2011CB201300中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)低碳燃料和化學(xué)品的基礎(chǔ)研究

1、項(xiàng)目名稱：中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)低碳燃料和化學(xué)品的基礎(chǔ)研究首席科學(xué)家：劉振宇 北京化工大學(xué)起止年限：2011.1至2015.8依托部門(mén)：教育部二、預(yù)期目標(biāo)3.1 總體目標(biāo)從分子水平上揭示中低階煤的弱鍵合結(jié)構(gòu)及分級(jí)轉(zhuǎn)化的科學(xué)規(guī)律，深入認(rèn)識(shí)“三傳一反”工程科學(xué)原理，形成若干高效潔凈低成本的中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)液/氣燃料和化學(xué)品的新技術(shù)和集成系統(tǒng)，將煤綜合利用效率和效益提高10-30%，將污染物和CO2的排放量降低10-20%；推動(dòng)中低階煤高效、潔凈、低碳化利用科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，緩解我國(guó)油氣進(jìn)口壓力；形成國(guó)際一流的煤轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)研發(fā)團(tuán)隊(duì)和基地，使我國(guó)在煤轉(zhuǎn)化科學(xué)和技術(shù)方面居世界領(lǐng)先地位。其前面對(duì)煤結(jié)構(gòu)和本

2、征反應(yīng)的研究，本項(xiàng)目還3.2 五年預(yù)期目標(biāo)l 從分子水平上認(rèn)識(shí)中低階煤中非共價(jià)鍵和弱共價(jià)鍵的結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建其集總化學(xué)結(jié)構(gòu)模型；l 形成中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化本征反應(yīng)的表征手段和理論分析方法，揭示非共價(jià)鍵和弱共價(jià)鍵在熱場(chǎng)中的解離原理和自由基形成規(guī)律，認(rèn)識(shí)自由基反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；l 發(fā)展中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)液/氣燃料和化學(xué)品的過(guò)程調(diào)控原理和方法，認(rèn)識(shí)高效催化劑制備原理和復(fù)雜液體產(chǎn)物分離原理，在褐煤熱溶與加氫聯(lián)產(chǎn)油和化學(xué)品方面形成新技術(shù)，在褐/煙煤熱解和催化轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)油/氣方面形成新技術(shù)并完成中試驗(yàn)證；l 認(rèn)識(shí)煤分級(jí)轉(zhuǎn)化殘焦的組成結(jié)構(gòu)，揭示殘焦與氧化鈣的高溫反應(yīng)機(jī)理，創(chuàng)建低能耗氧熱法電石生產(chǎn)新技術(shù)，完成中試驗(yàn)證

3、；l 揭示中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)液/氣燃料和化學(xué)品過(guò)程中“化學(xué)反應(yīng)-傳遞-催化轉(zhuǎn)化”等復(fù)雜過(guò)程的耦合行為、反應(yīng)器理論、“能量-效率-碳-污染物”的逐級(jí)變化規(guī)律，提出過(guò)程強(qiáng)化和CO2/污染物減排策略，形成理論和技術(shù)體系，構(gòu)建高效率、高效益、低排放的新工藝路線；l 發(fā)表學(xué)術(shù)刊物論文200篇以上，形成國(guó)家發(fā)明專利25項(xiàng)，出版專著2部，培養(yǎng)博士生30名、碩士生50名，力爭(zhēng)獲得國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)1項(xiàng)。l 經(jīng)過(guò)5 年的研究實(shí)踐，培養(yǎng)和造就3名國(guó)家級(jí)中青年人才，形成國(guó)內(nèi)外知名的技術(shù)創(chuàng)新群體和國(guó)際一流的煤轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)研發(fā)基地。三、研究方案4.1 學(xué)術(shù)思路本項(xiàng)目針對(duì)國(guó)家對(duì)煤高效潔凈利用及低碳液/氣燃料和化學(xué)品生產(chǎn)的重大需求，

4、以及國(guó)內(nèi)外對(duì)煤結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的統(tǒng)觀性，以“煤弱鍵合結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)-分級(jí)轉(zhuǎn)化過(guò)程調(diào)控-產(chǎn)物分離與轉(zhuǎn)化”為主線，著力解決與中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化密切相關(guān)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，指導(dǎo)具有重大應(yīng)用背景的中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化工藝研發(fā)和中試驗(yàn)證。首先建立從分子水平上認(rèn)識(shí)煤結(jié)構(gòu)的新方法，揭示中低階煤中非共價(jià)鍵和弱共價(jià)鍵等弱鍵合結(jié)構(gòu)的分布特征；其次，基于煤中不同弱鍵合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性差異，研究其在不同條件下（溫度、氣氛、催化劑）的轉(zhuǎn)化規(guī)律及和解離中間產(chǎn)物（自由基）的形成規(guī)律及反應(yīng)機(jī)制；進(jìn)而發(fā)展中低階煤分級(jí)定向轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)低碳液/氣燃料和化學(xué)品的過(guò)程調(diào)控原理和催化機(jī)理、油/酚高效綠色分離原理和低能耗殘焦制備電石新技術(shù)原理，形成若干中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)

