催化重點實驗室

1999年11月25日，中國石油天然氣集團公司科技管理部發文批準，催化重點實驗室依托中國石油大學（北京、華東）和中國石油石化研究院等單位建設試運行，主體實驗室設在中國石油大學（北京）。2000年11月13日，催化重點實驗室揭牌并正式運行。作為中國石油在下游領域成立最早的重點實驗室，催化重點實驗室以提升中國石油催化技術的原始創新能力為宗旨，以建成中國石油之石油加工催化技術前沿基礎和高新技術研究基地、中國石油下游中長遠規劃的決策支持系統、中國石油國際國內科技合作與學術交流中心以及下游領域高層次科技人才培養基地為目標。

催化重點實驗室以“能源催化轉化化學”“催化基礎材料及新型催化劑”和“多相催化的工程基礎”為研究方向。實驗室現有固定研究人員63人，流動研究人員10人。固定研究人員中有中科院院士1名，正高職稱研究人員40人，副高職稱研究人員27人，其中具有博士學位的研究人員71人。2014年和2018年兩次均以優秀的成績通過集團公司科技管理部組織的驗收和運行評估。先后承擔國家、集團公司、股份公司科研項目200余項，獲國內外授權發明專利187件，發表學術論文534篇，15項催化材料、催化劑新技術實現工業化，獲得國家級省部級科技獎勵29項，其中國家級獎勵7項，為催化科學與技術的進步和服務企業主營業務發展做出了突出的貢獻。

創新核心技術 貢獻“催化”力量

據美國能源信息署預測，到2040年全球液體燃料的77%依然來自煉油行業。因此，提高煉油工藝的效率和燃料油的質量，滿足不斷變化的油品市場需求，仍將是未來全球煉油業發展的重要方向。催化劑的重要性可以比喻為煉油與化工加工過程的“芯片”，而催化材料就是制造“芯片”的核心材料。催化重點實驗室催化材料和催化劑研究團隊瞄準我國煉油生產企業的需要，長期堅持高性能這一研究方向，支撐了我國煉油催化劑的高效發展。

在催化裂化催化劑、加氫裂化催化劑、加氫改質催化劑等重要煉油催化劑中，主要酸性活性組分是各種超穩Y型分子篩材料，這種催化材料在煉油催化劑生產中占有舉足輕重的地位。NaY分子篩是生產上述超穩Y型分子篩催化劑的關鍵基礎催化材料，是世界上用量最大的分子篩催化材料，其結晶度、硅鋁比等性質不僅影響著后續催化劑的性能進而影響著煉油廠的產品分布，而且其生產效率和生產的環保性還直接影響著催化劑廠的效益和可持續發展。然而在NaY分子篩合成過程中，已有技術均使用較高的堿度和較高的硅鋁比投料條件，不僅導致產品NaY分子篩骨架的硅鋁比不高，而且這一過程鈉和硅的投料都是大幅度過量的，致使排放的鈉鹽和工藝循環的硅（硅回收工藝）量很大，環保和經濟效益差。企業迫切需求能較短時間內合成制備高結晶度、高硅鋁比、硅源利用率高、鈉鹽排量放少的低成本NaY分子篩生產技術。催化重點實驗室位于中國石油大學（北京）和石油化工研究院的課題組組成產學研聯合攻關團隊，開展了大量的基礎研究工作，發現解決這一問題的關鍵是，如何在不提高凝膠總體堿度的前提下提高晶種的活性，并且還要保證在低投料硅鋁比條件下得到較高的骨架硅鋁比產品。為此實驗室發明了采用分區反應提高晶種活性的方法，營造了“晶核形成”和“晶體生長”兩種不同化學環境，較好地解決了硅鋁比、結晶度、晶化時間、硅源利用率、低鈉鹽排放之間難以調和的矛盾。形成了以高結晶度、高硅鋁比、高硅源利用率、低鈉鹽排放為特征的高性能、環保型NaY分子篩合成新方法和生產成套工業技術，在工業催化劑生產中獲得大規模成功應用。

