 助于指導(dǎo)高效催化材料的開發(fā)，而新型催化材料往往又帶來反應(yīng)機(jī)理的改變。反 應(yīng)一傳遞耦合以反應(yīng)工藝和催化材料領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，通過在介觀尺度上研究 多相流動(dòng)和非均相反應(yīng)之間的協(xié)同性問題，獲得與反應(yīng)相匹配的最佳多相流動(dòng)狀 態(tài)和多相流動(dòng)調(diào)控方法，為反應(yīng)器設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。過程裝備領(lǐng)域的研究則是在宏 觀尺度上通過開發(fā)與工藝條件匹配的先進(jìn)裝備和掌握裝備放大規(guī)律， 發(fā)現(xiàn)和解決 新工藝技

4、術(shù)產(chǎn)業(yè)化的制約環(huán)節(jié)，為新工藝技術(shù)的最終產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)， 同時(shí)可進(jìn) 一步強(qiáng)化反應(yīng)過程。此外，對(duì)于生產(chǎn)低碳烯烴過程，產(chǎn)品的分離精制也是一個(gè)需 要解決的課題，分離精制領(lǐng)域的研究應(yīng)以新工藝產(chǎn)物分布特性和狀態(tài)為基礎(chǔ)， 以 節(jié)能降耗為目標(biāo)，尋找最佳的產(chǎn)品分離精制方法。 系統(tǒng)集成優(yōu)化研究是在上述5個(gè)方面研究的基礎(chǔ)上，通過集成優(yōu)化，最大限度地滿足原料、催化反應(yīng)、分離過 程和關(guān)鍵裝備間的高效協(xié)同，實(shí)現(xiàn)“綠色低碳導(dǎo)向高效煉油”為了構(gòu)筑最優(yōu)反應(yīng)歷程，創(chuàng)造與之協(xié)調(diào)對(duì)應(yīng)的流動(dòng)反應(yīng)耦合系統(tǒng)及定向轉(zhuǎn)化催化劑，開發(fā)石油資源高效率、低能耗的定向催化轉(zhuǎn)化新工藝， 是實(shí)現(xiàn)綠色低碳 導(dǎo)向高效煉油新技術(shù)的關(guān)鍵，需解決以下 三個(gè)方面的關(guān)

5、鍵科學(xué)問題：1、輕、重石油餾分催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)歷程及調(diào)控規(guī)律在本項(xiàng)目研究中，深入認(rèn)識(shí)反應(yīng)特性和轉(zhuǎn)化歷程，掌握轉(zhuǎn)化歷程調(diào)控規(guī)律是實(shí)現(xiàn)新工藝技術(shù)的基礎(chǔ)。對(duì)于本項(xiàng)目研究的催化裂化過程，需要進(jìn)一步深化認(rèn)識(shí)不同組分烴類在反應(yīng)器不同區(qū)域內(nèi)的反應(yīng)特性及轉(zhuǎn)化歷程，以深入了解工藝條件 和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)反應(yīng)特性及轉(zhuǎn)化歷程的影響規(guī)律。在目前催化裂化原料重質(zhì)化和劣質(zhì)化的背景下，需要加強(qiáng)對(duì)重質(zhì)劣質(zhì)原料反應(yīng)特性和轉(zhuǎn)化歷程的深入研究，這 將有助于實(shí)現(xiàn)催化劑的“量體裁衣”設(shè)計(jì)，并同時(shí)指導(dǎo)工藝條件和工程裝備的優(yōu) 化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步改善產(chǎn)品分布、 提高產(chǎn)品收率的目的。對(duì)于本項(xiàng)目要實(shí) 施的催化裂解工藝過程，也需要根據(jù)原料和反應(yīng)環(huán)境的

6、不同，深入研究不同原料在不同催化劑上、不同反應(yīng)環(huán)境（移動(dòng)床或流化床）內(nèi)的催化裂解轉(zhuǎn)化歷程，從 而為新型催化劑開發(fā)、工藝條件優(yōu)化、新型反應(yīng)器及相關(guān)工程裝備開發(fā)提供指導(dǎo)。為此，需要攻克如下幾個(gè)關(guān)鍵科學(xué)難題:（1）針對(duì)催化裂化過程，深入研究不同組分原料（尤其是重質(zhì)和劣質(zhì)原料） 的催化裂化反應(yīng)的途徑以及熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)行為，定量確定有效促進(jìn)主反應(yīng)進(jìn)行、 抑制副反應(yīng)發(fā)生的影響因素，優(yōu)化反應(yīng)溫度、停留時(shí)間、劑油比、反應(yīng)壓力等工藝條件，確定適宜的操作域；（2）針對(duì)輕質(zhì)原料催化裂解過程的 EUO與ZSM-5共晶分子篩，通過對(duì)以 類固相晶化中前軀體導(dǎo)向、模板組裝、過程控制等為特征的分子篩制備化學(xué)的系 統(tǒng)認(rèn)識(shí)，確定

7、共生共存分子篩的晶體取向生長(zhǎng)、 形貌結(jié)構(gòu)調(diào)控和活性位結(jié)構(gòu)定位 的作用，形成多維化多尺度的分子篩催化材料體系， 建立相應(yīng)的主劑和助劑材料的高效合成方法以及基于上述催化材料的催化劑設(shè)計(jì)和放大制備技術(shù)。在催化劑 研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)考察催化裂解反應(yīng)的途徑以及熱力學(xué)、 動(dòng)力學(xué)行為，以確定 最佳的反應(yīng)工藝條件和適宜的操作域；（3）針對(duì)重質(zhì)原料的催化裂解過程，深入研究具有復(fù)合孔道的雙功能分子 篩催化材料的合成理論及方法，發(fā)展硅鋁比、晶粒、孔道、酸性等物化特性的調(diào)控理論和方法，結(jié)合匹配的催化劑設(shè)計(jì)理論和方法滿足對(duì)催化劑功能的多種要 求。在催化劑研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)考察重質(zhì)原料催化裂解兩種反應(yīng)機(jī)理在不同反 應(yīng)工藝

8、條件下的不同反應(yīng)特性，分別優(yōu)化出最佳的工藝條件。針對(duì)上述問題的解決，設(shè)置“煉油過程烴類轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性和規(guī)律”和“石油 餾分高效轉(zhuǎn)化催化材料和催化劑” 2個(gè)課題02、多相流動(dòng)反應(yīng)系統(tǒng)非線性特征及耦合調(diào)控規(guī)律煉油工業(yè)催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)系統(tǒng)往往涉及復(fù)雜的多相流反應(yīng)系統(tǒng)的高度耦合。由 于多相流系統(tǒng)中流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)行為具有高度非線性特征，利用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)或數(shù) 值模擬手段很難深入認(rèn)識(shí)這些復(fù)雜的多相流規(guī)律，也難以進(jìn)行有效的調(diào)控使傳遞 環(huán)境與反應(yīng)相協(xié)同。以本項(xiàng)目所研究的催化裂化系統(tǒng)為例，其反應(yīng)系統(tǒng)存在功能要求不同的四個(gè) 區(qū)：提升管進(jìn)料區(qū)要求顆粒強(qiáng)返混以實(shí)現(xiàn)油劑間的高效接觸， 提升管反應(yīng)區(qū)要求 最大程度抑制顆粒的返混以提

9、高目的產(chǎn)品的選擇性， 包括提升管出口區(qū)和沉降器汽提區(qū)的后反應(yīng)系統(tǒng)則同時(shí)要求快速終止反應(yīng)和高效回收產(chǎn)品和催化劑，這就需要稀相離心分離和密相接觸兩種較大差異的氣固兩相流體系的高效強(qiáng)化和耦合。目前，在實(shí)際工業(yè)催化裂化裝置中，上述各區(qū)的實(shí)際傳遞狀況都和理想要求存在 或大或小的差距，需要進(jìn)一步借助更為先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬手段強(qiáng)化多相流流 動(dòng)傳遞特征的認(rèn)識(shí)，獲得更加有效的調(diào)控規(guī)律，使實(shí)際傳遞環(huán)境和反應(yīng)特性更加 匹配。另外，由于各區(qū)反應(yīng)特性的差異，造成各區(qū)內(nèi)的傳遞環(huán)境也相差很大，需 要發(fā)展各區(qū)之間的高效耦合方法， 以實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域不同流型間的瞬態(tài)過度。 上述 分析是本項(xiàng)目“多區(qū)協(xié)控強(qiáng)化”高效催化裂化技術(shù)的核心