5、產(chǎn)液/氣燃料和化學(xué)品的新技術(shù)和集成工藝。4.2 技術(shù)途徑l 利用常溫/熱溶解聚方法得到中低階煤的大分子團(tuán)簇混合物，經(jīng)柱層析、制備色譜分離和重結(jié)晶等方法分離純化后，通過(guò)核磁共振和單晶X射線衍射等方法確定大分子團(tuán)簇的分子結(jié)構(gòu)；l 采用同步輻射真空紫外單光子電離分子束質(zhì)譜技術(shù)，原位診斷不同熱轉(zhuǎn)化條件下自由基的形成規(guī)律和產(chǎn)物特征，結(jié)合量子化學(xué)計(jì)算，形成中低階煤中弱鍵合結(jié)構(gòu)的集總描述；l 采用高壓釜和連續(xù)試驗(yàn)裝置研究褐煤選擇性催化轉(zhuǎn)化的機(jī)理、關(guān)鍵步驟和催化劑設(shè)計(jì)原則；利用相平衡測(cè)定儀研究包括有機(jī)堿和離子液體在內(nèi)的新型萃取劑與液體產(chǎn)物的相平衡特征和傳質(zhì)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)油和芳烴/酚的高效綠色分離；采用精餾或萃取精

6、餾方法實(shí)現(xiàn)芳烴和粗酚的精制；l 采用多種反應(yīng)器考察煤預(yù)處理方法、催化劑、熱解條件、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)物組成的影響，以自由基反應(yīng)調(diào)控規(guī)律為指導(dǎo)，形成中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化的過(guò)程調(diào)控理論和方法；l 通過(guò)反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)研究及過(guò)程數(shù)學(xué)模擬支撐反應(yīng)器研發(fā)；通過(guò)催化劑形態(tài)變化及其與灰分的相互作用研究，形成催化劑分離和回用方法；l 在高溫?zé)崽炱胶托⌒头磻?yīng)器中研究殘焦和CaO的反應(yīng)機(jī)理，提出過(guò)程強(qiáng)化的有效方法；通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)合，構(gòu)建低能耗電石生產(chǎn)新反應(yīng)器和反應(yīng)系統(tǒng)。技術(shù)途徑簡(jiǎn)要匯總于圖2。中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)低碳燃料和化學(xué)品從分子水平上認(rèn)識(shí)煤結(jié)構(gòu)組成認(rèn)識(shí)過(guò)程調(diào)控原理催化機(jī)理 CO2/污染物減排特征產(chǎn)物分離

7、與轉(zhuǎn)化非共價(jià)鍵大分子團(tuán)簇締合特征弱共價(jià)鍵的結(jié)構(gòu)特征和解離規(guī)律原位檢測(cè)動(dòng)力學(xué)分析褐煤溫和加氫聯(lián)產(chǎn)油/芳烴/酚液體產(chǎn)物分離精制殘焦反應(yīng)聯(lián)產(chǎn)電石/CO熱溶解聚多級(jí)萃取純化表征催化劑反應(yīng)規(guī)律中低階煤熱解聯(lián)產(chǎn)油/氣煤預(yù)處理催化劑反應(yīng)規(guī)律反應(yīng)器中低階煤催化熱解制甲烷/油催化劑反應(yīng)規(guī)律反應(yīng)器反應(yīng)原理冷態(tài)模擬反應(yīng)器分析表征萃取精餾傳質(zhì)相平衡量子化學(xué)計(jì)算弱鍵合結(jié)構(gòu)集總描述百噸級(jí)中試驗(yàn)證過(guò)程耦合評(píng)價(jià)圖2. 技術(shù)路線簡(jiǎn)圖4.3 創(chuàng)新與特色本項(xiàng)目從新的視野研究煤分級(jí)轉(zhuǎn)化過(guò)程，即從分子水平上認(rèn)識(shí)中低階煤中弱鍵合結(jié)構(gòu)特征及其與反應(yīng)性的關(guān)系，揭示過(guò)程調(diào)控原理，在研究思路、研究手段以及中低階煤轉(zhuǎn)化技術(shù)等方面均有重要?jiǎng)?chuàng)新。科學(xué)

8、層面：l 在現(xiàn)代物理和化學(xué)分析方法的基礎(chǔ)上，通過(guò)逐級(jí)溶解、同步輻射真空紫外單光子電離與分子束質(zhì)譜耦合、紅外等原位反應(yīng)技術(shù)及量子化學(xué)計(jì)算等方法，認(rèn)識(shí)中低階煤中大分子團(tuán)簇非共價(jià)鍵締合和弱共價(jià)鍵鍵合特征及熱轉(zhuǎn)化過(guò)程中自由基的形成和反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建集總化學(xué)結(jié)構(gòu)模型，揭示本征反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律；l 以煤中弱鍵合結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)為指導(dǎo)，揭示中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)液/氣燃料和化學(xué)品過(guò)程中“化學(xué)反應(yīng)-傳遞-催化轉(zhuǎn)化”等復(fù)雜過(guò)程的耦合行為、反應(yīng)器理論、“能量-效率-碳-污染物”的逐級(jí)變化規(guī)律，提出過(guò)程強(qiáng)化和CO2/污染物減排策略；l 認(rèn)識(shí)復(fù)雜液體產(chǎn)物的物化特征及新型萃取分離體系的相平衡和傳質(zhì)規(guī)律；揭示殘焦制備電石的過(guò)程強(qiáng)化原理

