重质油国家重点实验室是我国最早开展重质油化学与加工领域研究工作的单位之一。 实验室具有开展重质油化学与加工应用基础研究和应用研究的现代仪器设备，实验室使用面积 2800 平方米，建成分析测试中心、计算化学工程中心、材料研究中心和沥青研究中心等研究平台，一个中试基地和一个年处理能力为 50 万吨的石油炼制试验厂，具备了承担国家重大科学研究项目的基础能力。

 

代表性成果 2 ： 两段提升管催化裂化新技术及先进装备开发

     重油催化裂化（ RFCC ）过程在我国石油炼制工业中占有举足轻重的地位，其加工能力超过 1 亿吨， 80% 以上的汽油、 30% 以上的柴油来自该过程，目的产品收率提高一个百分点可净增经济效益 20 亿元 / 年以上。随着催化原料的重质化和劣质化， 该工艺不论是产品分布还是产品质量都暴露出一系列严重的问题：轻质油收率低，汽柴油质量差，远远满足不了当前对清洁燃料的要求，此外装置结焦严重，平稳运 转周期短，严重影响了企业经济效益的提高，成为我国石化工业进一步发展的一个“瓶颈”。针对出现的新问题， 实验室开创性地进行了提升管反应器内反应本质规律研究，开发了具有自主知识产权的“两段提升管催化裂化（ TSRFCC ）技术”，并成功应用于工业装置，实现了 催化裂化工艺的又一次技术飞跃。

（ 1 ）对重油催化裂化装置的核心部位 --- 提升管反应器进行了气、液、固三相三维流动、传热与反应的综合 数值模拟研究 ，定量掌握了工业提升管反应器内的催化裂化反应历程及其影响因素，这在国内外都是第一次，为实现工业界一直追求的调控和优化重油催化裂化这一“以中间产物 为目的产品的平行顺序反应”的复杂过程奠定了理论基础；

（ 2 ）开发出了一种工业提升管反应器 在线取样方法及设备 ，并获得了专利授权。对 5 套工业装置进行了在线取样 ，获得了提升管沿程不同位置处油气组成分布、催化剂浓度分布及其活性变化、催化反应转化率等等大量十分宝贵的信息，使人们第一次有机会真正认识了提升管内 复杂的反应过程，并和上述数值模拟研究结果相互印证与配合，从而将迄今为止国内外都只认识“进料与出料两端状态”的“黑箱认识”，一举变为了解“全历程状 态”的“明箱认识”。

（ 3 ）通过以上研究，有两个重大发现：①现有工业提升管反应器内反应时间过长，从而使目的产品发生过裂化造成损失；②催化剂在提升管反应器内快速失活， 导致 不利的热裂化反应和二次反应增多、产品分布不理想、产品质量变差。针对上述发现，原创性地提出了一个新工艺――― 两段提升管催化裂化 （ TSRFCC ） 。其创新思路是：将原提升管进行分段，催化剂一路循环变为两路循环，实现催化剂性能接力，在提高重油转化深度的同时，又能抑制不利的过度裂化；同时又优化 匹配了两段的转化深度，从而实现了最大限度改善产品分布和提高产品质量的目的。

（ 4 ）为了突出 TSRFCC 技术的优势并使其快速实现工业化，同时进行了工程化研究及关键设备开发：① 开发了新型高效雾化喷嘴 。 从 有效利用雾化介质能量的新思路出发， 创新性地将传统的单纯动力剪切雾化发展为将内混式气体剪切雾化和新型气泡雾化两种方式的有机结合，发明了在低能耗下实现“三级雾化”的新喷嘴，可以将雾化 液滴平均粒径（ SMD ）从现有喷嘴的 60-80 m m 减小到 50 m m 左右； ② 开发了提升管出口“三快”组合技术 。 其 关键创新思路是发现了提升管出口沉降器内油气停留时间过长的根本原因在于油气向下返混，据此发明了一个独特的密相环流式预汽提器装在传统的粗旋下部，一举 把油气在高温条件下的平均停留时间从传统的 10 ～ 20 秒大幅度降低为小于 5 秒，而且分离效率与操作弹性都比国外同类技术大，开工又非常容易。此“三快”组合技术的成功开发不仅使 TSRFCC 技术优势更为明显，还可应用于所有重油催化裂化装置，并很快推广了 24 家炼厂。