10、思想。對(duì)于本項(xiàng)目所研究的催化裂解工藝，由于涉及更復(fù)雜的分區(qū)耦合流化床反應(yīng)器系統(tǒng)以及移動(dòng)床反應(yīng)再生體系，也必將遇到類似的耦合調(diào)控問題，因此也需要 強(qiáng)化這一方面的研究。為此，需要攻克如下幾個(gè)關(guān)鍵科學(xué)難題:(1) 深化對(duì)煉油過程多相流動(dòng)介觀尺度結(jié)構(gòu)演化的認(rèn)識(shí)和理解，發(fā)展多尺 度多相流體力學(xué)模型；綜合考慮氣相湍流擬序結(jié)構(gòu)的影響及顆粒間的碰撞作用, 研究顆粒團(tuán)聚效應(yīng)對(duì)氣固相間作用、傳質(zhì)、反應(yīng)過程的影響；(2) 系統(tǒng)研究煉油過程多相流動(dòng)-反應(yīng)耦合系統(tǒng)的微觀流動(dòng)結(jié)構(gòu)的變化及其 對(duì)傳質(zhì)、傳熱動(dòng)力學(xué)特征的影響規(guī)律，建立多相流動(dòng)反應(yīng)耦合系統(tǒng)非線性特征描 述方法和傳遞與反應(yīng)雙向耦合數(shù)學(xué)模型，揭示多相流動(dòng)傳遞與反應(yīng)的

11、非線性耦合規(guī)律；(3) 建立煉油過程多相流動(dòng)一反應(yīng)耦合系統(tǒng)的調(diào)控理論，發(fā)展實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過 程最佳傳遞環(huán)境的調(diào)控方法，開發(fā)與反應(yīng)過程高效協(xié)同的新型反應(yīng)器及其關(guān)鍵過 程裝備，并建立其綜合性能數(shù)學(xué)模型和工程放大設(shè)計(jì)方法。針對(duì)上述問題的解決，設(shè)置“多相流動(dòng)反應(yīng)耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征分析及模 型化”和“關(guān)鍵過程裝備強(qiáng)化方法及放大規(guī)律”2個(gè)課題。3. 裂解產(chǎn)物多相平衡和傳遞規(guī)律石油餾分催化裂解過程由于催化劑在反應(yīng)和再生器之間的連續(xù)循環(huán)使產(chǎn)物 組分較蒸汽裂解過程更為復(fù)雜，現(xiàn)有深冷分離流程不僅不能直接采用，而且設(shè)備 投資和能耗會(huì)更高，需要開發(fā)全新的低投資、低能耗分離流程。本項(xiàng)目提出了一 種創(chuàng)新型的水合分離新方法，它

12、通過與膜分離、吸收進(jìn)行組合，形成了一條能夠 在常溫低壓環(huán)境下實(shí)現(xiàn)裂解氣高效分離的新流程，將有望大幅度降低裂解氣分離 過程的能耗。這一新型裂解氣分離流程雖然具有鮮明的創(chuàng)新性， 但要真正實(shí)現(xiàn)工 業(yè)化、取代傳統(tǒng)的深冷分離流程仍存在很大的難度， 需要進(jìn)行一系列系統(tǒng)的基礎(chǔ) 研究工作，以獲得不同裂解氣產(chǎn)物在水合、膜分離以及吸收過程所涉及的復(fù)雜相 平衡特性和相傳遞規(guī)律的深入認(rèn)識(shí)，最終在此基礎(chǔ)上建立不同分離方法的優(yōu)化組 合流程。為此，需要解決以下幾個(gè)方面的基礎(chǔ)問題：(1) 取得裂解產(chǎn)物相關(guān)的氣-液、氣-水合物、氣-液-水合物等不同類型的相 平衡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立相平衡熱力學(xué)模型;(2) 研究裂解產(chǎn)物的相關(guān)組分在氣

13、-液間、氣-水合物間、氣-膜間的傳遞規(guī) 律，從水合物孔穴、?？椎?、膠團(tuán)等介觀尺度上深刻認(rèn)識(shí)相際傳質(zhì)機(jī)制，開發(fā)基 于非平衡熱力學(xué)的傳遞模型，結(jié)合相平衡模型，建立分離過程的數(shù)值模擬方法。（3）進(jìn)行膜一吸收耦合脫除NOx和C02、膜分離脫氫、吸收一水合分離Ci、C2關(guān)鍵組分的基礎(chǔ)研究，開發(fā)膜分離、水合、吸收組合的低碳烯烴產(chǎn)品分離流 程，通過全過程模擬和參數(shù)優(yōu)化確定最優(yōu)的組合方案。針對(duì)上述問題的解決，設(shè)置“煉油過程低碳產(chǎn)品高效分離與精制” 1個(gè)課題。在上述5個(gè)課題研究?jī)?nèi)容基礎(chǔ)上，為形成石油餾分高效轉(zhuǎn)化關(guān)鍵過程的系統(tǒng) 集成理論和創(chuàng)新技術(shù)，設(shè)置第6個(gè)課題一一“石油資源高效轉(zhuǎn)化關(guān)鍵過程的工程 化集成”。二、

14、預(yù)期目標(biāo)1. 總體目標(biāo)(1)獲得煉油過程輕、重不同性質(zhì)原料催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性、多相反應(yīng)流動(dòng)特性及產(chǎn)物相平衡特性的深入認(rèn)識(shí)， 形成指導(dǎo)石油餾分定向轉(zhuǎn)化的理論體系； 探 索石油餾分“定向轉(zhuǎn)化”關(guān)鍵過程強(qiáng)化與減排降耗的新途徑；(2)提出煉油過程石油餾分“高效定向轉(zhuǎn)化”的新途徑，開發(fā)高效定向轉(zhuǎn)化 催化材料與催化劑、反應(yīng)一分離工藝方法及關(guān)鍵裝備，奠定成套工藝開發(fā)的技術(shù) 基礎(chǔ)；(3)形成適應(yīng)從輕質(zhì)到重質(zhì)原料的催化裂解生產(chǎn)低碳烯烴的技術(shù)路線，建立中試裝置，使低碳烯烴產(chǎn)率較傳統(tǒng)蒸汽裂解過程提高12個(gè)百分點(diǎn)以上，綜合能耗降低20%對(duì)于汽、柴油等液體燃料加工，在工業(yè)規(guī)模裝置上，力求使以重質(zhì)石油餾分為原料的催化裂化過

15、程液體產(chǎn)品收率提高2.0個(gè)百分點(diǎn)，綜合能耗降低 15%2. 五年預(yù)期目標(biāo)(1) 針對(duì)石油煉制的兩個(gè)關(guān)鍵過程，建立不同性質(zhì)石油餾分催化轉(zhuǎn)化工藝創(chuàng) 新與過程協(xié)同相結(jié)合的基本理論和技術(shù)體系： 揭示煉油過程石油餾分定向轉(zhuǎn)化反 應(yīng)特性；基于石油餾分催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性新認(rèn)識(shí)， 形成煉油過程石油資源高效定 向轉(zhuǎn)化的新方法，建立關(guān)鍵過程裝備設(shè)計(jì)方法；(2)對(duì)于低碳烯烴生產(chǎn)過程，針對(duì)不同性質(zhì)的輕、重組分，采用不同的路線, 發(fā)展基于反應(yīng)特性新認(rèn)識(shí)的低碳烯烴生產(chǎn)創(chuàng)新工藝，研制用于輕質(zhì)原料催化裂解 的新型EUO和ZSM-5共晶分子篩催化材料、催化劑及其制備方法，研制用于重 質(zhì)原料催化裂解的復(fù)合孔道雙功能催化劑及其制備方