9、和新反應(yīng)器構(gòu)型原理。技術(shù)層面：l 建立煤非共價(jià)鍵溫和解離、產(chǎn)物分離與表征、煤結(jié)構(gòu)反演的方法；采用同步輻射真空紫外單光子電離與分子束質(zhì)譜的耦合等技術(shù)，建立定性與定量診斷煤熱解自由基及產(chǎn)物的分子水平研究方法，突破煤結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性研究的技術(shù)瓶頸；l 形成中低階煤在不同溫度場(chǎng)中解離和轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)油/芳烴/酚、油/甲烷、低能耗電石生產(chǎn)等創(chuàng)新工藝及高效催化劑、萃取分離和高效反應(yīng)器等新技術(shù)；l 提出降低能耗-物耗和CO2/污染物排放的方法，支撐中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)油/氣、甲烷/油以及殘焦制電石等新工藝的中試研發(fā)，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)技術(shù)。4.4 取得重大突破的可行性分析l 聯(lián)合申報(bào)本項(xiàng)目的11家單位分別在煤

10、炭能源、化學(xué)工程、物理化學(xué)等領(lǐng)域居全國(guó)一流水平，擁有7個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、2個(gè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和1個(gè)省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，能夠清晰地認(rèn)識(shí)煤分級(jí)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和共性基礎(chǔ)問(wèn)題，完全具備承擔(dān)本項(xiàng)目的能力。研究方案可靠，學(xué)術(shù)思路明確，技術(shù)路線可行。l 研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建成了一批較為系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，擁有多種先進(jìn)的大型分析測(cè)試儀器，形成了國(guó)內(nèi)外一流的基礎(chǔ)研究平臺(tái)，掌握了行之有效的研究方法。煤炭科學(xué)研究總院、中科院過(guò)程所、中科院山西煤化所和新奧集團(tuán)的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已建有小試和中試研發(fā)平臺(tái)，北京化工大學(xué)正與企業(yè)合作建設(shè)電石生產(chǎn)新工藝的中試研發(fā)平臺(tái)，為“基礎(chǔ)-應(yīng)用基礎(chǔ)-工藝-工程”一

11、體化研發(fā)提供了強(qiáng)有力保障。4.5 課題設(shè)置針對(duì)中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)過(guò)程的共性基礎(chǔ)問(wèn)題和若干特定工藝中化學(xué)反應(yīng)和傳遞過(guò)程耦合的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，本項(xiàng)目設(shè)置6個(gè)課題進(jìn)行研究，其中：課題1. 中低階煤中弱共價(jià)鍵和熱解自由基的表征及反應(yīng)原理研究?jī)?nèi)容： (1) 煤熱解自由基的表征及本征動(dòng)力學(xué)研究研究不同煤種在熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程中自由基、中間產(chǎn)物和反應(yīng)產(chǎn)物的形成規(guī)律與作用機(jī)制，考察煤在不同加熱條件下的解離和自由基產(chǎn)生行為（種類和量）；建立煤組成結(jié)構(gòu)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化本征動(dòng)力學(xué)的研究手段和理論分析方法；研究褐煤溫和加氫熱解條件下自由基、中間體與反應(yīng)產(chǎn)物的形成規(guī)律，認(rèn)識(shí)該過(guò)程中液態(tài)產(chǎn)物的形成過(guò)程與基本規(guī)律。(2) 煤弱共

12、價(jià)鍵結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)及其與自由基形成的關(guān)系運(yùn)用IR、NMR和化學(xué)分析等手段，結(jié)合同步輻射真空電離分子束質(zhì)譜診斷以及量子化學(xué)計(jì)算，選擇多種煤結(jié)構(gòu)相關(guān)的模型化合物，探討煤中非共價(jià)鍵和弱共價(jià)鍵的結(jié)合特性以及煤在熱解過(guò)程中可能的解離方式及產(chǎn)物的形成機(jī)制；結(jié)合研究?jī)?nèi)容（1）獲取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)識(shí)煤弱共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)與自由基形成的關(guān)系。(3) 煤集總化學(xué)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建結(jié)合同步輻射真空紫外電離診斷，運(yùn)用量子化學(xué)計(jì)算，推測(cè)煤在熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的解離行為并構(gòu)建煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)模型。預(yù)期目標(biāo)：(1) 采用同步輻射真空紫外單光子電離與分子束質(zhì)譜技術(shù)，發(fā)展在分子水平上研究煤組成結(jié)構(gòu)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化本征動(dòng)力學(xué)表征手段和理論分析方法；(2) 闡

13、明煤在熱轉(zhuǎn)化過(guò)程中的自由基、過(guò)渡態(tài)形成規(guī)律和反應(yīng)機(jī)制；認(rèn)識(shí)煤在熱場(chǎng)中的解離與自由基產(chǎn)生行為（種類和量）的關(guān)系；(3) 構(gòu)建煤的集總化學(xué)結(jié)構(gòu)模型、自由基反應(yīng)與反應(yīng)過(guò)程網(wǎng)絡(luò)，為實(shí)現(xiàn)煤定向和選擇性轉(zhuǎn)化以及轉(zhuǎn)化過(guò)程和產(chǎn)物的多元化提供理論支持；(4) 發(fā)表論文38篇，形成國(guó)家發(fā)明專利2-3項(xiàng)，培養(yǎng)國(guó)家級(jí)中青年人才1-2名，培養(yǎng)博士生5名、碩士生10名。承擔(dān)單位：大連理工大學(xué)，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所課題負(fù)責(zé)人：胡浩權(quán)課題參加人員：唐紫超、李鋼、樊紅軍、熊光經(jīng)費(fèi)比例：16.5%課題2. 中低階煤中大分子團(tuán)簇的締合特征及熱溶解聚過(guò)程調(diào)控研究?jī)?nèi)容：(1) 煤中可溶性大分子團(tuán)簇中芳環(huán)、橋鍵和側(cè)鏈類型考察煤在

