煉油，向分子水平進(jìn)軍—專(zhuān)訪中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院原院長(zhǎng)龍軍

○ 文／本刊記者 鄭 丹

分子水平石油煉制技術(shù)創(chuàng)新將支撐我國(guó)石油煉制工業(yè)由大到強(qiáng)。

供圖/龍軍

百年石油煉制，如宇宙星河般浩渺。煉油技術(shù)進(jìn)步，正在翻開(kāi)新的一頁(yè)。

近年來(lái)，分子水平石油煉制技術(shù)創(chuàng)新成為熱點(diǎn)。為此，本刊記者專(zhuān)訪了率先提出分子水平石油煉制技術(shù)創(chuàng)新“石油煉制技術(shù)創(chuàng)新要向分子水平進(jìn)軍，努力從分子水平去認(rèn)識(shí)石油、煉制石油和使用石油”的我國(guó)煉油技術(shù)專(zhuān)家、中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院（RIPP）原院長(zhǎng)龍軍博士。他表示：“未來(lái)石油煉制的發(fā)展趨勢(shì)是更加精細(xì)化，需要精細(xì)煉油技術(shù)支撐。分子水平石油煉制技術(shù)創(chuàng)新是中國(guó)石化RIPP在這方面的一種嘗試、探索和實(shí)踐?！?/p>

看清未來(lái)

中國(guó)石油石化：龍?jiān)洪L(zhǎng)，您好！您如何看待分子水平石油煉制技術(shù)創(chuàng)新？

龍軍：中國(guó)現(xiàn)代煉油工業(yè)發(fā)展了60多年，已經(jīng)經(jīng)歷了從無(wú)到有、從小到大兩個(gè)戰(zhàn)略發(fā)展階段，目前進(jìn)入從大到強(qiáng)發(fā)展階段。到了這個(gè)階段，煉油工業(yè)面臨諸多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，有傳統(tǒng)煉油技術(shù)升級(jí)換代、提質(zhì)增效屬性的挑戰(zhàn)，也有綠色煉制、低碳煉制、多元煉制等前瞻屬性的挑戰(zhàn)，還有來(lái)自內(nèi)燃機(jī)技術(shù)進(jìn)步對(duì)石油基燃料提出配方要求方面的挑戰(zhàn)等。煉油工業(yè)要贏得發(fā)展，必須有能力應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。因此，當(dāng)今中國(guó)石油煉制工業(yè)特別需要與這個(gè)新的發(fā)展階段相適應(yīng)的、能支撐中國(guó)煉油工業(yè)完成從大到更強(qiáng)階段發(fā)展的更為精細(xì)的煉制技術(shù)。分子水平石油煉制技術(shù)創(chuàng)新，旨在研發(fā)過(guò)程更加精細(xì)、解決問(wèn)題更加精準(zhǔn)的新一代石油精細(xì)煉制技術(shù)。

中國(guó)石油石化：您為何強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)石油煉制技術(shù)要向分子水平升級(jí)？

龍軍：石油煉制技術(shù)向分子水平升級(jí)主要有以下驅(qū)動(dòng)力。

首先，縱觀世界石油煉制技術(shù)150多年來(lái)的歷史發(fā)展沿革，總體上是沿著一條不斷精細(xì)化的脈胳一路走來(lái)的—從最初的寬泛、粗放，逐步發(fā)展到細(xì)致、精準(zhǔn)。例如，在如何識(shí)別石油、認(rèn)知石油、煉制石油、使用石油方面，最初針對(duì)的是原油全餾分，然后升級(jí)到石油寬餾分、石油窄餾分，又發(fā)展到針對(duì)石油窄餾分中的族組分、結(jié)構(gòu)族組分……發(fā)展至今，直接針對(duì)石油中特定分子的案例已由始見(jiàn)端倪發(fā)展到了不在少數(shù)。因此，更加精細(xì)的石油煉制及其技術(shù)支撐—分子水平石油煉制技術(shù)創(chuàng)新有其歷史發(fā)展必然的因素。

其次，進(jìn)入21世紀(jì)，環(huán)保法規(guī)不斷升級(jí)，以往僅控制石油產(chǎn)品整體平均理化性質(zhì)就能保障石油產(chǎn)品使用性能的傳統(tǒng)模式被打破，石油產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)已由餾分級(jí)上升到了分子級(jí)，客觀上要求石油煉制技術(shù)具有保障所生產(chǎn)的清潔石油產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到分子級(jí)。這就需要?jiǎng)?chuàng)新，創(chuàng)新出既能使油品宏觀使用性能達(dá)標(biāo)，又能使油品微觀分子級(jí)清潔性能質(zhì)量達(dá)標(biāo)的更加精細(xì)的分子級(jí)煉油技術(shù)。