16、法， 發(fā)展針對(duì)輕、重原料催 化裂解過程的移動(dòng)床反應(yīng)器和“分區(qū)耦合”的流化床反應(yīng)器，開發(fā)相關(guān)關(guān)鍵過程 裝備，發(fā)展新的低能耗產(chǎn)品分離精制流程，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的石油餾分高 效定向轉(zhuǎn)化生產(chǎn)低碳烯烴新工藝，并建立實(shí)驗(yàn)室中試裝置；(3)發(fā)展以“多區(qū)協(xié)控強(qiáng)化”為核心理念的催化裂化新技術(shù)，建立關(guān)鍵過程裝備強(qiáng)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)放大方法及綜合數(shù)學(xué)模型。開發(fā)有效抑制反應(yīng)-流動(dòng)低耦合度區(qū)域的理論方法及技術(shù)、加強(qiáng)床層的傳熱、傳質(zhì)調(diào)控。建立工業(yè)化應(yīng)用示范 裝置。(4)在國內(nèi)外核心期刊發(fā)表論文150篇，其中SCI或EI收錄論文100篇, 申請(qǐng)國家發(fā)明專利41項(xiàng)。(5)在相關(guān)研究領(lǐng)域的國際學(xué)術(shù)前沿占有一席之地，培養(yǎng)和造就10

17、名左右國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人，20名左右相關(guān)領(lǐng)域研究骨干，形成一支在國內(nèi)外 具有一定影響力的技術(shù)創(chuàng)新群體，培養(yǎng) 55名博士和120名碩士，為我國化石能 源領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展奠定人才基礎(chǔ)。三、研究方案1. 總體學(xué)術(shù)思路本項(xiàng)目研究的總體學(xué)術(shù)思路如圖 3所示。1、本項(xiàng)目著重考察石油餾分“高效定向轉(zhuǎn)化”，根據(jù)輕、重原料性質(zhì)的不同,以煉油過程的兩個(gè)典型工藝一一低碳烯烴生產(chǎn)和催化裂化為研究對(duì)象，深化對(duì)煉 油過程石油餾分催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性和反應(yīng)歷程的認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)石油資源定向催化轉(zhuǎn) 化，發(fā)展基于反應(yīng)特性新認(rèn)識(shí)的催化轉(zhuǎn)化新工藝;2、基于不同性質(zhì)石油餾分催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性新認(rèn)識(shí)和反應(yīng)歷程調(diào)控方法, 發(fā)展定向轉(zhuǎn)化催化劑設(shè)

18、計(jì)與制備技術(shù);3、基于關(guān)鍵過程多相流動(dòng)-反應(yīng)系統(tǒng)非線性特性及耦合規(guī)律，開發(fā)配套新裝 備，發(fā)展工程放大設(shè)計(jì)方法;4、基于石油餾分催化轉(zhuǎn)化產(chǎn)物間相平衡特征及耦合分離規(guī)律，發(fā)展新的高效低能耗產(chǎn)品分離技術(shù);5、發(fā)展和形成石油資源高效定向轉(zhuǎn)化關(guān)鍵過程的系統(tǒng)集成理論與創(chuàng)新技術(shù),并進(jìn)行中試放大和工業(yè)化應(yīng)用示范。石油餾分催化轉(zhuǎn) 化反應(yīng)歷程油懈分高效定向多相流動(dòng)反應(yīng)系統(tǒng)非線性特征裂解產(chǎn)物多相平衡和傳遞規(guī)律1. 石油餾分催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)歷程的調(diào)控方法2. 多相流動(dòng)反應(yīng)系統(tǒng)的耦合調(diào)控方法3. 裂解產(chǎn)物高效分離與精制方法1. 新型關(guān)鍵過程裝備及工程放大設(shè)計(jì)方法2. 定向轉(zhuǎn)化催化劑的設(shè)計(jì)與制備技術(shù)3. 裂解產(chǎn)物高效分離與精

19、制技術(shù)4. 關(guān)鍵過程的工程化集成技術(shù)科/>學(xué)目r石油標(biāo)J餾分技高效 轉(zhuǎn)化 成套技術(shù)目嚴(yán)標(biāo)/1 )項(xiàng)目研究的總體學(xué)術(shù)思路2. 技術(shù)路線根據(jù)上述學(xué)術(shù)思路，本研究擬按照如圖 4所示的技術(shù)路線開展工作:1、實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)的技術(shù)路線：以煉油過程中輕、重不同性質(zhì)的石油餾分高效定向轉(zhuǎn)化為導(dǎo)向，針對(duì)催化裂化和催化裂解生產(chǎn)過程，獲得對(duì)石油餾分催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性的深入認(rèn)識(shí)和反應(yīng)歷程調(diào)控方法；在深入揭示定向催化轉(zhuǎn)化過程中擴(kuò) 散、吸附和催化轉(zhuǎn)化及產(chǎn)物分布調(diào)控機(jī)制的基礎(chǔ)上，解析反應(yīng)原料、催化劑性質(zhì) 和產(chǎn)品分布的共性規(guī)律，發(fā)展定向轉(zhuǎn)化催化材料和催化劑的設(shè)計(jì)與制備方法；揭 示關(guān)鍵過程多相流動(dòng)反應(yīng)系統(tǒng)非線性特征及耦合規(guī)律，

20、掌握關(guān)鍵過程裝備設(shè)計(jì)方 法及放大規(guī)律；發(fā)展工藝-催化劑體系-工程裝備優(yōu)化匹配的綜合集成方法，建立 工業(yè)化示范裝置。2、實(shí)現(xiàn)技術(shù)目標(biāo)的技術(shù)路線：基于對(duì)煉油過程石油烴類催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性和多相流動(dòng)-反應(yīng)系統(tǒng)非線性特征及耦合規(guī)律的認(rèn)識(shí)，發(fā)展石油烴類高效定向轉(zhuǎn) 化新工藝，開發(fā)新的關(guān)鍵裝備，研制定向轉(zhuǎn)化催化材料和催化劑，實(shí)施工藝、工 程裝備、催化劑、分離精制各層面優(yōu)化匹配的成套集成技術(shù)，并獲得示范應(yīng)用。圖4實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目研究目標(biāo)的技術(shù)路線3. 與國內(nèi)外同類研究相比的創(chuàng)新性和特色.主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)(1) 理念創(chuàng)新:針對(duì)石油煉制過程中的“高效定向轉(zhuǎn)化”與“綠色減排降耗”具有相同的科 學(xué)實(shí)質(zhì)這一關(guān)鍵問題，結(jié)合我國石油資源的

21、特點(diǎn)，將輕、重原料分別采用不同的 加工方法。提出了以石油餾分“催化裂解”替代“熱裂解”的低碳烯烴生產(chǎn)技術(shù) 理念；抓住催化裂化和催化裂解相同的科學(xué)實(shí)質(zhì)，提出了反應(yīng) -多相流動(dòng)耦合強(qiáng) 化的“多區(qū)協(xié)控強(qiáng)化”理念，在此創(chuàng)新理念引領(lǐng)下，從最大限度實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程內(nèi) 部傳遞環(huán)境與反應(yīng)歷程的協(xié)同性入手，進(jìn)而形成以調(diào)控化學(xué)轉(zhuǎn)化為中心，基于對(duì)反應(yīng)特性的新認(rèn)識(shí)，發(fā)展煉油過程高效定向轉(zhuǎn)化催化裂化和多產(chǎn)低碳烯烴新工 藝，并研發(fā)與之相適應(yīng)的催化新材料和催化劑、配套的新裝備技術(shù)和低能耗高效產(chǎn)品分離技術(shù)，創(chuàng)造與最優(yōu)反應(yīng)歷程協(xié)調(diào)的傳遞環(huán)境和后續(xù)分離精制過程，形成 優(yōu)化集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“綠色低碳導(dǎo)向高效煉油”(2) 路線創(chuàng)新：針對(duì)煉

22、油過程這一國民經(jīng)濟(jì)的重要工業(yè)領(lǐng)域，選擇產(chǎn)物需 求大、附加值高、工業(yè)影響深遠(yuǎn)的催化裂化生產(chǎn)液體燃料和催化裂解生產(chǎn)低碳烯烴為主攻目標(biāo)，提出了以擇形分子篩和大孔分子篩為主要催化材料，以移動(dòng)床反應(yīng)器、新型“多區(qū)協(xié)控強(qiáng)化”耦合流化床反應(yīng)器為關(guān)鍵工程裝備的輕質(zhì)、重質(zhì)原 料催化裂解生產(chǎn)低碳烯烴和催化裂化生產(chǎn)液體燃料的三種工藝路線， 形成新裝備 設(shè)計(jì)與反應(yīng)歷程相融合的高效運(yùn)行技術(shù)方案； 從工藝-催化劑-工程裝備-分離精制 的綜合體系進(jìn)行集成優(yōu)化，以達(dá)到不同品質(zhì)石油資源的高效利用和與環(huán)境的和諧 共處;(3) 方法創(chuàng)新：基于反應(yīng)特性新認(rèn)識(shí)和多相流動(dòng)-反應(yīng)系統(tǒng)非線性特征及耦 合規(guī)律，通過開發(fā)和利用移動(dòng)床反應(yīng)-再生系

