
使命
——重质油国家重点实验室建设发展综述(上)
期次:第837期
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石油是当前人类社会赖以生存和发展的重要资源之一,由于其难以替代和不可再生,已成为国际社会争夺最为激烈的经济战略资源。从世界范围看,石油供应正向着重质化、劣质化方向发展,重质油已经成为世界所有炼油厂的重要原料。同时,由于重质油组成和性质上的特点,其加工过程异常复杂,因此重质油的高效转化与优化利用不仅是国际国内备受关注的焦点,同时也是目前世界石油加工行业的主题和难题。
在这一形势下,重质油国家重点实验室作为国内唯一以重质油为主要研究对象的国家重点实验室,在保障国家能源安全、攻克世界石油工业难题、推动关键学科发展方面都毋庸置疑地担负着艰巨的使命。
从1989年国家批准建设“重质油加工国家重点实验室”至今,实验室已走过了不平凡的20年。20年厚积薄发,20年不懈追求。经过多年的建设和发展,实验室已成为在国内外有着重要学术影响的高水平重质油应用基础性研究基地,为解决石油、石化这一国家支柱产业的重大急需做出了突出贡献。5年来,实验室根据总体定位和建设目标,在服务国家能源战略、开展前沿性基础研究、承担重质油高效洁净转化的重大关键技术开发、多学科交叉形成新增长点、石油石化领域高层次研究队伍建设和人才培养、国际合作与交流等方面,发挥了不可替代的作用。
定位
在多年的发展进程中,重质油国家重点实验室确立了以下定位:开展重质油高效转化与优化利用基础研究,发展重质油高效洁净转化技术,最大限度地从重质油生产社会所急需的清洁汽油、柴油等轻质车用燃料和乙烯、丙烯等化工原料,并实现能源和环境的和谐发展。
首先,这一定位源自国家能源安全战略的重大需求。改革开放以来,国民经济的持续高速发展对能源需求的不断增长使我国自2004年以来成为超过日本、仅次于美国的世界第二大石油消费国,石油对外依存度高达45%,超过了40%的国际能源安全警戒线。另一方面,我国石油资源偏重,而进口原油中含硫和高硫原油、稠油和超稠油及油砂沥青等比例很高,由此所带来的重质油加工将是今后我国石油加工工业必须解决的重要问题。因此,研究与开发重质油高效转化与优化利用的新技术具有十分重要的现实意义和长远的战略意义。
其次,这一定位直接面对世界石油工业的主题和难题。重质油是原油中相对密度最大,硫含量、氮含量和金属含量最高的部分,其组成和性质上的特点导致了加工过程的复杂性,极大地增加了转化的难度。因此,重质油的高效转化与优化利用成为世界石油加工行业的主题和难题。
最后,这一定位还是占据关键学科发展前沿的必由之路。从化学本质上深入揭示重质油的组成、结构和性质之间的关系,开发创新重质油高效清洁转化的重大关键技术,发展重质油高效转化催化新材料和催化剂设计与制备方法,开辟重质油高附加值利用的新途径,是实验室重点研究解决的关键科学问题与核心技术难题。这些关键科学问题与核心技术难题的解决,涉及多个关键学科的发展前沿。
攻坚
近年来,实验室瞄准学科发展前沿,全面深入研究了重质油高效洁净转化和清洁油品生产过程的化学和化学工程、重质油高效转化催化材料及催化剂制备的物理化学和材料工程等前沿性基础问题,取得了一系列创新性成果,引领了重质油领域研究方向。
在重质油化学基础方面,建立了FT-ICRMS高分辨质谱表征重质油非烃化合物的方法,与实验室先前建立的方法一起构成了重质油复杂化学组成与结构研究的精细分离系统方法,有力推进了对重质油化学结构、组成的认识逐步向“分子”层次的迈进,获得了重质油化学结构及组成与其转化性能关系的新认识,提出了“以重质油梯级精细分离为先导、以催化转化技术为中心、以残渣高附加值利用相配套”的重质油高效转化与优化利用技术路线,为重质油高效转化重大关键技术开发奠定了理论基础。
在重质油转化过程的化学工程基础方面,针对反应器及其它关键装备中的多尺度气—液—固多相流动、热量和质量传递及反应问题,详细解析了流动、热量和质量传递及反应高度耦合的非线性特征,为重质油高效转化过程关键装备的放大设计和优化操作提供了理论基础。
实验室还首次通过实验证明,具有较大动力学直径的烃类分子在介—微孔ZSM-5分子筛上的吸附过程存在扩散、相变和分子重排过程,揭示了介—微孔材料提高催化反应效率的科学本质,为设计具有梯级孔道分布、活性中心可接近性高的重质油高效转化新型催化剂提供了理论依据。
针对水合法分离炼厂气工艺过程,提出具有热力学—动力学一致性的水合物生成机理,并建立了水合物生成动力学模型,为开发显著降低含氢气体混合物水合压力的热力学促进剂提供了理论指导。