再次，石油化學(xué)組成雖然復(fù)雜，但具有分子屬性，石油中的分子才是決定石油煉制性能的內(nèi)因和關(guān)鍵。然而，由于石油煉制原料和產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)期停滯在餾分級(jí)整體平均理化性質(zhì)水平以及石油組成非常復(fù)雜、難以深入認(rèn)知等客觀原因，導(dǎo)致盡管石油煉制已經(jīng)發(fā)展了150多年，但大多數(shù)煉油過(guò)程仍處于“黑箱”狀態(tài)。進(jìn)入新世紀(jì)，環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格的壓力已經(jīng)使清潔石油產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)由餾分級(jí)上升到了分子級(jí)，石油煉制技術(shù)必須跟上。石油雖然是復(fù)雜體系，但如今隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展和知識(shí)的積累，自然科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)吹響了向復(fù)雜體系進(jìn)軍的號(hào)角，世界范圍內(nèi)對(duì)一些關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的復(fù)雜體系的研究和認(rèn)識(shí)正在逐步從宏觀轉(zhuǎn)向微觀，有的已達(dá)到分子和原子水平。例如，同屬?gòu)?fù)雜體系的生物領(lǐng)域的生物基因組學(xué)、材料領(lǐng)域的材料基因組學(xué)等研究已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，為各自領(lǐng)域的跨越式發(fā)展做了大量準(zhǔn)備。在這種大背景下，針對(duì)石油復(fù)雜體系的分子水平石油煉制技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)運(yùn)而生。

艱難探索

中國(guó)石油石化：在看清未來(lái)之后，RIPP如何發(fā)起分子水平石油煉制技術(shù)的創(chuàng)新？

龍軍：RIPP初步將分子水平石油煉制技術(shù)創(chuàng)新的內(nèi)涵確定為努力從分子水平識(shí)別石油、認(rèn)知石油、煉制石油、使用石油四大范疇。

分子水平識(shí)別石油。我們初步構(gòu)建了“四位一體的石油分子水平表征技術(shù)體系”，其中包括石油預(yù)處理技術(shù)：物理分離方面的分子蒸餾、改性固相萃取等，化學(xué)處理方面的甲酯化、催化氧化等衍生化技術(shù)，以及高效儀器分離技術(shù)、選擇性儀器檢測(cè)技術(shù)、分子識(shí)別及定量分析數(shù)據(jù)處理技術(shù)。然后，構(gòu)建了石油全餾分分子水平表征平臺(tái)，其中包括各類(lèi)煉廠氣分子水平表征技術(shù)、各類(lèi)石腦油餾分分子水平表征技術(shù)、各類(lèi)常壓瓦斯油餾分分子水平表征技術(shù)、各類(lèi)減壓蠟油餾分分子水平表征技術(shù)、各類(lèi)減壓渣油分子水平表征技術(shù)以及分子水平原油全餾分評(píng)價(jià)技術(shù)等。

分子水平認(rèn)知石油。對(duì)各類(lèi)石油煉制原料、石油煉制中間產(chǎn)物、石油產(chǎn)品中典型分子如不同分子量大小的正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴、正構(gòu)烯烴、異構(gòu)烯烴（α烯烴、內(nèi)烯烴）、烷基環(huán)烷烴、多環(huán)環(huán)烷烴、烷基芳香烴、多環(huán)芳香烴、含硫化合物、含氮化合物、含氧化合物、含鎳化合物以及含釩化合物、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等物種的分子化學(xué)結(jié)構(gòu)與其煉制性能之間的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行了深入研究，獲得大量分子級(jí)信息。

分子水平煉制石油。從分子水平對(duì)現(xiàn)代煉油廠全技術(shù)流程中每一個(gè)單元技術(shù)背后的道理，其中包括各類(lèi)物理過(guò)程的原理、各類(lèi)化學(xué)過(guò)程的反應(yīng)化學(xué)細(xì)節(jié)進(jìn)行了研究，獲得量大面廣的石油煉制分子級(jí)信息。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的分子水平石油煉制全流程技術(shù)支持平臺(tái)現(xiàn)已基本完成 1.0版。