23、統(tǒng)裝備、“多區(qū)協(xié)控強(qiáng)化”高效濃密 相耦合氣固流化床反應(yīng)-再生系統(tǒng)裝備、強(qiáng)返混的陣列進(jìn)料系統(tǒng)、抗滑落平流推 進(jìn)提升管反應(yīng)器、環(huán)流預(yù)汽提超短快分系統(tǒng)、再生劑增強(qiáng)化學(xué)汽提系統(tǒng)及分子篩 組合催化劑，實(shí)現(xiàn)煉油過程石油資源的高效定向轉(zhuǎn)化； 在工程設(shè)計(jì)中將反應(yīng)一分 離過程耦合集成形成成套技術(shù)，并獲得示范應(yīng)用。二、項(xiàng)目特色(1)針對(duì)性：鑒于煉油過程石油餾分高效轉(zhuǎn)化生產(chǎn)液體燃料和低碳烯烴過 程產(chǎn)品附加值大、能耗所占比例大，采取以石油餾分催化轉(zhuǎn)化為核心，實(shí)現(xiàn)其高 效定向轉(zhuǎn)化，根本途徑是通過開發(fā)新型反應(yīng)體系并進(jìn)行反應(yīng)深度有效調(diào)控， 優(yōu)化 反應(yīng)歷程，發(fā)展創(chuàng)新工藝，對(duì)其中所涉及的關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)行研究， 建立煉油過 程石

24、油餾分催化轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)理論體系， 并以此為指導(dǎo)發(fā)展催化轉(zhuǎn)化新技術(shù)， 研究 對(duì)象和研究目標(biāo)明確，針對(duì)性強(qiáng)。（2）前瞻性：我國石油資源的最大特點(diǎn)是原料偏重；隨著目前石油資源的日益緊缺，全球都面臨著石油資源日益重質(zhì)化、 劣質(zhì)化的挑戰(zhàn)。催化裂化是一個(gè)能夠有效將重質(zhì)石油餾分轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)液體燃料和有機(jī)化工原料的工藝過程，進(jìn) 步優(yōu)化其催化劑、工藝和裝備有利于有限的石油資源的高效定向轉(zhuǎn)化， 降低排放 與能耗，有利于國民經(jīng)濟(jì)加快發(fā)展。與此同時(shí)，以乙烯和丙烯為代表的低碳烯烴 是最重要化工原料，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷快速增長(zhǎng)，未來低碳烯烴的需求將逐漸 增加。另一方面，目前低碳烯烴生產(chǎn)以熱裂解為主，原料利用率低且排放高，而石

25、油則是日趨緊缺的寶貴資源，因此開發(fā)新型高效的，能夠采用輕質(zhì)、重質(zhì)原料 的低碳烯烴生產(chǎn)工藝技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)石油資源的高效利用和低碳烯烴生產(chǎn)過程的節(jié) 能減排適應(yīng)我國能源戰(zhàn)略的發(fā)展趨勢(shì)。本項(xiàng)目對(duì)于石油煉制中催化裂化和低碳烯烴生產(chǎn)兩個(gè)重要過程，以實(shí)現(xiàn)石油 資源高效定向轉(zhuǎn)化為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)歷程調(diào)控方法、定向轉(zhuǎn)化催化劑設(shè) 計(jì)與制備方法、多相流動(dòng)-反應(yīng)系統(tǒng)非線性特征及耦合規(guī)律、關(guān)鍵過程裝備開發(fā) 及放大設(shè)計(jì)、反應(yīng)與分離過程的優(yōu)化匹配和石油餾分轉(zhuǎn)化關(guān)鍵過程集成方法等方 面的基礎(chǔ)理論問題開展研究，為煉油過程石油餾分催化定向轉(zhuǎn)化新技術(shù)的開發(fā)奠 定理論基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)“高效定向轉(zhuǎn)化”與“綠色減排降耗”的統(tǒng)一，符合能源與

26、環(huán) 境和諧發(fā)展的國家能源戰(zhàn)略，具有明顯的前瞻性。（3）創(chuàng)新性：本項(xiàng)目的關(guān)鍵科學(xué)問題和研究?jī)?nèi)容是在全面調(diào)研國內(nèi)外研究 現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提出來的，涉及煉油過程石油餾分高效定向轉(zhuǎn)化關(guān)鍵過程開發(fā)的基 礎(chǔ)理論問題（如催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)歷程的調(diào)控方法、多相流動(dòng)-反應(yīng)系統(tǒng)非線性特征 及耦合規(guī)律、非烴類組分與低碳烯烴組分間的相平衡特性及其對(duì)分離耦合的影響 規(guī)律）及關(guān)鍵技術(shù)問題（如定向轉(zhuǎn)化催化劑的設(shè)計(jì)與制備， 關(guān)鍵過程裝備開發(fā)及放大設(shè)計(jì)，高效、低能耗產(chǎn)品分離精制方法，工藝集成及優(yōu)化控制方法等），把煉油過程中的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)作為一個(gè)整體系統(tǒng)進(jìn)行研究，具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性。（4）系統(tǒng)性：本項(xiàng)目根據(jù)石油資源原料性質(zhì)的不同，圍繞煉油過

27、程石油餾 分轉(zhuǎn)化關(guān)鍵過程，以“最大限度實(shí)現(xiàn)原料、催化反應(yīng)歷程、關(guān)鍵裝備和產(chǎn)品分離 精制間的高效協(xié)同”的理念為指導(dǎo)，以開發(fā)新型高效的低碳烯烴生產(chǎn)工藝和提高 催化裂化液體收率為中心，形成包括反應(yīng)特性新認(rèn)識(shí) -反應(yīng)歷程調(diào)控方法-定向轉(zhuǎn) 化催化劑設(shè)計(jì)與制備方法-多相流動(dòng)反應(yīng)系統(tǒng)非線性特征及耦合規(guī)律-關(guān)鍵過程 裝備開發(fā)及放大設(shè)計(jì)-產(chǎn)品分離精制方法耦合及優(yōu)化-工藝集成和優(yōu)化控制方法一整套指導(dǎo)煉油過程石油資源高效定向轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)理論；圍繞項(xiàng)目技術(shù)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)問題展開研究，形成成套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的總體研究目標(biāo)。（5）綜合性：本項(xiàng)目研究充分體現(xiàn)了多學(xué)科交叉與滲透的特點(diǎn)，涉及化學(xué) 工程、工業(yè)催化、化學(xué)工藝

28、、自動(dòng)控制等多個(gè)工程學(xué)科領(lǐng)域以及無機(jī)化學(xué)、物理 化學(xué)、材料化學(xué)等多個(gè)化學(xué)領(lǐng)域，是一項(xiàng)綜合性極強(qiáng)的研究項(xiàng)目，其研究目標(biāo)的 成功實(shí)現(xiàn)，必將帶動(dòng)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。4. 取得重大突破的可行性分析1、項(xiàng)目研究方案的形成有長(zhǎng)期的工作積累：本項(xiàng)目的核心思想是基于對(duì)不 同性質(zhì)石油餾分催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性的深入認(rèn)識(shí)，通過開發(fā)新型反應(yīng)體系或進(jìn)行反 應(yīng)深度有效調(diào)控，優(yōu)化反應(yīng)歷程，并研制與之相適應(yīng)的催化新材料和催化劑、相 配套的強(qiáng)化裝備及相耦合的工藝集成，創(chuàng)造與最優(yōu)反應(yīng)歷程協(xié)調(diào)的過程傳遞環(huán)境，最大限度實(shí)現(xiàn)“原料、催化反應(yīng)歷程、關(guān)鍵裝備和產(chǎn)品分離精制間的高效協(xié) 同”對(duì)于這一技術(shù)路線，項(xiàng)目組成員已進(jìn)行了大量的前期工作，取得了一

