前 言

前 言

我國能源資源的供應保障和能源產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展要求：在加強煤炭、石油和天然氣等常規(guī)能源資源勘探開發(fā)的同時，全面實施以提高能源利用效率為核心的節(jié)能降耗，尤其是工業(yè)節(jié)能，同時大力推動包括非常規(guī)油氣的替代能源新興產業(yè)的形成和發(fā)展。油頁巖是我國非常規(guī)油氣資源的主體，其潛在的非常規(guī)油總產量476億噸，是我國石油可采資源量233億噸的兩倍以上。但我國現有油頁巖煉油工業(yè)一直基于“撫順干餾爐”的技術，單套處理能力100～200噸/天、頁巖油收率約為資源含油率(鋁甑測試法)的 65%、熱解氣熱值低而難以利用，與單套處理量2000～6000噸/天、油收率90%左右的國際先進技術水平差距明顯，且撫順干餾爐僅能使用大顆粒原料（如粒徑＞12 mm），所產頁巖油含重質組分較多、密度較高，影響其利用或下游加工。

因此，開展油頁巖高效煉油與過程節(jié)能科學基礎研究、突破達到國際先進水平的油頁巖干餾技術及煉制過程技術的科學基礎研究具有重要意義，是對國家大力開發(fā)利用非常規(guī)油氣資源和全面實施工業(yè)節(jié)能戰(zhàn)略的同時響應。油頁巖含灰高，有機質（kerogen）含量低，是以無機巖為骨架的含有機質頁巖，與以碳有機質結構為骨架的煤炭等高熱值固體燃料不同，其干餾煉油涵蓋無機巖骨架中有機質干餾或熱解、干餾過程無機巖結構變遷與粉化特性、高含氮頁巖油產物提質加工、大量無機巖或灰包埋少量半焦炭高效燃燒利用、利用熱解氣或低熱值頁巖半焦實現煉油過程自熱的集成系統(tǒng)熱質匹配、最大程度節(jié)能和最高價值產品生產的全流程優(yōu)化等系列科學與技術問題，涉及物質認識科學的無機巖相學和有機結構化學，物質轉化科學的熱化學、熱物理和應用催化，工程科學的反應工程、多相流、工業(yè)爐窯、系統(tǒng)工程等多領域及學科的基礎、技術、研究方法和手段。

針對上述科學研究與技術突破的需求，中國科學技術部的國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）于2014年經綜合交叉科學領域、過程工程中節(jié)能減排與系統(tǒng)優(yōu)化方向立項了“油頁巖高效油氣煉制與過程節(jié)能科學基礎”項目，旨在從分子、顆粒、反應器、系統(tǒng)多個尺度研究油頁巖干餾（熱解）反應與產物定向調控，油頁巖干餾產物（包括半焦）高效高值加工，以污染最低、效率最高、價值最大為目標的過程優(yōu)化與系統(tǒng)集成的科學基礎，具體解決：油頁巖有機質及伴生無機巖相結構與熱解過程反應特性關系、熱解反應器流動-傳遞-反應匹配及轉化過程定向調控、熱解產物高效加工新技術原理與綜合利用系統(tǒng)集成等關鍵科學問題，以形成支撐 1000噸/天以上寬粒度油頁巖（即含小顆粒）原料熱解生產高品質頁巖油的新反應器、新工藝和節(jié)能集成方案，頁巖油收率從60%～65%提高至90%，綜合節(jié)能50%以上，為徹底解決我國油頁巖煉制工業(yè)油收率低、能耗高等問題提供科學基礎與技術方法支撐。

項目通過整合中國科學院過程工程研究所、清華大學、中國石油大學（北京）、中國礦業(yè)大學（北京）、北京化工大學、華南理工大學、煤炭科學研究總院、中國中煤能源集團有限公司、西南化工研究設計院有限公司的優(yōu)勢研發(fā)團隊，經過自2014年以來的潛心協作研究，形成了多項創(chuàng)新或原創(chuàng)的科學與技術成果，包括成功揭示了油頁巖有機質與無機巖的賦存結構和有機質熱解過程其共價弱鍵斷裂規(guī)律及與產物生成的關系，發(fā)明了利用內構件調控熱解反應器內物質流動、溫度/濃度分布及其與熱解揮發(fā)分反應（即二次熱解反應）的匹配關系和對熱解產物的定向調控機制，首次形成了熱解油、熱解氣收率及品質單調隨溫度升高而增高的內構件移動床定向熱解反應器和熱解工藝，實現了在1000℃以上高溫下可同時獲得頁巖油、熱解氣高收率和高品質的熱解產物生產目標，創(chuàng)建了灰包埋炭的低熱值頁巖半焦高效循環(huán)流化床燃燒空氣擴散強化與低床料循環(huán)系統(tǒng)構建的基礎理論，針對新型熱解技術與工藝創(chuàng)建了全過程多目標優(yōu)化系統(tǒng)和集成方案，奠定了國際領先油頁巖干餾煉油成套技術開發(fā)的科學基礎。相關的核心方法與技術在美國、加拿大、俄羅斯、澳大利亞、巴西、中國等油頁巖及煤豐富的國家申獲了專利，并完成了1000級/年技術中試，牽引了億元總投資開展技術的10萬噸/年示范及產業(yè)化應用推廣。利用本項目技術，油頁巖礦被全量利用、頁巖油收率高達90%，相對我國現有干餾技術的頁巖油產能翻番，可實現大幅度節(jié)能降耗。

本?？劳小坝晚搸r高效油氣煉制與過程節(jié)能科學基礎”（973計劃）項目，共登載 38篇論文，涉及油頁巖/煤熱解及其煉制系統(tǒng)的綜述與專論5篇，催化、動力學與反應器方向12篇，能源和環(huán)境工程方向12篇，覆蓋了油頁巖高效煉制“973計劃”項目獲得的上述創(chuàng)新成果的代表學術論文，也邀請了相關領域與方向的我國知名學者及團隊成員撰寫了多篇高水平論文。該?？鳛轫椖揩@得重大成果的總結，可為相關領域和方向的研究及技術人員提供有價值的參考。在?？木帉懞统霭孢^程中得到了很多專家學者的支持與幫助，在此致以衷心感謝！

許光文、李術元、初茉、戰(zhàn)金輝

2017年8月