分子水平使用石油。研究包括合理利用石油資源和優(yōu)化石油產(chǎn)品使用性能兩大方面。石油煉制對(duì)所生產(chǎn)的石油產(chǎn)品的質(zhì)量管控比較嚴(yán)格，已達(dá)到分子級(jí)，且時(shí)常升級(jí)甚至換代，但對(duì)石油煉制原料質(zhì)量的要求和管控往往比較粗放寬泛。這種“開(kāi)口”情況給煉制技術(shù)帶來(lái)諸多不確定、不適宜的因素，成為石油煉制技術(shù)目前仍難以低成本精準(zhǔn)解決問(wèn)題的主要難題之一。

煉油廠各煉制單元的原料雖然都是確定范圍內(nèi)的餾分，但對(duì)餾分的分子組成沒(méi)有嚴(yán)格的管控。煉制石油就是煉制石油中的分子。各種分子化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，即使是在相同的技術(shù)原理、確定的工藝、催化劑、工程等條件下，各自的煉制結(jié)果也不盡相同。這里還有優(yōu)化空間，有必要深刻認(rèn)知。因此，有必要開(kāi)發(fā)分子水平原油評(píng)價(jià)技術(shù)并結(jié)合開(kāi)發(fā)分子水平宜芳則芳、宜烯則烯、宜油則油、宜焦則焦、宜瀝則瀝、宜蠟則蠟等分子級(jí)煉制技術(shù)，為石油煉制能實(shí)施更加精細(xì)的分子管理、更加精準(zhǔn)的分子煉油打下基礎(chǔ)。

煉制石油的結(jié)果就是煉制原料石油諸分子結(jié)果的集合，因此石油產(chǎn)品也具有分子屬性。石油產(chǎn)品的使用性能歸根到底是由組成石油產(chǎn)品的石油分子貢獻(xiàn)并決定的。因此，我們?cè)诜肿铀窖芯苛烁黝?lèi)石油煉制產(chǎn)品，包括汽油、航煤、柴油、各類(lèi)內(nèi)燃機(jī)燃料添加劑、潤(rùn)滑劑基礎(chǔ)油，各類(lèi)潤(rùn)滑劑添加劑、石油瀝青等中的分子是如何貢獻(xiàn)并決定石油產(chǎn)品包括蒸發(fā)性能、燃燒性能、潤(rùn)滑性能、低溫性能、清潔性能、抗氧化性能、抗腐蝕性能、極壓抗磨性能、清凈性能、分散性能、流變性能、粘彈性能、還原性能、電阻性能、石墨化性能等使用性能，由此獲得深刻認(rèn)知以及大量支撐傳統(tǒng)石油產(chǎn)品升級(jí)換代的分子級(jí)技術(shù)創(chuàng)新信息。

中國(guó)石油石化：近年來(lái)，RIPP在分子水平石油煉制技術(shù)創(chuàng)新方面取得了哪些成果？

龍軍：分子水平石油煉制技術(shù)創(chuàng)新主張?jiān)谑蜔捴萍夹g(shù)研發(fā)過(guò)程中做深入到目前涉獵還甚少的石油分子層面，去挖掘、探索、認(rèn)知還不甚了解的石油分子、石油分子之間的相互作用以及其與石油煉制及產(chǎn)品應(yīng)用各種關(guān)聯(lián)的努力，以期獲得新發(fā)現(xiàn)、新認(rèn)識(shí)、新方法、新知識(shí)，使已有一定知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)積累的石油煉制科技工作者能由此受到啟發(fā)，產(chǎn)生靈感，形成新的技術(shù)創(chuàng)新思路，在此基礎(chǔ)上研發(fā)出過(guò)程更加精細(xì)、解決問(wèn)題更加精準(zhǔn)的新一代石油煉制技術(shù)，以支撐石油煉制工業(yè)走向更強(qiáng)。

過(guò)去的十幾年間，RIPP著力圍繞石油煉制全流程系列技術(shù)如何達(dá)到分子水平，如何在分子水平進(jìn)行石油煉制技術(shù)創(chuàng)新方面進(jìn)行了大量的探索和實(shí)踐，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生了新的思路，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出創(chuàng)新技術(shù)。例如，針對(duì)大宗石油產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提升到分子級(jí)對(duì)傳統(tǒng)煉油技術(shù)形成的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，通過(guò)分子水平石油煉制技術(shù)創(chuàng)新探索與實(shí)踐，成功創(chuàng)新出MIP工藝、CGP技術(shù)、S Zorb新型催化劑和ZCA固體酸烷基化技術(shù)，在全國(guó)52個(gè)煉油廠、86套工業(yè)裝置獲大面積工業(yè)應(yīng)用，以較低成本、較快速度有力支撐我國(guó)煉油行業(yè)實(shí)現(xiàn)清潔汽油質(zhì)量從國(guó)Ⅰ到國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的連續(xù)升級(jí)，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。