29、系列 的研究成果，證實(shí)了其可行性。2、項(xiàng)目研究的關(guān)鍵技術(shù)有充分的知識(shí)儲(chǔ)備：本項(xiàng)目研究目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)要求在 下述六個(gè)方面獲得新認(rèn)識(shí)或技術(shù)上的突破，一是煉油過程石油餾分轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性 和調(diào)控規(guī)律，二是石油餾分高效定向轉(zhuǎn)化催化材料和催化劑， 三是多相流動(dòng)反應(yīng) 耦合系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)特征和及耦合規(guī)律，四是關(guān)鍵過程裝備強(qiáng)化方法及放大 規(guī)律，五是煉油過程低碳產(chǎn)品高效分離與精制， 六是石油資源的高效轉(zhuǎn)化過程的 工程化集成。對(duì)此，參加本項(xiàng)目研究的單位在不同方面已有充分的知識(shí)儲(chǔ)備：（1）項(xiàng)目主要承擔(dān)單位中國石油大學(xué)（北京）長(zhǎng)期從事石油餾分催化轉(zhuǎn)化 反應(yīng)機(jī)理、催化新材料及催化劑、化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)行為及催化轉(zhuǎn)化過程

30、 工藝研究，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和雄厚的基礎(chǔ)。系統(tǒng)進(jìn)行了以加工重質(zhì)原料為主的催化裂化反應(yīng)工藝條件優(yōu)化、提升管沿程 動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)控制技術(shù)和由 C4烴類、汽油餾分、減壓餾分到常壓重油的催化裂 解制低碳烯烴反應(yīng)機(jī)理及化學(xué)工藝等方面的研究，形成了獨(dú)特的石油餾分催化轉(zhuǎn) 化反應(yīng)工藝?yán)碚摲治龊蛯?shí)驗(yàn)研究方法，取得了顯著進(jìn)展。通過改進(jìn)和優(yōu)化催化材料催化劑的孔結(jié)構(gòu)、元素化學(xué)調(diào)變等方法對(duì)分子篩催 化劑的酸性及脫氫功能的調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)某些特定元素既可調(diào)變催化劑的酸性質(zhì),可調(diào)變其堿性質(zhì)甚至是氧化還原性能， 提出了以納米微晶為結(jié)構(gòu)單元，組裝納米 復(fù)合多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)的酸性分子篩體系 用于輕烴裂解反應(yīng)以及 以不同孔結(jié)構(gòu)分子篩的組配和含

31、介孔結(jié)構(gòu)的擇形分子篩作為基本活性組分體系用于重質(zhì)原料催化 裂解的學(xué)術(shù)思想。有關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表于 Journal of Catalysis Applied Catalysis A:Gen era、Catalysis Today Catalysis Letters 及 Catalysis Com mun icatio ns 等國外著 名催化期刊上。(2)中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院針對(duì)不同輕、重不同品 質(zhì)原料轉(zhuǎn)化過程特點(diǎn)，深入開展了催化劑設(shè)計(jì)、合成及催化劑工程設(shè)計(jì)等方面的 系統(tǒng)研究，旨在通過催化劑粉體制備、織構(gòu)控制及其兩者之間的相互匹配， 達(dá)到控制和調(diào)變工業(yè)粒度催化劑性能的目的。在常規(guī)

32、顆粒級(jí)催化劑和獨(dú)特研發(fā)整體/ 結(jié)構(gòu)化催化劑制備與性能調(diào)變上有相當(dāng)?shù)墓ぷ鞣e累和一定程度的突破。這些工作的系統(tǒng)開展和科學(xué)思想凝練，為解決本項(xiàng)目的關(guān)鍵科學(xué)問題“煉油過程石油餾分轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性和調(diào)控規(guī)律”以及“石油餾分高效定向轉(zhuǎn)化催 化材料和催化劑”的解決提供了良好的化學(xué)基礎(chǔ)。(3) 在多相流系統(tǒng)的傳遞及反應(yīng)工程基礎(chǔ)和裝備強(qiáng)化方法及放大規(guī)律研究方面，中國科學(xué)院過程工程研究所和中國石油大學(xué)(北京)等進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn) 研究和模型化工作，積累了豐富的研究經(jīng)驗(yàn)和雄厚的科研基礎(chǔ)。 采用大型冷模實(shí) 驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究路線，對(duì)化工過程復(fù)雜的氣一固多相流動(dòng)行為進(jìn)行機(jī)理研究，基于對(duì)理論分析并融合實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立數(shù)學(xué)模型

33、，以計(jì)算流體力學(xué)(CFD) 為理論分析平臺(tái)，揭示過程裝備放大和調(diào)控規(guī)律，提出新型結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，達(dá)到 提高效能，強(qiáng)化過程的目的，形成了完整的多相流動(dòng)的傳遞及反應(yīng)工程基礎(chǔ)理論, 取得了顯著進(jìn)展。特別是在催化裂化過程裝備的耦合強(qiáng)化方面處于國際領(lǐng)先水平，所開發(fā)的“催化裂化后反應(yīng)系統(tǒng)關(guān)鍵裝備技術(shù)”獲2010年度國家科技進(jìn)步 2等獎(jiǎng)，形成了氣固稀相離心分離和濃相接觸兩體系間高效耦合方法、離心力場(chǎng)AIChE J、CES強(qiáng)化方法和濃相接觸體系傳質(zhì)強(qiáng)化方法三個(gè)核心理論創(chuàng)新。已在IECR等國內(nèi)外化工權(quán)威刊物上發(fā)表論文 40余篇，為“多相流動(dòng)反應(yīng)耦合系統(tǒng)的 非線性動(dòng)力學(xué)特征和及耦合規(guī)律”和“關(guān)鍵過程裝備強(qiáng)化方法及放

34、大規(guī)律”提供 了良好的工程基礎(chǔ)。3、項(xiàng)目研究的組織實(shí)施有學(xué)科和隊(duì)伍保證： 本項(xiàng)目匯聚了國內(nèi)在化學(xué)工程、 工業(yè)催化、化學(xué)工藝、無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、材料化學(xué)和自動(dòng)控制等多學(xué)科交叉的研究隊(duì)伍，項(xiàng)目研究集體來自3個(gè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、一個(gè)國家工程中心和兩個(gè) 省部級(jí)研究基地，代表了我國在相關(guān)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)研究力量，具備進(jìn)行基礎(chǔ)一應(yīng)用 基礎(chǔ)一工藝一工程一產(chǎn)業(yè)化一體化研究開發(fā)的能力。近年來，參加本項(xiàng)目的各研究單位通過聯(lián)合承擔(dān)國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國石油科技項(xiàng)目，已建立 了密切的合作關(guān)系，形成了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、上下游結(jié)合的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，通過合作研究和學(xué)術(shù)交流，對(duì)項(xiàng)目的關(guān)鍵科學(xué)問題的理解和解決途徑已形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，這就為

35、 實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的研究目標(biāo)奠定了學(xué)科和隊(duì)伍基礎(chǔ)。4、研究成果的工程轉(zhuǎn)化有配套的支撐條件： 參加本項(xiàng)目的中國石油大學(xué)（北50京）、中國石油天然氣集團(tuán)公司石化研究院在石油煉制和化工領(lǐng)域均有長(zhǎng)達(dá) 年的研究開發(fā)和工程化經(jīng)驗(yàn)，已建立小試-中試-工業(yè)試驗(yàn)相配套的研究開發(fā)平 臺(tái)，并與技術(shù)的應(yīng)用部門一一中國石油天然氣集團(tuán)公司有著天然的聯(lián)系， 能夠在項(xiàng)目研究的各個(gè)環(huán)節(jié)得到中國石油天然氣集團(tuán)公司的大力支持，為項(xiàng)目研究目標(biāo) 的實(shí)現(xiàn)提供了良好的支撐條件。5. 課題設(shè)置根據(jù)研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容，本著突出重點(diǎn)、強(qiáng)調(diào)有機(jī)聯(lián)系的原則，本項(xiàng)目擬 設(shè)置如下6個(gè)子課題：課題一：煉油過程烴類轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性和調(diào)控規(guī)律項(xiàng)目簡(jiǎn)介：本課題根據(jù)項(xiàng)目提出