14、不同溶劑中的常溫萃取行為，篩選出有效分離煤中常溫可溶成分的溶劑和方法；考察溫度、二元有機(jī)溶劑種類對(duì)煤熱溶行為的影響；研究常溫可溶成分和熱溶不同餾分的結(jié)構(gòu)特征。(2) 煤中可溶性大分子團(tuán)簇與難溶大分子網(wǎng)絡(luò)骨架的締合特征研究煤溫和催化加氫后的熱溶行為，以期選擇性地解聚煤中難溶大分子為 可溶成分；研究煤溫和催化氧化后的熱溶行為；表征煤經(jīng)不同預(yù)處理后的可溶成分的結(jié)構(gòu)特征和難溶大分子網(wǎng)絡(luò)的骨架結(jié)構(gòu)。(3) 煤中可溶性大分子團(tuán)簇的熱溶解聚過(guò)程調(diào)控在上述研究基礎(chǔ)上，揭示在不同溫度下煤熱溶-解聚過(guò)程中環(huán)烷和芳烴等可溶性成分的析出規(guī)律，為調(diào)控煤的熱溶解聚過(guò)程提供理論依據(jù)。預(yù)期目標(biāo)： (1) 從分子水平上揭示代表

15、性煙煤和褐煤中典型的可溶性大分子團(tuán)簇的締合特征及其在不同溫度下熱溶過(guò)程中的析出規(guī)律，為通過(guò)熱溶法有效分離煤中有機(jī)質(zhì)為低碳成分和富碳成分提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐；(2) 發(fā)表國(guó)內(nèi)外刊物論文37篇，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利3件，出版專著1部，培養(yǎng)1名青年教師入選教育部新世紀(jì)人才計(jì)劃或獲得國(guó)家杰出青年科學(xué)基金，培養(yǎng)博士生6名、碩士生12名，力爭(zhēng)1項(xiàng)成果獲得國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)。承擔(dān)單位：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，安徽工業(yè)大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：魏賢勇課題參加人員：倪中海、韓相恩、水恒福、王知彩經(jīng)費(fèi)比例：16.5%課題3. 褐煤溫和加氫機(jī)理及產(chǎn)物油和芳烴/酚的分離精制研究?jī)?nèi)容：(1) 褐煤溫和加氫催化劑的制備及催化機(jī)理研究提高高分散鐵系催化

16、劑的表面酸性的方法；認(rèn)識(shí)催化劑表面酸性與液體產(chǎn)物產(chǎn)率和組成間的關(guān)系；結(jié)合自由基形成規(guī)律和產(chǎn)物特征，揭示催化反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。(2) 褐煤溫和加氫的過(guò)程調(diào)控考察工藝條件（包括溫度、壓力、時(shí)間、催化劑等）對(duì)產(chǎn)物油組成及芳烴和酚含量的影響規(guī)律及過(guò)程調(diào)控原理；通過(guò)0.1 t/d規(guī)模的連續(xù)實(shí)驗(yàn)，形成褐煤加氫轉(zhuǎn)化過(guò)程的調(diào)控方法；分析能量-效率-碳-污染物的變化規(guī)律。 (3) 褐煤加氫液體產(chǎn)物（油/芳烴/酚）的分離基礎(chǔ)通過(guò)餾分切割考察芳烴/酚在產(chǎn)物粗油中的類型和分布特征，研究二者在不同萃取劑中的相平衡規(guī)律，研發(fā)高效綠色萃取劑；考察萃取劑/油比、萃取溫度、萃取級(jí)數(shù)等對(duì)芳烴和酚類化合物收率的影響，研究萃取過(guò)

17、程的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)，甄別控制步驟，形成萃取過(guò)程強(qiáng)化機(jī)制，提高萃取速率和分離效率。(4) 芳烴和粗酚的分離和精制研究芳烴和粗酚的組成特征，研究精餾及萃取精餾等方法，構(gòu)建芳烴和酚類化合物精制新技術(shù)。預(yù)期目標(biāo)：（1） 闡明褐煤溫和加氫熱解機(jī)理，建立催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，掌握新型高效催化劑制備原理，形成褐煤緩和加氫聯(lián)產(chǎn)化學(xué)品的新工藝；（2） 形成芳烴/酚液液萃取分離理論和清潔高效分離工藝，獲得45種工業(yè)純芳烴和酚類化合物；（3） 構(gòu)建褐煤溫和加氫聯(lián)產(chǎn)油/芳烴/酚新工藝，與單產(chǎn)油工藝相比經(jīng)濟(jì)效益提高30%；（4） 發(fā)表學(xué)術(shù)刊物論文25 篇，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利23 項(xiàng)，培養(yǎng)博士生3 名、碩士生8 名。承擔(dān)單位：煤