清潔汽油關系大氣環境和千家萬戶。催化重點實驗室清潔汽油催化劑研發團隊，針對高硫、高烯烴的催化裂化汽油（占車用汽油的近70%），發明了梯級深度脫硫技術和烯烴定向轉化技術，開發了“全餾分催化汽油硫醇重質化—輕重餾分切割—重汽油選擇性加氫脫硫—重汽油降烯烴/辛烷值恢復”催化劑及工藝成套技術（GARDES），同步實現了降低硫含量、降低烯烴含量和保持辛烷值的三重目標，解決了制約汽油清潔化的瓶頸問題。這一技術在20余套汽油加氫裝置上成功實現了工業應用，獲得國家科技進步二等獎，有力支持了國家汽油質量升級工程，從源頭上減少了汽車尾氣污染物的排放，為保護環境做出了突出貢獻，滿足了國家和社會發展的重大需求，社會、環境效益顯著。

研制具有深度脫硫、脫芳功能的劣質柴油加氫精制催化劑，以生產超清潔柴油燃料為目標，實現深度脫硫和脫芳，是一個長期困擾科研人員的世界性難題。為此，中國石油大學（北京）和石油化工研究院組成的聯合課題組首先突破了兩種新型分子篩材料磷鋁分子篩和鈦硅分子篩的工業合成技術，從載體改性入手，提出了制備具有穩定規整結構載體以提高催化劑活性和穩定性的創新思路，利用具有規整結構的含鈦和含磷分子篩的形式，將磷、鈦、硅元素以“AlPO4”“TiO6”和“SiO4”結構單元引入催化劑載體。在實現對催化劑載體改性的同時，避免了常規鈦、硅、磷元素改性對載體孔道、比表面和酸性的不利影響，同時使加氫活性金屬鎳更傾向于以八面體鎳物種存在，促進鎢物種以多核聚鎢酸物種存在，更有利于鎳和鎢匹配，發揮協同作用，形成更多利于空間位阻類硫化物和芳烴加氫的活性中心，促進硫、氮、芳烴的同步脫除，最終提高了催化劑的反應活性和穩定性。通過與企業加氫團隊的科研人員密切合作，研制的PHF系列催化劑在我國25套（次）大型柴油加氫精制工業裝置獲得大面積成功推廣應用，有力支撐了我國的柴油質量升級。

針對煉油企業對具有高的加氫脫硫性能、兼有高的加氫脫氮和脫芳能力催化劑技術的需求，中國石油催化重點實驗室石油大學（華東）研究室課題組開發出了FDS系列柴油加氫精制催化劑技術，并形成了原創性的硫化型催化劑制備和超高活性非負載型催化劑制備平臺技術，有力地支撐了我國國Ⅴ/國Ⅵ清潔汽柴油質量的升級。FDS系列柴油加氫精制催化劑及工藝技術先后在大港石化公司、長慶石化公司等7套柴油加氫裝置工業應用，取得了顯著的經濟和社會效益。這項技術獲集團公司科技進步一等獎，并入選集團公司“十大科技進展”。同時，實驗室開發的無循環上流式柴油液相加氫技術，創新性地提出了無液/氣循環的上流式液相加氫工藝新設計思路，開發出中國石油具有自主知識產權的C-NUM無循環上流式柴油液相加氫成套工藝技術，并配套開發了FDS-103航煤液相加氫精制催化劑。與常規餾分油加氫裝置相比，大幅降低裝置操作能耗30%~50%，降低裝置建設投資30%~40%，可為我國煉油產品低成本清潔化提供重要技術支撐。2021年1月，中國石油組織鑒定委員會對該技術進行了鑒定，專家組一致認為：無循環上流式航煤液相加氫技術達到國際先進水平。

催化劑技術在煉化過程中作用舉足輕重，催化劑技術開發水平的高低甚至直接決定一個國家煉化工業水平的高低。催化新材料、催化劑的研究開發是新工藝新技術發展的技術源泉，催化材料、催化劑的設計理念的突破正在深刻地影響著石油化工技術的發展。實驗室在今后的研究工作中，不僅要致力于突破催化性能的提升，也要深耕綠色、高效，走出催化劑技術領域高質量發展之路。