36、的針對(duì)輕質(zhì)烴類和重質(zhì)烴類分別采用移動(dòng)床 和流化床工藝進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化的總技術(shù)路線， 擬在深入認(rèn)識(shí)原料性質(zhì)的基礎(chǔ)上，以 模型化合物和輕烴/重質(zhì)石油烴類或其窄餾分為原料，研究不同原料的反應(yīng)機(jī)理 和轉(zhuǎn)化途徑。并通過對(duì)催化材料催化劑性質(zhì)的調(diào)變，研究其對(duì)不同特征原料的催 化轉(zhuǎn)化規(guī)律的影響和調(diào)控作用，揭示定向轉(zhuǎn)化催化劑組成結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性能間的關(guān) 系，掌握有關(guān)調(diào)控規(guī)律和方法。最終實(shí)現(xiàn)根據(jù)原料組成結(jié)構(gòu)的不同，能“量體裁 衣”地選擇催化材料催化劑和工藝條件，為指導(dǎo)催化劑的設(shè)計(jì)和制備和新工藝的 開發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo)。同時(shí)，為了項(xiàng)目工程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，本課題還擬對(duì) 對(duì)烴類催化轉(zhuǎn)化過程中關(guān)鍵反應(yīng)的熱力學(xué)特征和平衡轉(zhuǎn)化限制

37、條件、復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行深入研究，建立有關(guān)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，并通過對(duì)優(yōu)選催 化劑使用工藝條件的優(yōu)化研究，確定石油烴類催化裂解過程的低碳烯烴生成量判 據(jù)，為工藝過程開發(fā)和放大提供理論基礎(chǔ)。承擔(dān)單位：中國石油大學(xué)（北京）、中國石油天然氣股份有限公司石油化工 研究院課題負(fù)責(zé)人：申寶劍經(jīng)費(fèi)比例：17%課題二：石油餾分高效轉(zhuǎn)化催化材料和催化劑項(xiàng)目簡(jiǎn)介：研究?jī)?nèi)容：掌握輕、重石油餾分高效定向轉(zhuǎn)化催化材料和催化劑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方 法以及制備規(guī)律，確定催化劑結(jié)構(gòu)與掌控?zé)N類分子裂化深度和分子擴(kuò)散性能的關(guān) 系，指導(dǎo)高性能催化劑的設(shè)計(jì)制備以及新工藝技術(shù)的開發(fā)，由此支撐本項(xiàng)目提出和實(shí)施的綠色、低碳導(dǎo)向的高效煉油加

38、工新路線。研究目標(biāo)：以此為基礎(chǔ)-金屬氧化物1. 提出高效的類固相晶化分子篩材料的新思路和制備新方法， 制備構(gòu)效優(yōu)化的兩相共生共存的新型分子篩體系和分子篩組合體，形成最大限度的輕、重石油餾分轉(zhuǎn)化和目標(biāo)產(chǎn)物高收率的催化 材料新技術(shù)；2. 深入揭示優(yōu)化的分子篩微觀晶體結(jié)構(gòu)、活性位結(jié)構(gòu)、介觀結(jié)構(gòu)的晶面擇 優(yōu)取向、晶體維度大小與目標(biāo)反應(yīng)的催化性能構(gòu)效關(guān)系，開發(fā)高性能催 化裂化和催化裂解催化劑新技術(shù)，為新工藝的開發(fā)奠定基礎(chǔ)；3. 研制出1種提高輕收的催化裂化新型催化劑以及 1-2種適用于輕質(zhì)原料 的催化裂解高效轉(zhuǎn)化和低碳烯烴高選擇性的催化劑。承擔(dān)單位：中國石油大學(xué)（北京）、北京石油化工學(xué)院、廣西大學(xué)課題負(fù)

39、責(zé)人：鞏雁軍經(jīng)費(fèi)比例：15%課題三：多相流動(dòng)反應(yīng)耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征分析及模型化項(xiàng)目簡(jiǎn)介：本課題針對(duì)“多區(qū)協(xié)控強(qiáng)化”催化裂化工藝、輕質(zhì)原料移動(dòng)床催 化裂解工藝和“分區(qū)耦合”的流化床催化裂解工藝，研究以下內(nèi)容：1. 通過對(duì)系統(tǒng)介尺度結(jié)構(gòu)、非線性特征和耦合規(guī)律的多尺度分析，研究多 流域轉(zhuǎn)化規(guī)律和操作相圖；2. 研究系統(tǒng)中介尺度結(jié)構(gòu)行為的控制機(jī)制和協(xié)調(diào)影響，發(fā)展多相多尺度計(jì) 算流體力學(xué)和基于結(jié)構(gòu)相似原理的多尺度計(jì)算方法；3. 發(fā)展基于射線透射、掃描等無損測(cè)量介尺度動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的技術(shù)，分析介尺 度相互作用，掌握分區(qū)耦合和多區(qū)協(xié)控強(qiáng)化的調(diào)控規(guī)律和工程實(shí)施方法；4. 研究介尺度結(jié)構(gòu)變化對(duì)傳質(zhì)、傳熱和表觀動(dòng)力學(xué)

40、的影響規(guī)律，建立多相 反應(yīng)系統(tǒng)的傳遞與反應(yīng)雙向耦合的多尺度模型，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全回路的三維 瞬時(shí)反應(yīng)模擬，為設(shè)計(jì)、放大、控制和優(yōu)化提供理論依據(jù)。通過研究，達(dá)到以下目標(biāo)：應(yīng)用虛擬粒子化計(jì)算、無損測(cè)量實(shí)驗(yàn)和多尺度理論分析，深入認(rèn)識(shí)多相流動(dòng) 反應(yīng)體系中介尺度結(jié)構(gòu)的形成和影響機(jī)制， 建立基于結(jié)構(gòu)并且耦合流動(dòng)反應(yīng)的多 尺度模型；提出適合工業(yè)應(yīng)用的操作相圖；掌握多相反應(yīng)系統(tǒng)中各種機(jī)制的競(jìng)爭(zhēng) 和協(xié)調(diào)規(guī)律；為實(shí)現(xiàn)“多區(qū)協(xié)控強(qiáng)化”催化裂化和“分區(qū)耦合”流化床催化裂解 工藝及工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。承擔(dān)單位：中國科學(xué)院過程工程研究所、中國石油大學(xué)（北京）課題負(fù)責(zé)人：王維經(jīng)費(fèi)比例：15%課題四：關(guān)鍵過程裝備強(qiáng)化方法及放大規(guī)律項(xiàng)

41、目簡(jiǎn)介：本課題的研究工作擬采用實(shí)驗(yàn)研究、 數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合 的方法，揭示石油煉制兩個(gè)關(guān)鍵過程一一催化裂化和催化裂解過程中關(guān)鍵裝備的 過程強(qiáng)化方法及其放大規(guī)律。對(duì)于“多區(qū)協(xié)控”催化裂化過程，首先考察提升管進(jìn)料混合區(qū)、反應(yīng)區(qū)、出 口油劑快速分離區(qū)和汽提區(qū)內(nèi)氣固兩相的流動(dòng)行為， 揭示四個(gè)區(qū)域流場(chǎng)的耦合協(xié) 控特性，在此基礎(chǔ)上，提出新型進(jìn)料裝備或形成進(jìn)料混合區(qū)的新構(gòu)型、建立有效抑制“環(huán)核結(jié)構(gòu)”和抗滑落的新方法和新技術(shù)、開發(fā)新型氣固兩相分離裝備和新 型汽提裝備。對(duì)于移動(dòng)床催化裂解過程，首先探索移動(dòng)床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)特性；并嘗試引 入內(nèi)構(gòu)件、改變床層流道形狀，建立內(nèi)構(gòu)件移動(dòng)床的流體力學(xué)模型， 揭示其放