18、炭科學(xué)研究總院，太原理工大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：李文博課題參加人員：馮杰、張曉靜、毛學(xué)鋒、王勇經(jīng)費(fèi)比例：16.5%課題4. 中低階煤熱解自由基反應(yīng)調(diào)控與油氣品質(zhì)的關(guān)系研究?jī)?nèi)容：(1) 預(yù)處理對(duì)煤結(jié)構(gòu)及熱解產(chǎn)物組成的影響考察不同預(yù)處理方法（如水熱蒸汽、輕度加氫、溶劑溶脹和負(fù)載催化劑等）對(duì)煤物理性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響、對(duì)熱解自由基生成速率和油氣產(chǎn)物組成的影響，建立提高輕質(zhì)油氣產(chǎn)率的新方法。(2) 煤熱解定向轉(zhuǎn)化的過(guò)程調(diào)控 根據(jù)熱場(chǎng)中煤自由基的形成規(guī)律，考察加熱介質(zhì)（氣/固熱載體、外場(chǎng)）、反應(yīng)氣氛（氫氣、水蒸汽、熱解氣）、催化劑和壓力等對(duì)熱解產(chǎn)物產(chǎn)率和組成的影響；研究反應(yīng)器中氣固兩相流動(dòng)和傳遞行為對(duì)熱解產(chǎn)物分

19、布的影響；根據(jù)已獲取的煤熱解優(yōu)化條件，構(gòu)建反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)熱解反應(yīng)器中的流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)和反應(yīng)速率的匹配調(diào)控；分析能量-效率-碳-污染物的變化規(guī)律。(3) 煤定向熱解轉(zhuǎn)化制備油氣產(chǎn)品新過(guò)程與模試驗(yàn)證構(gòu)建實(shí)現(xiàn)中低階煤定向熱解轉(zhuǎn)化制備輕質(zhì)油氣的新工藝，支撐700 t/a的熱解中試研發(fā)。預(yù)期目標(biāo)： (1) 揭示煤預(yù)處理影響熱解產(chǎn)物性質(zhì)的本質(zhì)，掌握有效的預(yù)處理方法；掌握煤熱解反應(yīng)中的過(guò)程調(diào)控原理，形成調(diào)控方法，實(shí)現(xiàn)提高油氣品質(zhì)和產(chǎn)率、抑制重質(zhì)組分生成的定向熱解轉(zhuǎn)化目標(biāo)；完成煤處理量700 t/a的熱解裝置的中試驗(yàn)證；與傳統(tǒng)技術(shù)路線相比提高能效10-20%，降低水耗20-30%，減少CO2排放0.3-0

20、.9噸/噸煤；(2) 發(fā)表國(guó)內(nèi)外刊物論文40篇，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利5項(xiàng)，撰寫(xiě)中文專著1本，培養(yǎng)國(guó)家級(jí)中青年煤化工專家1名，培養(yǎng)博士生10名、碩士生10名。承擔(dān)單位：中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所，華東理工大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：高士秋課題參加人員：許光文、張德祥、田亞峻、潘鐵英經(jīng)費(fèi)比例：16.5%課題5. 中低階煤催化轉(zhuǎn)化制甲烷和油的反應(yīng)過(guò)程原理及調(diào)控研究?jī)?nèi)容：(1) 煤與催化劑的相互作用機(jī)理及催化劑回收原理研究催化劑與煤表面的相互作用、煤低溫氧化或熱浸漬等預(yù)處理方法的影響；認(rèn)識(shí)多組分催化劑的協(xié)同作用機(jī)理及其對(duì)煤中硫、氮化合物變遷規(guī)律的影響；考察不同狀態(tài)下催化劑的形態(tài)及失活和損失機(jī)理，研究催化劑回收方法。(2

21、) 流化床中流場(chǎng)與催化反應(yīng)及灰熔融行為的關(guān)系考察流化床中溫度、氣速、反應(yīng)氣氛、碳轉(zhuǎn)化率對(duì)顆粒流化及灰熔融行為的影響。(3) 催化轉(zhuǎn)化過(guò)程及反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模擬建立本征反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，揭示反應(yīng)和流動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)化率和選擇性的影響規(guī)律；研究系統(tǒng)中流動(dòng)和傳遞規(guī)律，建立質(zhì)量-動(dòng)量-熱量-催化反應(yīng)的耦合模型；分析能量-效率-碳-污染物的逐級(jí)變化規(guī)律。預(yù)期目標(biāo)： (1) 揭示決定催化劑性能的關(guān)鍵因素及催化劑的協(xié)同作用機(jī)理，指導(dǎo)催化劑的設(shè)計(jì)；闡明流場(chǎng)與催化轉(zhuǎn)化、催化劑與灰熔融間的關(guān)系，揭示催化劑失活和損失的機(jī)理，掌握催化劑回收的有效方法；形成煤反應(yīng)模型，指導(dǎo)反應(yīng)器放大和優(yōu)化；達(dá)到甲烷收率30%、油收率1

22、0%，與氣化合成路線相比熱效率提高10%；(2) 發(fā)表國(guó)內(nèi)外刊物論文25篇，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利6-8項(xiàng)，培養(yǎng)博士生4名、碩士生6名。承擔(dān)單位：新奧科技發(fā)展有限公司、中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所課題負(fù)責(zé)人：張紅梅課題參加人員：畢繼誠(chéng)、李金來(lái)、張榮、李克忠經(jīng)費(fèi)比例：16.5%課題6. 煤轉(zhuǎn)化殘焦制備電石的低能耗新技術(shù)原理研究?jī)?nèi)容：(1) 煤分級(jí)轉(zhuǎn)化殘焦的物理化學(xué)性質(zhì)及其與CaO的高溫反應(yīng)原理研究各種分級(jí)轉(zhuǎn)化殘焦的組成和性質(zhì)，考察其對(duì)電石生成溫度和產(chǎn)率的影響、反應(yīng)溫度和氣氛對(duì)電石產(chǎn)率和反應(yīng)速率的影響；考察氧熱條件下傳遞、相變和反應(yīng)的復(fù)雜耦合關(guān)系及灰分的作用，認(rèn)識(shí)多相反應(yīng)機(jī)理；提出反應(yīng)過(guò)程強(qiáng)化的有效方法