     2002 年 5 月，第一套 10 万吨 / 年 TSRFCC 装置在石油大学胜华炼油厂建成投产并取得了极大成功，装置处理能力提高 20% 以上，目的产品收率提高 1.5 ~ 2.0 个百分点；产品质量得到明显改善。该成果于 2003 年 12 月通过中国石油股份有限公司验收，专家一致认为： TSRFCC 是催化裂化技术的一个重大技术创新，在提高重油转化深度、改善产品分布和提高轻质产品收率方面具有明显优势，具有显著的经济效益和社会效益 。就已推广的 5 个厂家统计， 该技术 累计为国家创造经济效益 3.359 亿元 （见附件），现正在组织报奖中。

     该技术工业化以后在石油、石化行业引起了强烈反响，科技日报、人民日报海外版、中国石油报、中国石化报、大众日报等多家报纸纷纷加以报道。该技术是中国 石油的品牌技术， 2002 年被评为中国石油集团十大科技进展之一， 2003 年被列为国家火炬计划（编号 03EB031001 ）。

     已获相关专利 10 项，发表论文 62 篇，在 AIChE Journal 上发表文章 2 篇，获省部级一等奖 2 项。

代表性成果 4 重质油转化催化材料新型孔结构的设计和制备研究

     将重质油最大限度地转化成轻质油品的关键是催化剂的开发，核心则是新型催化材料的研制。重油大分子在催化剂孔道中扩散阻力过大是当前阻碍提高轻质油品收 率和改善选择性的制约因素。设计和研制重油转化催化剂新型孔结构在一定程度上是比提高其活性更紧迫的任务。目前工业在用的重油转化催化剂材料存在着孔道尺 寸偏小，分布过宽，开放性不足，而且在催化剂中的分布不均匀造成平均扩散距离过长等弊病。如果进一步提高大孔尺寸的比例和大孔孔径，又会导致比表面下降的 矛盾。因此设计和研制一种在保证重油催化剂活性和选择性的前提下尽可能减小原料扩散阻力的新型孔结构是重油催化剂研制的技术关键。本研究所采用的手段是基 于微纳结构模板的纳米材料制备和表征技术，该技术所依赖的科学基础是软凝聚态物质的自组织。本研究具有新兴学科与传统工程学科相结合的特色，即通过新学科 的新理论和前沿技术从先进材料层面试图研究解决现实工程上的难题。

（ 1 ）重油大分子在模型催化剂上扩散行为的考察

为 给重质原料的催化剂孔结构设计和选择提供依据，首先用不同尺寸的均一孔径模型催化剂研究了重油大分子的扩散行为，这类模型催化剂是用无孔单分散二氧化硅胶 体颗粒在熵驱动下的有序自组织制备的。研究发现，平均分子直径 1.79 nm 的重油分子只有在大于 30nm 的孔道内传递才不受到扩散限制，这一结果突出支持了重油催化材料中大尺寸孔道存在的必要性。进而提出了应该用以下三个指标来综合描述原料大分子对催化剂活 性中心可接近性 （ accessibility ） 的新观念，即催化剂孔径，催化剂孔的开放性（孔道网络结点的配位数）和原料分子扩散到催化活性中心的平均路程。这些指标如能在重油催化材料上最大限度地强 化，并实现量化和精确调控，将是催化剂孔道设计和制作上的一个突破。

（ 2 ）微纳胶粒模板法制作大孔结构

凭 借实验室在胶体颗粒自组织方面的多年研究积累，提出了重油催化材料孔结构设计的新思路，即将有序的胶粒晶体 （ opal ） 作为模板，与催化材料进行复合，然后去除模板，即能得到与模板结构相反的大孔结构，在电镜下观察，有如放大了的分子筛的有序网状结构。目前本实验室已能自 行合成从数十纳米至数百纳米的各种尺寸单分散二氧化硅和聚苯乙烯模板胶粒，组装的模板质量已达到国际先进水平。并已研制成功无定形二氧化钛、锐钛型二氧化 钛、二氧化硅、聚苯乙烯 等多种成分的新型大孔结构。该孔结构的特征是大孔尺寸由模板颗粒尺寸决定，可达数十乃至数百纳米，远大于现有催化剂；大孔网络节点配位数最高可达 12 ，极为开放；大孔孔壁的厚度仅有几十纳米，大大缩短了扩散路程。（平均扩散距离为壁厚的 1/2 ）；构成大孔孔壁的是原有催化剂材料，因此不但不会降低比表面而且还会有所增加。该结构的特色和新颖之处表现在把大的孔尺寸与极佳的开放性同时兼顾，由此 造成的大孔表观面积的下降完全能被构成孔壁材料的内表面积和孔容的增加所补偿。大孔尺寸可通过模板颗粒的尺寸来剪裁，且不影响比表面和孔容。并且实现了催 化剂可接近性的材料结构参数定量化和可调控性。