42、大 規(guī)律，建立移動(dòng)床間顆粒循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)控方法。同時(shí)，開展移動(dòng)床層熱量傳遞、 裂解反應(yīng)及其相互耦合規(guī)律的研究，建立高溫?zé)釕B(tài)移動(dòng)床氣固兩相流動(dòng)、傳熱和 反應(yīng)的耦合數(shù)學(xué)模型。承擔(dān)單位：中國石油大學(xué)（北京）、廈門大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：盧春喜經(jīng)費(fèi)比例：17%課題五：煉油過程低碳產(chǎn)品高效分離與精制項(xiàng)目簡(jiǎn)介：催化裂解過程由于催化劑循環(huán)導(dǎo)致系統(tǒng)非烴類雜質(zhì)含量大、產(chǎn)品分離難度大，因此需要研究產(chǎn)品高效、低能耗分離精制新方法。本課題測(cè)定裂解 產(chǎn)物二次油的相平衡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，研究相關(guān)組分傳遞規(guī)律，建立熱力學(xué)模型；在此 基礎(chǔ)上提出以水合物分離為核心，耦合膜和吸收兩種分離方法，開發(fā)常溫、低壓、 低能耗的裂解氣分離新工藝；研究吸收一

43、膜蒸餾耦合過程分離產(chǎn)物氣中NOx和C02的傳遞特性，實(shí)現(xiàn)分離過程的強(qiáng)化和節(jié)能；開發(fā)室溫下催化裂解低沸點(diǎn)混合 氣的水合物一吸收一膜分離組合分離技術(shù)， 進(jìn)行全過程模擬和參數(shù)優(yōu)化，降低循 環(huán)比、提高乙烯收率，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件包。主要目標(biāo)如下：1. 建立以水合技術(shù)為核心，具有耦合分離特點(diǎn)的分離催化裂解干氣的組合 流程和實(shí)驗(yàn)裝置。2. 建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的裂解氣強(qiáng)化和節(jié)能分離工藝和計(jì)算軟件。3. 在國內(nèi)外核心期刊上發(fā)表論文 30篇，其中SCI或EI收錄論文20篇，申 請(qǐng)國家發(fā)明專利10項(xiàng)。培養(yǎng)博士研究生20名，碩士研究生30名。承擔(dān)單位：天津大學(xué)、中國石油大學(xué)（北京）課題負(fù)責(zé)人：李鑫鋼經(jīng)費(fèi)比

44、例：17%課題六：石油資源高效轉(zhuǎn)化關(guān)鍵過程的工程化集成項(xiàng)目簡(jiǎn)介：本課題研究?jī)?nèi)容涉及新型催化反應(yīng)體系反應(yīng) -擴(kuò)散規(guī)律研究、工 業(yè)規(guī)模反應(yīng)器模擬計(jì)算方法研究以及新型工藝流程物流、能流集成方法研究，重點(diǎn)解決新的工藝流程中的節(jié)能原理與物流能流集成、關(guān)鍵裝備的設(shè)計(jì)與操作優(yōu) 化、催化材料反應(yīng)-擴(kuò)散協(xié)同性能的匹配等基礎(chǔ)問題。利用化學(xué)工程學(xué)科理論研 究的新方法和新理論，根據(jù)輕、重不同品質(zhì)的石油原料在本項(xiàng)目所開發(fā)的催化反 應(yīng)體系中所表現(xiàn)出來的不同的反應(yīng)特點(diǎn)及轉(zhuǎn)化規(guī)律，從反應(yīng)-擴(kuò)散以及物料宏觀混合等方面對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行定向調(diào)控， 實(shí)現(xiàn)石油餾分定向、高效轉(zhuǎn)化關(guān)鍵過程的 工藝集成和優(yōu)化控制。針對(duì)輕、重不同品質(zhì)的石油原料

45、，分別實(shí)現(xiàn)建成實(shí)驗(yàn)室中 試示范裝置、完成工業(yè)示范運(yùn)行的目標(biāo)，核心技術(shù)達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用的要求， 打通 石油資源高效利用的新型工藝路線。承擔(dān)單位：中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院、 中國石油大學(xué)（華 東）課題負(fù)責(zé)人：馬安經(jīng)費(fèi)比例：19%各個(gè)課題之間的相互關(guān)系如圖5所示:鍵技術(shù)問題課題設(shè)置石油餾分定向轉(zhuǎn)化關(guān)鍵過程的技術(shù)問題新型關(guān)鍵裝備及工程放大設(shè)計(jì)方法輕、重石油餾分定向轉(zhuǎn)化催化材料的設(shè)計(jì)與制備技術(shù) 裂解產(chǎn)物高效分離與精制技術(shù)石油資源高效轉(zhuǎn)化過程的工程化集成科學(xué)問題三：2解產(chǎn)物多相平衡和 傳遞規(guī)律及高效分離 與精制方法科學(xué)問題二： 多相流動(dòng)反應(yīng)系統(tǒng)非 線性特征及耦合調(diào)控 方法S-科學(xué)問題一：、重

46、石油餾分催化 轉(zhuǎn)化反應(yīng)歷程及調(diào)控 方法煉油過程姪類轉(zhuǎn)化反L 應(yīng)特性與調(diào)控規(guī)律石油®分高效定向轉(zhuǎn) 化催化材料和催化劑多相流動(dòng)反應(yīng)耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征和模型化鍵過程裝備強(qiáng)化方 法及放大規(guī)律石油資源高效轉(zhuǎn)化過程的工程化集成煉油過程低碳產(chǎn)品高r 效分離與精制 了成果集成定向催化轉(zhuǎn)化催化劑的設(shè)計(jì)與制備技術(shù) 新型關(guān)鍵過程裝備及工程放大設(shè)計(jì)方法 裂解產(chǎn)物高效分離與精制技術(shù) 輕、重石油餾分催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)歷程的調(diào)控方法多相流動(dòng)一反應(yīng)系統(tǒng)的耦合調(diào)控方法裂化產(chǎn)物高效分離與精制方法科學(xué)目標(biāo)技術(shù)目標(biāo)/研究目標(biāo)獲得輕、重石油原料催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性、多相反應(yīng)流動(dòng)特性以及裂解產(chǎn)物相平衡特性 的深入認(rèn)識(shí)，形成指導(dǎo)石油資源

47、高效定向轉(zhuǎn)化的理論體系；提出輕、重石油原料高效定向轉(zhuǎn)化的新途徑，開發(fā)定向轉(zhuǎn)化催化材料與催化劑、反應(yīng) 分離工藝方法及關(guān)鍵裝備，奠定成套工藝開發(fā)的技術(shù)基礎(chǔ)；基于對(duì)催化裂化反應(yīng)特性的若干新認(rèn)識(shí)，優(yōu)化反應(yīng)歷程、開發(fā)定向催化轉(zhuǎn)化新材料與 催化劑，創(chuàng)造與最優(yōu)反應(yīng)歷程高度協(xié)調(diào)耦合的傳遞環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)催化裂化反應(yīng)深度的 最優(yōu)調(diào)控，建立百萬噸級(jí)工業(yè)示范裝置，使催化裂化過程汽柴油收率提高2.0個(gè)百分點(diǎn)，綜合能耗降低15%形成適應(yīng)從輕質(zhì)到重質(zhì)石油原料的催化裂解生產(chǎn)低碳烯烴的技術(shù)路線，建立百噸級(jí)中 試示范裝置；乙烯 +丙烯收率較傳統(tǒng)蒸汽裂解過程提高12個(gè)百分點(diǎn)以上、綜合能耗降低20%。丿圖5項(xiàng)目研究目標(biāo)一科學(xué)問題一課題

48、設(shè)置之間的有機(jī)聯(lián)系四、年度計(jì)劃研究?jī)?nèi)容根據(jù)項(xiàng)目輕質(zhì)烴類移動(dòng)床催化裂 解、重質(zhì)烴類流化床催化裂解和重油 催化裂化三條工藝路線的總體路線設(shè) 計(jì)，結(jié)合已有工作基礎(chǔ)，確定上述三 個(gè)工藝過程所涉及的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、熱 力學(xué)和催化材料開發(fā)的具體研究實(shí)施 路線，建立相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，并進(jìn)行 初步的研究工作，獲取動(dòng)力學(xué)、熱力 學(xué)和催化材料合成方面的初步基礎(chǔ)數(shù) 據(jù)。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)測(cè)試手段，通過冷模實(shí) 驗(yàn)研究相關(guān)操作單元內(nèi)部復(fù)雜的多相 流動(dòng)規(guī)律，為建立CFD模型提供基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)和建立評(píng)價(jià)流化床進(jìn)料段、 快分、汽提段、移動(dòng)床反應(yīng)器等關(guān)鍵 裝備的大型冷模實(shí)驗(yàn)裝置和CFD模型，通過初步研究確定性能評(píng)價(jià)方法。初步研究測(cè)定裂解氣分