23、。(2) 創(chuàng)建新工藝和新反應(yīng)器構(gòu)型構(gòu)建低能耗電石生產(chǎn)新工藝，分析能量-效率-碳-污染物的變化規(guī)律及CO生成和CO2減排特征；通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和計(jì)算機(jī)模擬，考察反應(yīng)器構(gòu)型和操作參數(shù)與物料流動(dòng)和混合特性的關(guān)系，提出高效反應(yīng)器設(shè)計(jì)概念。在中試裝置（600 t/a）上進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)，優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計(jì)和工藝系統(tǒng)。(3) 分級(jí)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中“能量-效率-碳-污染物”變化規(guī)律分析與評(píng)價(jià)基于本項(xiàng)目其它課題的進(jìn)展，構(gòu)建中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)低碳燃料和化學(xué)品系統(tǒng)，分析評(píng)價(jià)各個(gè)系統(tǒng)中“能量-效率-碳-污染物”的變化規(guī)律。預(yù)期目標(biāo)： (1) 揭示殘焦與CaO的高溫反應(yīng)機(jī)理，提出過(guò)程強(qiáng)化的有效方法；認(rèn)識(shí)反應(yīng)器中復(fù)雜反應(yīng)和傳遞過(guò)程的耦

24、合特征，形成電石生產(chǎn)新工藝和新型反應(yīng)器，支撐中試驗(yàn)證；與傳統(tǒng)電弧法相比，提高熱效率30%；(2) 發(fā)表國(guó)內(nèi)外刊物論文35篇，申請(qǐng)和授權(quán)發(fā)明專利4項(xiàng)，培養(yǎng)博士生5名、碩士生10名。承擔(dān)單位：北京化工大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：劉振宇課題參加人員：吳衛(wèi)澤、鄭丹星、劉清雅、劉輝經(jīng)費(fèi)比例：17.5%4.6 課題間的關(guān)系課題以及課題之間的關(guān)系如圖3和4所示。其中課題1和2（部分）屬于共性基礎(chǔ)問(wèn)題研究，重點(diǎn)從分子水平上認(rèn)識(shí)中低階煤中非共價(jià)鍵和弱共價(jià)鍵的結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建其集總化學(xué)結(jié)構(gòu)模型，形成中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化本征反應(yīng)的表征手段和理論分析方法，揭示非共價(jià)鍵和弱共價(jià)鍵在熱場(chǎng)中的解離原理和自由基形成規(guī)律，認(rèn)識(shí)自由基反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

25、；課題2-5重點(diǎn)研究不同溫度下中低階煤中弱鍵合結(jié)構(gòu)的變化及其與低碳組分提取過(guò)程中的核心化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系，認(rèn)識(shí)傳遞過(guò)程的影響，發(fā)展中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)液/氣燃料和化學(xué)品的過(guò)程調(diào)控原理和方法，認(rèn)識(shí)高效催化劑制備和復(fù)雜液體產(chǎn)物分離原理，在褐煤熱溶與加氫聯(lián)產(chǎn)油和化學(xué)品方面形成新技術(shù)，在褐/煙煤熱解和催化轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)油/氣方面形成新技術(shù)并完成中試驗(yàn)證；課題6重點(diǎn)認(rèn)識(shí)煤分級(jí)轉(zhuǎn)化殘焦的組成結(jié)構(gòu)，揭示殘焦與氧化鈣的高溫反應(yīng)機(jī)理，創(chuàng)建低能耗氧熱法電石生產(chǎn)新技術(shù)，揭示中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)液/氣燃料和化學(xué)品過(guò)程中“化學(xué)反應(yīng)-傳遞-催化轉(zhuǎn)化”等復(fù)雜過(guò)程的耦合行為、反應(yīng)器理論、“能量-效率-碳-污染物”的逐級(jí)變化規(guī)律，提出過(guò)

26、程強(qiáng)化和CO2/污染物減排策略，形成理論和技術(shù)體系，構(gòu)建高效率、高效益、低排放的新工藝路線。可以看出，課題設(shè)置在全面貫穿共性基礎(chǔ)理論研究的同時(shí)，解決中低階煤分級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)低碳燃料和化學(xué)品及殘焦利用過(guò)程中的具體問(wèn)題，形成了理論知識(shí)支持技術(shù)研發(fā)的有機(jī)體。圖3. 課題之間的關(guān)系圖4. 課題間的有機(jī)聯(lián)系及創(chuàng)新性四、年度計(jì)劃年度研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年1） 實(shí)驗(yàn)設(shè)施的建立和完善，實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證；2） 多種中低階煤的組成結(jié)構(gòu)分析，形貌及光譜特征，表面性質(zhì)與催化劑分散的關(guān)系；3） 煤常溫分級(jí)萃取、溫和加氫及熱解等過(guò)程特征及產(chǎn)物分析；4） 多種過(guò)程的催化劑性能調(diào)控，反應(yīng)過(guò)程、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和機(jī)理、灰的組成及熔融行為；