中國(guó)石油石化：分子水平石油煉制技術(shù)應(yīng)用為煉油企業(yè)解決了哪些難題？

龍軍：舉個(gè)例子，含酸原油加工是世界級(jí)難題。這是一種典型的劣質(zhì)原油，難加工，但相對(duì)便宜，如能實(shí)現(xiàn)低成本加工有望給煉油企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。含酸原油加工的主要問(wèn)題是腐蝕設(shè)備，難點(diǎn)在于已有技術(shù)不論是應(yīng)用昂貴的耐酸設(shè)備還是應(yīng)用高成本的先脫酸再煉制長(zhǎng)技術(shù)流程都導(dǎo)致了過(guò)程經(jīng)濟(jì)性變差。因此，不但要實(shí)現(xiàn)含酸原油加工而且要實(shí)現(xiàn)低成本加工是關(guān)鍵。

我們通過(guò)分子水平識(shí)別含酸原油研究發(fā)現(xiàn)，含酸原油中石油酸分子的類(lèi)型主要有脂肪酸、環(huán)烷酸、芳香酸三種，多為一元酸，其中羧基官能團(tuán)通過(guò)多個(gè)亞甲基與烷基、環(huán)烷基或芳香基相聯(lián)。

分子水平認(rèn)知含酸原油研究結(jié)果表明，石油酸分子結(jié)構(gòu)中羧基官能團(tuán)對(duì)脂肪鏈C-C共價(jià)鍵鍵能影響更大。

分子水平煉制含酸原油研究結(jié)果表明，石油酸分子骨架脫酸的合理位置應(yīng)位于分子內(nèi)羧基C與烷基相聯(lián)C之間的共價(jià)鍵。由此我們受到啟發(fā)，提煉出石油酸分子脫酸需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)含酸原油中石油酸分子羧基官能團(tuán)與脂肪鏈的高選擇性裂化。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)富L酸催化劑更能有利于實(shí)現(xiàn)石油酸分子與其官能團(tuán)相聯(lián)C-C共價(jià)鍵的異裂。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)，我們開(kāi)發(fā)出含酸原油低成本脫酸裂化技術(shù)。該技術(shù)為世界首創(chuàng)。它打破常規(guī)，實(shí)現(xiàn)脫酸與裂化兩道工序合二為一，技術(shù)流程短，不但實(shí)現(xiàn)了脫酸，而且大幅度降低了加工成本。該技術(shù)已成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，為企業(yè)獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

展望未來(lái)，技術(shù)創(chuàng)新將推動(dòng)我國(guó)煉油產(chǎn)業(yè)由大走強(qiáng)。供圖/視覺(jué)中國(guó)

展望未來(lái)

中國(guó)石油石化：您對(duì)分子水平石油煉制技術(shù)的發(fā)展前景有怎樣的展望？

龍軍：分子水平石油煉制技術(shù)創(chuàng)新是傳統(tǒng)餾分水平研發(fā)模式的一種轉(zhuǎn)型升級(jí)。轉(zhuǎn)型是指更加精準(zhǔn)，升級(jí)是指提升到分子水平。雖然難度大，但存在支撐產(chǎn)生更加精細(xì)煉制的技術(shù)創(chuàng)新思路、實(shí)現(xiàn)跨越式技術(shù)進(jìn)步的潛力和機(jī)會(huì)。我們認(rèn)為，目前石油煉制技術(shù)領(lǐng)域已到突破期，世界范圍內(nèi)新一輪角逐已經(jīng)開(kāi)始，誰(shuí)先在分子水平獲得對(duì)石油原料、石油煉制過(guò)程、石油產(chǎn)品的精細(xì)認(rèn)知，誰(shuí)就有可能搶占先機(jī)。目前的競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)多集中在劣質(zhì)原油加工、清潔燃料生產(chǎn)、減壓渣油高效轉(zhuǎn)化、化工型煉油、多元煉制、低碳煉制、精細(xì)石油產(chǎn)品等方面。我們將盡力使分子水平石油煉制技術(shù)創(chuàng)新為傳統(tǒng)石油煉制注入活力，努力研發(fā)出過(guò)程更加精細(xì)、解決問(wèn)題更加精準(zhǔn)的新一代精細(xì)煉制技術(shù)，以支撐我國(guó)石油煉制工業(yè)走向更強(qiáng)。