49、離方法一 吸附、膜分離和水合分離的相平衡 特性，建立初步的熱力學(xué)傳遞模型。 結(jié)合已有研究基礎(chǔ)，進(jìn)一步完善重質(zhì) 烴類流化床催化裂解和重油催化裂化 兩個(gè)工藝過程工藝、裝備及控制的優(yōu) 化集成，初步確定優(yōu)化集成方案。確定輕質(zhì)烴類移動(dòng)床催化裂解工 藝中試研究的實(shí)驗(yàn)方案，完成中試裝 置工藝和設(shè)備的初步設(shè)計(jì)。預(yù)期目標(biāo)1. 初步確定反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué) 和催化材料的具體研究路線， 建立實(shí)驗(yàn)裝置，獲取初步基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)；2. 建立研究相關(guān)操作單元內(nèi)部復(fù) 雜的多相流動(dòng)現(xiàn)象的冷模實(shí)驗(yàn) 裝置，初步獲得支撐CFD模擬 研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；3. 建立評(píng)價(jià)關(guān)鍵裝備的大型冷模 實(shí)驗(yàn)裝置和相關(guān)CFD模型，建 立裝備性能評(píng)價(jià)方法；4. 初

50、步獲得裂解氣分離過程的相 平衡數(shù)據(jù)，建立初步的熱力學(xué) 傳遞模型；5. 初步確定重質(zhì)烴類流化床催化 裂解和重油催化裂化兩個(gè)工藝 過程的優(yōu)化集成方案，初步確 定輕質(zhì)烴類移動(dòng)床催化裂解工 藝中試研究的實(shí)驗(yàn)方案，并完 成中試裝置的初步設(shè)計(jì)。修正版研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)在前期研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究 三個(gè)工藝過程的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和熱力 學(xué)，初步確定各工藝所需的催化材料 和催化劑類型，并進(jìn)行初步的反應(yīng)歷 程和性能評(píng)價(jià)，并采用吉布斯自由能 最小原理法對(duì)小分子烯烴與芳烴的體 系進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算。研究分子篩的工藝參數(shù)與分子篩 結(jié)構(gòu)調(diào)變的影響規(guī)律、制備工藝及其 對(duì)分子篩微觀-介觀結(jié)構(gòu)畸變影響、分 子篩與金屬氧化物共生組合體的制

51、備 方法、初步試制出移動(dòng)床烴類催化裂 解工藝的催化劑。在冷模裝置上進(jìn)行系統(tǒng)的流動(dòng)實(shí) 驗(yàn)研究，結(jié)合數(shù)值模擬方法，研究流 體顆粒之間和與顆粒聚團(tuán)之間的相互 作用、介尺度結(jié)構(gòu)微觀變化物理控制 機(jī)制和協(xié)調(diào)原理。系統(tǒng)研究關(guān)鍵裝備 內(nèi)部的多相流動(dòng)現(xiàn)象，通過理論分析 和數(shù)值模擬解析流動(dòng)特性與裝備結(jié)構(gòu) 間的關(guān)聯(lián)性。研究水合過程的動(dòng)力學(xué)特性，開 展吸收一膜蒸餾耦合過程分離產(chǎn)物氣 體中NOx和CC2的研究，測(cè)定體系的 滲透和溶解特性以及過程的傳質(zhì)和傳 熱特性。開展重質(zhì)烴類流化床催化裂解和 重油催化裂化兩個(gè)工藝過程集成方案 的優(yōu)化研究，完成輕質(zhì)烴類移動(dòng)床催 化裂解工藝中試研究中試實(shí)驗(yàn)裝置的 設(shè)計(jì)和制造。1. 初步確

52、定各工藝所需的催化材 料和催化劑類型，并獲得動(dòng)力 學(xué)、反應(yīng)歷程以及熱力學(xué)數(shù)據(jù)；2. 揭示類固相晶化制備分子篩的 形成機(jī)理和調(diào)控方法，獲得 ReHY分子篩稀土最佳用量的科 學(xué)依據(jù)及催化劑結(jié)構(gòu)對(duì)輕質(zhì)烴 裂解、重質(zhì)烴催化裂化性能的 影響規(guī)律，初步試制出輕質(zhì)烴 原料定向轉(zhuǎn)化的催化劑；3. 初步掌握顆粒聚團(tuán)之間和流體 顆粒間的協(xié)調(diào)和控制機(jī)制，改 進(jìn)并完善多尺度模型中的介尺 度結(jié)構(gòu)參數(shù)表征和計(jì)算方法；4. 獲得關(guān)鍵裝備復(fù)雜多相流動(dòng)的 規(guī)律性認(rèn)識(shí)以及流動(dòng)特性和裝 備結(jié)構(gòu)間關(guān)聯(lián)性的初步認(rèn)識(shí)；5. 揭示乳液體系吸收-水合過程動(dòng) 力學(xué)機(jī)制，建立過程模擬所需 的動(dòng)力學(xué)方程，確定脫除氮氧 化物和CQ的方法。6. 確定

53、重質(zhì)烴類流化床催化裂解 和重油催化裂化兩個(gè)工藝過程 的優(yōu)化集成方案和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) 結(jié)果，完成輕質(zhì)烴類移動(dòng)床催 化裂解工藝中試研究實(shí)驗(yàn)裝置 的設(shè)計(jì)和制造。在前期研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究 三個(gè)工藝過程的催化劑結(jié)構(gòu)特性與反 應(yīng)動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)，確定各工藝所需 的催化材料和催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思 路，研究輕質(zhì)烴類催化轉(zhuǎn)化的反應(yīng)動(dòng) 力學(xué)模型，分析動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)產(chǎn)物分 布的影響規(guī)律。研究丫型分子篩與金屬氧化物的 組合體的形成方法、催化裂化主劑與 助劑分子篩結(jié)構(gòu)之間的相互作用及其 對(duì)重質(zhì)烴催化裂化催化性能的影響， 開展稀土物種在丫型分子篩結(jié)構(gòu)中的 定位、當(dāng)量化及物性改變規(guī)律的研究。通過實(shí)驗(yàn)及理論分析，考察溫度、 壓力、

54、物性等參數(shù)對(duì)流域轉(zhuǎn)變影響規(guī) 律、介尺度結(jié)構(gòu)變化和調(diào)控規(guī)律的影 響，研究并提出適合工業(yè)應(yīng)用的虛擬 粒子化的大型裝置模擬計(jì)算方法。開展關(guān)鍵裝備性能的研究，通過 理論分析和數(shù)值模擬揭示裝備性能、 流動(dòng)特征以及裝備結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián) 性，并進(jìn)行初步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。展開水合物一吸收一膜分離過程 耦合分離催化裂解氣的研究，開發(fā)吸 收-水合耦合分離數(shù)值模擬方法；開展 吸收水合偶合分離過程模擬計(jì)算，優(yōu) 選裂解氣分離工藝路線和參數(shù)。根據(jù)重質(zhì)烴類流化床催化裂解和 重油催化裂化兩個(gè)工藝過程集成方案 優(yōu)化研究的結(jié)果，進(jìn)行工藝包的開發(fā) 研究。完成輕質(zhì)烴類移動(dòng)床催化裂解工 藝中試研究中試實(shí)驗(yàn)裝置的調(diào)試和初 步工藝評(píng)價(jià)。1.確定各工藝所需的催化材料和 催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，建立 輕質(zhì)烴類催化轉(zhuǎn)化的反應(yīng)動(dòng)力 學(xué)模型；2. 確定重質(zhì)輕原料催化裂化多產(chǎn) 輕質(zhì)燃料油的組合催化劑體 系，揭示催化劑結(jié)構(gòu)與重質(zhì)烴 催化裂化催化性能的本質(zhì)規(guī) 律，深入認(rèn)識(shí)輕質(zhì)烴、重質(zhì)烴 定向轉(zhuǎn)化催化反應(yīng)機(jī)理，揭示 催化劑的失活機(jī)制和再生行 為；3. 獲得流域轉(zhuǎn)變的變化規(guī)律和工 業(yè)操作相圖以及完善的介尺度 動(dòng)態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)，分析并模型化