27、5） 液體產(chǎn)物分析和評(píng)價(jià)方法，油和酚的相平衡，新型萃取劑合成；6） 1t/d規(guī)模氣化爐的數(shù)值模擬，考察爐內(nèi)溫度場(chǎng)、流場(chǎng)和物料分布7） 殘焦組成和性質(zhì)與電石生產(chǎn)反應(yīng)的關(guān)系，電石制備反應(yīng)器的概念設(shè)計(jì)及過(guò)程分析。1） 完成相關(guān)儀器設(shè)備和反應(yīng)系統(tǒng)的建立、調(diào)試和驗(yàn)證；建立在分子水平研究煤轉(zhuǎn)化本征動(dòng)力學(xué)的手段和方法，2） 完成煤樣的選擇，認(rèn)識(shí)所用煤種在多種分級(jí)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的轉(zhuǎn)化行為及產(chǎn)物分析；3） 完成溫和加氫液化催化劑的設(shè)計(jì)，揭示催化劑性質(zhì)與活性的關(guān)系；4） 認(rèn)識(shí)催化氣化中單組分催化劑的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，建立堿金屬鹽與煤灰三相熔融相圖；5） 獲得1t/d規(guī)模氣化爐中流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、氣體組分信息；6） 認(rèn)識(shí)電石制備

28、原料物性與反應(yīng)的關(guān)系，建立反應(yīng)器概念設(shè)計(jì)模型，完成電石生產(chǎn)新工藝中能量-碳-污染物-CO2的變化分析。第二年1） 多種煤樣的大分子團(tuán)簇分離和表征；研究分析煤結(jié)構(gòu)的成鍵情況和熱解條件的關(guān)系；2） 萃余煤的變溫?zé)崛芗岸軇┑妮腿⌒袨?，熱溶物和不溶物的分析?） 褐煤加氫催化劑活性的調(diào)控，條件優(yōu)化，反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)；4） 酚分離的萃取劑及萃取體系混合物的物理化學(xué)特性和穩(wěn)定性；5） 多段分級(jí)熱解過(guò)程，輕度加氫和溶劑溶脹對(duì)煤結(jié)構(gòu)和熱解行為的影響；6） 催化劑分散性和氣氛對(duì)催化熱解的作用，催化劑在熱解中的轉(zhuǎn)化及回收方法，不同條件下灰的熔融行為；7） 殘焦和氧化鈣反應(yīng)生成電石過(guò)程中物料的相態(tài)變化及其與轉(zhuǎn)化

29、率和選擇性的關(guān)系，反應(yīng)機(jī)理，傳遞參數(shù)；8） 百噸級(jí)煤制天然氣的反應(yīng)器模擬；煤熱解制油過(guò)程分析。1） 得到多種煤樣的大分子團(tuán)簇，進(jìn)行同步輻射-分子束質(zhì)譜以及動(dòng)力學(xué)分析實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)煤結(jié)構(gòu)在熱解過(guò)程中的變化規(guī)律；2） 揭示萃余煤的熱溶規(guī)律，了解熱溶物和不溶物的組成結(jié)構(gòu)信息，認(rèn)識(shí)不溶物的轉(zhuǎn)化行為；3） 確定褐煤加氫液化新催化劑的制備工藝和條件，揭示反應(yīng)機(jī)理；掌握酚萃取劑配方、構(gòu)建離子液體與油/酚物理性質(zhì)預(yù)測(cè)模型；4） 揭示多段熱解、煤預(yù)處理、催化劑等對(duì)油氣產(chǎn)率和品質(zhì)的影響規(guī)律；認(rèn)識(shí)多段反應(yīng)間的相互影響、催化劑的變遷與回收條件，完成鉀鹽與煤灰熔融特性研究；認(rèn)識(shí)多級(jí)流化床中的流場(chǎng)分布，提出和驗(yàn)證流化床放大理

30、論；5） 認(rèn)識(shí)電石制備過(guò)程中物料的相態(tài)變化規(guī)律、副反應(yīng)發(fā)生的條件和控制方法，提出反應(yīng)機(jī)理；獲取一種反應(yīng)器中的傳遞參數(shù)，完成熱解與電石生產(chǎn)耦合工藝的能量-碳-污染物變遷的分析；6） 前兩年發(fā)表學(xué)術(shù)刊物論文45-60篇，申請(qǐng)/授權(quán)發(fā)明專利11-13件，培養(yǎng)研究生12-16名。第三年1） 煤及熱解中間產(chǎn)物在不同條件下反應(yīng)的原位定量分析，自由基、中間體與反應(yīng)產(chǎn)物的形成規(guī)律，煤中C-N和C-O鍵熱解機(jī)理的量子化學(xué)計(jì)算；2） 煤熱萃取不溶物的催化加氫裂解和溫和氧化解聚行為；3） 連續(xù)裝置中褐煤的溫和加氫液化及催化劑的評(píng)價(jià)；芳烴萃取劑的篩選、萃取相平衡；連續(xù)化酚萃取分離、粗酚萃取溶劑回收及過(guò)程熱效應(yīng)研究；4