瞄準核心催化材料 引領應用基礎研究

——徐春明 中國科學院院士

流化催化裂化是生產車用汽油的主要裝置，我國近70%的汽油來自催化裂化工藝。全世界催化裂化催化劑的年消耗量約為90萬噸，NaY分子篩是制備該催化劑主要酸性催化組分的關鍵原料，是耗量最大的分子篩催化材料，其重要性不言而喻。隨著我國經濟社會的快速發展，我們已經成為煉油能力居世界第二的大國，未來5-10年還將成為第一大國。大宗催化材料Y型分子篩的高性能化和高效清潔生產成為這一領域科技工作者必須重點攻克的關鍵技術。二十年來催化重點實驗室分子篩材料研究團隊始終聚焦世界科技前沿，圍繞國家需求堅持這一研究方向，并針對新形勢和新問題與時俱進服務國家石油公司生產需求。近年來針對NaY分子篩的高性能化和環?；a，發明了獨特的采用分區反應提高晶種活性的方法，實現了在低鈉、低硅投料的前提條件下快速合成NaY分子篩的目標，這一技術的實施結果證明，在保證分子篩性能的前提下，原材料單耗和鈉鹽排放明顯降低，在20種以上工業FCC催化劑生產中獲得成功應用，經濟效益和環保效益顯著。這是近年來催化裂化催化劑生產技術的一項重要突破。

催化新材料的研究開發是催化劑乃至新工藝發展的技術源泉，催化材料設計理念的突破正在深刻地影響著催化劑設計和制備技術的發展。這一領域今后的發展不僅要著眼于以催化性能提升為目標的催化材料結構創新、先進制備技術的突破，也要圍繞國家經濟社會發展和企業增強競爭力需求在綠色低碳、高效率低成本方面慎思篤行。

打造世界一流的重油高效催化轉化和清潔油品生產工程技術

——過程強化與工程化研究團隊

針對油氣資源高效催化轉化與優化利用、清潔化生產中的關鍵過程，中國石油催化重點實驗室中國石油大學（北京）實驗室過程強化與工程化研究團隊努力攻關，在多相催化反應器的過程強化與工程放大方向，針對油氣高效催化轉化利用關鍵過程中的氣固流化床、移動床反應器等重大關鍵裝備展開系統的基礎研究和工程放大研究，通過大型冷態實驗和數值模擬獲得反應器介尺度、宏尺度等不同尺度內流動與傳遞的深刻認識，提出了若干具有顯著效果的過程強化理論，開發了MSCS高效組合汽提、高效進料噴嘴、高效氣固環流催化劑取熱器等技術和關鍵裝備，并在26套工業裝置上實現了應用；在多相分離理論與技術方向，瞄準油氣高效催化轉化利用中清潔生產這一環節，對多相分離尤其是氣固、氣液分離過程展開系統研究，構建了與反應歷程相匹配的流動、分離環境，開發了VQS和SVQS后反應系統；針對高溫、高苛刻度條件下小于10μm細顆粒分離這一世界難題，找到了多相分離過程中的控制因素，形成了一種高效低阻、實現多重分離機制協同強化的氣固兩相分離新裝備。這兩個研究方向互相協同配合，建立了反應—分離系統關鍵裝備群的協同調控與集成方法，并開發出了多區協控的新一代反應分離耦合技術與裝備。

技術亮點

高性能及環保型NaY分子篩成套生產技術：攻克了低堿度條件下縮短誘導期合成NaY分子篩的世界級難題，在大型晶化反應釜上實現了高結晶度、高硅源利用率、低鈉鹽排放的低成本環保型NaY分子篩的穩定合成，成為一系列分子篩材料和催化劑制備的平臺技術。在以高硅鋁比為目標的生產方案中，與已有工業技術相比，在投料鈉鋁比（堿度指標）和硅鋁比分別降低13%和5%的前提下，在較短晶化時間內，在高海拔的蘭州地區工業生產的NaY分子篩相對結晶度達到91％以上，骨架硅鋁比相對提高10%以上，一次硅源利用率提高6個百分點；在以環保低成本為目標的生產方案中，與已有工業技術相比，在投料鈉鋁比和硅鋁比分別降低30%和20%的前提下，在較短晶化時間內，工業生產的NaY分子篩相對結晶度達到92％以上，骨架硅鋁比相對提高6%以上，一次硅源利用率提高16個百分點。高性能和環保型NaY分子篩制備技術已實現規?；I生產，在20余種牌號的工業催化裂化催化劑生產中獲得成功應用，經濟和環保效益顯著，為催化劑業務的可持續發展提供了強有力的技術支撐。上述部分研究成果成為獲得國家科技進步二等獎等系列國家和省部級科技獎勵技術的重要支撐。