（ 3 ）研究中的纳微尺度过程

     由于上述材料为微纳尺度结构，它们的制作工艺与传统催化材料的生产有本质不同。这种材料起源于胶体型光子晶体，用于光子晶体的这种大孔材料一次仅能做出 毫克级样品，工序极端复杂，这种工艺显然无法适应催化领域中的应用要求。为此实验室进行了以下纳微尺度过程研究，也是本工作的创新点。

     ① 利用静电力、熵力和毛细管力为推动力发明了一种高效制备聚苯乙烯模板的方法，通常需要几天、十几天才能组装成的模板仅用几个小时即可完成，粒度均匀且能批 量制备。其制备成本降低到可与合成介孔分子筛的模板剂相比的程度。迄今为止，这一技术尚未见有国内外文献报道。

     ② 针对新型大孔结构特点和催化材料批量合成及强度的需要，开展了基于软凝聚态物质自组织过程的二元胶体质点空间分布规律的研究，将模板的组装及模板与催化材料复合两个步骤合二为一，简化了制备方法，制备了符合强度要求的大孔催化材料。

     ③ 均一孔径模型催化剂的制作需要无孔的胶体颗粒，基于对带有微孔的模板颗粒纳米结构的研究和纳米尺度传递过程特点，发明了一种以微颗粒径向溶解度梯度为推动 力的水热封孔技术， 经水热处理后颗粒径向密度梯度加大，内孔扩大，表面孔被封闭， 有效消除了模型的微孔扩散。 实测比表面与计算外表面对照，最大偏差不超过 4 平方米。这种独特的封孔技术具有 颗粒间不粘接，表面羟基不丢失，处理前后粒径不变等优点。（申请中国发明专利 01118174.5 ）

     ④ 在深入研究双粘结球在介质中沉降行为的基础上，确定了单分散微球与粘结球在外推雷诺数为零时的最小沉降速度比，据此提出了一种有效的颗粒分选技术，明显改 善了胶粒模板的有序度和单晶度。结果发表在 Advanced Materials ，该刊 2002 年 ISI 影响因子 （ IF ） 为 6.801 。

     围绕单分散胶体模板颗粒的制备、改性、组装和应用研究，先后获得了多项国家自然科学基金的支持。 5 年来多篇论文被刊登在影响因子较高的国内外知名学术期刊，如 Advanced Materials ， Langmuir ， Progress in Natural Science 等，并被广泛引用。目前本研究工作正在继续进行。

       中国石油大学(华东)重质油国家重点实验室自主研发的两段提升管催化裂解多产丙烯(TMP)技术工业化试验取得重大成果。
    据介绍，两段提升管催化裂解多产丙烯技术，基于中国石油大学(华东)自主研发的两段提升管催化裂化技术平台，在原有的分段反应、催化剂接力、短反应时间和 大剂油比等特点的基础上，赋予了组合进料、低温大剂油比和适宜的反应时间等全新的内涵。在中石油大庆炼化公司进行的12万吨工业化试验中，以大庆炼化常压 渣油为原料，在没有进行混合碳四回炼的条件下，丙烯收率已达到18%以上，液化气、汽油与柴油收率之和接近83％，汽油的标号接近97号，接近欧Ⅲ标准。
    有关专家认为，这一重大进展将使炼油化工一体化技术发展向前迈出重要一步，并将对我国乃至世界丙烯生产产生重要影响。
    丙烯是重要的基本有机化工原料，主要来源于石脑油蒸汽裂解和催化裂化过程。近年来，以重油为原料，经催化裂化或裂解多产丙烯受到广泛重视，但对于普通的催 化裂化，丙烯收率一般在3％至5％，添加增产助剂后，收率也仅提高1至2个百分点，而在较为苛刻的操作条件下虽提高了丙烯收率，但干气收率会大幅上升，柴 油收率和质量明显下降。