成果
近5年来,实验室围绕国家石油资源发展战略目标的要求,坚持以重质油化学与加工应用基础研究为主攻方向,特别突出将前沿性并具有深远影响的应用基础研究和工业重大技术开发研究紧密结合,在研究工作中形成了特色和优势,取得了显著进展。其中,在重质油化学组成及结构基础研究、催化裂化基础理论及新技术研究、重质油转化及清洁油品生产新型催化剂及工艺开发等方面处于领先水平;在水合法分离炼厂气及重质油高附加值利用等方面显示出极有潜力的发展势头。实验室多项拥有自主知识产权的研究成果成功地实现了工业化,取得了重大经济及社会效益,满足了石油、石化工业的急需。
■论文:实验室在开展重大关键技术开发工作的同时,十分重视基础理论和应用基础理论的研究,并取得了显著成果。5年来,实验室科研人员共发表期刊论文1322篇,其中国外刊物268篇,国内核心刊物1054篇;国际会议特邀报告6篇,国内会议特邀报告5篇,国内重要会议论文276篇;出版专著13部;据检索的三大统计源表明,有616篇文章被SCI收录,684篇被EI收录,112篇被ISTP收录;所发表的论文近5年被引用次数达988次;已发表的论文基本覆盖了重质油领域的国际著名刊物,其中有12篇发表在国际化工最高级别刊物《AIChEJournal》和《ChemcialEngineeringScience》上。
■专利:实验室特别注重对专利的申请与知识产权的保护工作,5年来,获授权国际专利3项,国内发明专利146项,实用新型专利24项。在主要核心技术方面拥有自主知识产权,有40余项成功转化为生产力,取得了显著的经济效益,为实验室快速实现成果转化及直接服务于国民经济打下了坚实的基础。
■获奖:5年来,实验室多项成果获得了国家和省部级的各种奖项。其中,由高金森、徐春明、卢春喜等完成的“催化裂化汽油辅助反应器改质降烯烃技术的开发和应用”获得2006年度国家科技进步二等奖;另有8项成果获得省部级一等奖,有12项成果获得省部级二等奖。
■课题:5年来,实验室共承担研究课题480余项,其中“973”计划项目7项(1项主持,6项参加),“863”项目6项,国家杰出青年基金项目3项,国家自然科学重大重点基金项目4项,国家自然科学基金面上项目19项,国际合作项目14项,其他省部委重点课题228项,横向及其它课题209项。5年累计到位科研经费15350万元,研究课题呈现出了以下几个方面的特点:
(1)重点针对重大基础和学科发展前沿,发展重质油高效洁净转化创新技术和方法,承担的国家级研究项目所占比例大幅度提高。
(2)国际合作项目数量多,研究水平先进,起点高,涉及面广,成为实验室承担项目和科学研究的突出特点,极大地增强了实验室的国际学术影响,在国际重质油加工领域占据了举足轻重的地位。
(3)95%以上的课题紧密围绕石油、石化等国家重大工程技术任务,基本覆盖了重质油研究领域的基础理论、主要技术、主要产品升级换代以及石油、石化工业长远发展急需解决的关键科学问题和核心技术难题。一批创新性强的重大技术已进入中试及工业试验阶段,得到了中国石油等大型国有企业的大力支持。
支持
作为重质油国家重点实验室的依托单位,中国石油大学非常重视实验室的发展与建设,把实验室的发展方向列为学校重点发展的8个方向之一,把实验室的发展和建设列为学校工作的重要组成部分,建立了由两地校长负责的重点实验室工作领导小组和专题联席会议制度,及时研究实验室需要解决的问题。
根据科技部2002年下达的《国家重点实验室建设与管理暂行办法》,重点实验室工作领导小组结合学校和实验室的实际情况,研究制定了《国家重点实验室建设与管理暂行办法执行细则》,为全面提高实验室的研究水平、开放水平和管理水平落实了措施,还专门研究了使实验室成为有相对独立人事权和财务权的科研实体的具体办法,促进了实验室管理体制的进一步完善。
近5年来,学校进一步通过引进人才和人员整合,极大地优化了实验室队伍结构,为实验室提高管理水平奠定了坚实基础。学校利用“十一五”“211工程”建设和优势学科创新平台建设,投资近3000万元用于实验室4个公共研究平台的完善和功能增强,特别引进了FT-ICRMS高分辨质谱仪和由场发射环境扫描—场发射超高分辨率透射—LaBa6透射组成的电镜群,极大地加强了实验室的基础理论研究手段。
除此之外,学校还根据实验室发展的需要,在学校用地十分紧张的情况下,为实验室特批了5000多平方米用作中试平台建设和扩建。根据实验室集中调整的需要,学校又特批专款140万元用于实验室用房改造、装修,进一步改善了实验室的科研条件。