生產高品質汽油的GARDES技術：提出將梯級加氫脫硫與烯烴定向轉化有機耦合的工藝路線，通過材料和工藝的原始創新，開發出用于國Ⅴ/國Ⅵ標準清潔汽油生產的GARDES成套技術。針對更高汽油標準中的深度降烯烴要求，研究團隊提出了烯烴分段調控轉化的創新思路，將烯烴更好地轉化為高辛烷值組分，在提高降烯烴深度的同時保持了產品辛烷值。通過設計理念和催化材料的創新，開發出用于國Ⅵ標準清潔汽油生產的GARDES-II成套技術。該技術在GARDES成套技術不改變工藝流程、不新增過程設備的情況下，僅通過更換催化劑即可平穩地從生產國Ⅴ標準汽油過渡到生產國Ⅵ標準汽油，為煉化企業的汽油質量升級提供了低成本的可行方案。

在實際推廣應用過程中，為了滿足企業的環保和降本增效的實際需求，相繼開發了配套催化劑的器外載硫技術、器外全硫化和鈍化技術、現場快速開工技術等多項匹配技術，有效降低了開工過程中的環保風險，縮短了開工周期，提高了裝置的利用效率，形成了汽油加氫改質GARDES技術平臺。

基于催化材料和工藝的原始創新，GARDES技術平臺有力支撐了我國汽油質量的持續升級，在煉化企業獲得大規模推廣應用，為解決汽車尾氣排放污染這一關系民生的社會重大問題做出了突出貢獻。該技術獲得國家科技獎2項，省部級獎勵3項。

FDS柴油加氫精制催化劑技術：從FDS-1型到FDS-3型，從分子篩的孔結構和表面酸性調控和載體制備技術、預硫化型加氫催化劑制備技術，到介孔復合金屬氧化物低成本快速合成和成型技術，針對柴油原料類型和工廠實際，催化劑及其應用技術不斷創新。FDS-1柴油加氫催化劑先后在大港石化公司、長慶石化公司等5套柴油加氫裝置工業應用，取得了顯著的經濟和社會效益。FDS-2硫化型柴油加氫催化劑2013年在長慶石化20萬噸/年柴油加氫裝置上工業應用試驗取得成功。FDS-3非負載型柴油加氫催化劑已經完成工業生產放大試驗，具備了進行工業應用的條件。并由此形成了基于FDS系列催化劑活性特點的柴油加氫催化劑復合級配技術，能夠為煉廠提供定制式的催化劑和催化劑級配方案，更好地滿足清潔柴油生產的差異化需求，為集團公司煉油產品質量升級提供了重要技術支撐。

催化裂化反應系統耦合強化技術及裝備：針對催化裂化工藝不同功能區多層面的苛刻要求，形成了受限射流—多相流強返混調控方法、湍流非對稱流場的渦流-短路流調控方法、中—低氣速細顆粒體系氣固兩相強化接觸方法三個理論方法創新，實現了反應系統各流動體系間不同流型快速轉捩以及各流動體系內部“主功能區”和“不良流動區”兩個區域的協同強化。形成了均勻化催化劑預提升—混合預提升、高效油劑混合進料、高效氣固旋流分離—超短快分、擋板—格柵—環流強化汽提四項創新技術，獲得29項中國專利授權；通過集成創新形成的催化裂化反應系統關鍵裝備的優化設計理論和方法，可適用于目前國內所有構型的催化裂化裝置。

本技術憑借優異的性能和遠低于國外技術的費用，在76套不同型式和規模（包括國內最大規模）的催化裂化裝置上獲得成功應用。典型裝置的標定結果表明，使用本技術輕油收率可提高3.46個百分點，干氣和焦炭產率顯著降低，實現了穩定優質長周期運行，具有比國外同類技術更大的操作彈性和穩定性。目前該技術已為企業新增利潤46.5億元，取得了巨大的經濟效益和顯著的社會效益。相關技術獲國家科技進步獎1項，省部級科技進步一等獎3項，技術發明二等獎3項、自然科學二等獎1項。

詳情見鏈接：http://app.zgsyb.com.cn/paper/layout/202103/19/l04.html

（編輯 劉曉玉）