国家自然基金标书-绿色低碳导向的高效炼油过程基础研究.DocVIP

项目名称： 绿色低碳导向的高效炼油过程基础研究 首席科学家： 卢春喜 中国石油大学（北京） 起止年限： 2012.1-2016.8 依托部门： 中国石油天然气集团公司 一、关键科学问题及研究内容 本项目提出的石油资源加工新路线为：针对我国石油原料偏重的特点，发展重质原料高效定向转化催化裂化技术满足汽、柴油等液体燃料的生产；开发高效低能耗的轻质原料催化裂解制低碳烯烃新技术。同时，拓宽原料加工范围，在满足液体燃料生产的前提下，开发重质原料催化裂解制低碳烯烃新工艺，将一部分重质原料用于生产低碳烯烃。本项目的“绿色低碳导向炼油技术路线”涉及到三个关键工艺过程：“多区协控强化”的催化裂化工艺、轻质原料移动床催化裂解工艺、“分区耦合”的重质原料耦合流化床催化裂解工艺。其化学反应特征都是石油馏分的定向催化转化，化学工程特征都是多相流动反应的非线性高度耦合，具有相同的科学/技术基础。 三个工艺过程涉及到多个学科和技术领域，包括反应机理、催化材料、反应-传递耦合、过程装备、分离精制和系统集成优化6个技术领域，只有在对上述6个领域的核心科学问题深入认识的基础上，开发出高效的创新技术并形成系统的集成理论和优化设计方法，才能实现不同品质石油资源的高效利用、最大限度多产轻质油品和低碳烯烃，减少不良副产物，减排降耗，实现“高效绿色炼油”。 图2 “绿色低碳导向的高效炼油过程”6个技术领域之间的关系 为了实现催化裂化和低碳烯烃“绿色、高效”的生产过程，上述6个技术领域之间的关系应如图2所示。其中，反应机理和催化材料的研究是新工艺技术开发的理论基础，两者往往也是紧密关联、交互进行的，对反应机理的正确认识有助于指导高效催化材料的开发，而新型催化材料往往又带来反应机理的改变。反应—传递耦合以反应工艺和催化材料领域的认识为基础，通过在介观尺度上研究多相流动和非均相反应之间的协同性问题，获得与反应相匹配的最佳多相流动状态和多相流动调控方法，为反应器设计提供指导。过程装备领域的研究则是在宏观尺度上通过开发与工艺条件匹配的先进装备和掌握装备放大规律，发现和解决新工艺技术产业化的制约环节，为新工艺技术的最终产业化奠定基础，同时可进一步强化反应过程。此外，对于生产低碳烯烃过程，产品的分离精制也是一个需要解决的课题，分离精制领域的研究应以新工艺产物分布特性和状态为基础，以节能降耗为目标，寻找最佳的产品分离精制方法。系统集成优化研究是在上述5个方面研究的基础上，通过集成优化，最大限度地满足原料、催化反应、分离过程和关键装备间的高效协同，实现“绿色低碳导向高效炼油”。 为了构筑最优反应历程，创造与之协调对应的流动反应耦合系统及定向转化催化剂，开发石油资源高效率、低能耗的定向催化转化新工艺，是实现绿色低碳导向高效炼油新技术的关键，需解决以下三个方面的关键科学问题： 1、轻、重石油馏分催化转化反应历程及调控规律 在本项目研究中，深入认识反应特性和转化历程，掌握转化历程调控规律是实现新工艺技术的基础。对于本项目研究的催化裂化过程，需要进一步深化认识不同组分烃类在反应器不同区域内的反应特性及转化历程，以深入了解工艺条件和反应器结构对反应特性及转化历程的影响规律。在目前催化裂化原料重质化和劣质化的背景下，需要加强对重质劣质原料反应特性和转化历程的深入研究，这将有助于实现催化剂的“量体裁衣”设计，并同时指导工艺条件和工程装备的优化设计，从而实现进一步改善产品分布、提高产品收率的目的。对于本项目要实施的催化裂解工艺过程，也需要根据原料和反应环境的不同，深入研究不同原料在不同催化剂上、不同反应环境（移动床或流化床）内的催化裂解转化历程，从而为新型催化剂开发、工艺条件优化、新型反应器及相关工程装备开发提供指导。 为此，需要攻克如下几个关键科学难题： （1）针对催化裂化过程，深入研究不同组分原料（尤其是重质和劣质原料）的催化裂化反应的途径以及热力学、动力学行为，定量确定有效促进主反应进行、抑制副反应发生的影响因素，优化反应温度、停留时间、剂油比、反应压力等工艺条件，确定适宜的操作域； （2）针对轻质原料催化裂解过程的EUO与ZSM-5共晶分子筛，通过对以类固相晶化中前躯体导向、模板组装、过程控制等为特征的分子筛制备化学的系统认识，确定共生共存分子筛的晶体取向生长、形貌结构调控和活性位结构定位的作用，形成多维化多尺度的分子筛催化材料体系，建立相应的主剂和助剂材料的高效合成方法以及基于上述催化材料的催化剂设计和放大制备技术。在催化剂研究的基础上，系统考察催化裂解反应的途径以及热力学、动力学行为，以确定最佳的反应工艺条件和适宜的操作域； （3）针对重质原料的催化裂解过程，深入研究具有复合孔道的双功能分子筛催化材料的合成理论及方法，发展硅铝比、晶粒、孔道、酸性等物化特性的调控理论和方法，结合匹配的催化