31、） 煤熱解產(chǎn)物的二次催化裂解及催化劑對(duì)熱解產(chǎn)物分布的影響；催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究及催化劑回收方法； 5） 1 t/d規(guī)模的熱態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上考察多組分催化劑對(duì)灰熔融行為的影響；工業(yè)示范流化床的結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)優(yōu)化； 6） 設(shè)計(jì)建設(shè)新型熱解中試實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行調(diào)試。7） 氧熱條件下電石制備過(guò)程中的傳遞、相變和反應(yīng)的復(fù)雜耦合關(guān)系及灰分的作用、多相反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)過(guò)程強(qiáng)化、傳遞性能及傳遞參數(shù)，中試反應(yīng)器結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)；8） 煤熱溶解聚過(guò)程的流程模擬及聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的分析與評(píng)價(jià)。1） 認(rèn)識(shí)煤熱轉(zhuǎn)化自由基及過(guò)渡態(tài)產(chǎn)物的形成規(guī)律和反應(yīng)機(jī)制，揭示煤熱解機(jī)理及產(chǎn)物的形成機(jī)制及C-N和C-O鍵解離與熱解行為的關(guān)系；2） 揭示不溶物催化加

32、氫裂解和溫和氧化解聚影響的規(guī)律，了解加氫裂解和氧化解聚產(chǎn)物的組成結(jié)構(gòu)信息，優(yōu)化反應(yīng)過(guò)程；3） 獲得連續(xù)化褐煤溫和加氫的工藝參數(shù)和物料平衡數(shù)據(jù)，揭示液液芳烴萃取相平衡規(guī)律和傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)特性，優(yōu)化萃取劑分離回收條件，構(gòu)建傳質(zhì)模型；4） 獲得煤預(yù)處理和過(guò)程條件對(duì)煤熱解產(chǎn)物分布的影響規(guī)律，完成煤處理量700 t/a中試實(shí)驗(yàn)裝置的建設(shè)和調(diào)試工作；5） 揭示催化劑組分之間的協(xié)同作用機(jī)理，完成灰熔融特性研究，優(yōu)化流化床結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)；6） 認(rèn)識(shí)電石生產(chǎn)多相反應(yīng)過(guò)程中的傳遞規(guī)律及灰分的作用，提出強(qiáng)化傳遞和反應(yīng)的方法，認(rèn)識(shí)中試反應(yīng)器的構(gòu)效關(guān)系，完成熱溶解聚過(guò)程聯(lián)合電石新工藝的能量-碳-污染物變遷的分析。第四年1）

33、 煤及熱解中間產(chǎn)物在不同條件下反應(yīng)的原位定量分析，研究煤中其它弱鍵的熱解機(jī)理；2） 各種萃取產(chǎn)物的制備色譜分離及純化產(chǎn)物的組成結(jié)構(gòu)分析；3） 連續(xù)化芳烴萃取分離，超臨界CO2萃取，粗酚精制分離工藝及芳烴精制分離工藝；4） 繼續(xù)進(jìn)行煤預(yù)處理對(duì)熱解行為的影響研究，考察700 t/a中試反應(yīng)器中流動(dòng)、傳遞、反應(yīng)條件對(duì)熱解產(chǎn)物分布的影響；5） 催化劑回收工藝及回收催化劑的活性評(píng)價(jià)，流化床流場(chǎng)對(duì)灰熔融的影響，灰熔融機(jī)理，工業(yè)流化床的數(shù)值模擬，甲烷/焦油聯(lián)產(chǎn)過(guò)程中能量-效率-碳的逐級(jí)變化規(guī)律；6） 電石制備中傳遞、相變和反應(yīng)的復(fù)雜耦合關(guān)系調(diào)控，多相反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)過(guò)程強(qiáng)化，模擬及600 t/a規(guī)模反應(yīng)器的結(jié)

34、構(gòu)分析和運(yùn)行評(píng)價(jià)，褐煤溫和加氫新工藝流程模擬系統(tǒng)的建立及聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的分析與評(píng)價(jià)。1） 推測(cè)煤熱轉(zhuǎn)化的動(dòng)力學(xué)模型，認(rèn)識(shí)煤中弱共價(jià)鍵在熱場(chǎng)中的解離與自由基產(chǎn)生行為的關(guān)系，獲得煤的熱解機(jī)理及產(chǎn)物的形成機(jī)制；2） 確定萃取所得純化合物的結(jié)構(gòu)和所得單晶的空間結(jié)構(gòu)；3） 確定芳烴萃取分離的工藝條件，構(gòu)建萃取體系芳烴溶解的傳質(zhì)模型，確認(rèn)CO2超臨界萃取分離離子液體和粗酚技術(shù)的可行性；4） 闡明煤預(yù)處理及熱解反應(yīng)調(diào)控對(duì)產(chǎn)物分布的影響規(guī)律，獲得提高輕質(zhì)油氣產(chǎn)率和品質(zhì)的最佳條件，獲得700 t/a的熱解中試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；5） 確定煤中主要陰離子對(duì)反應(yīng)的影響，設(shè)計(jì)合理的催化劑回收工藝及設(shè)備方案，確定堿金屬鹽與煤灰的熔融機(jī)

35、理，初步完成中低階煤催化氣化制甲烷/油技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析；6） 揭示電石制備多相反應(yīng)體系中傳遞、相變和反應(yīng)的耦合規(guī)律，確定反應(yīng)機(jī)理和過(guò)程強(qiáng)化方法，認(rèn)識(shí)中試反應(yīng)器的運(yùn)行特征，提出反應(yīng)器構(gòu)型優(yōu)化和運(yùn)行條件優(yōu)化方案；完成褐煤溫和加氫新工藝聯(lián)合電石新工藝的能量-碳-污染物變遷的分析。第五年1） 構(gòu)建煤的集總化學(xué)結(jié)構(gòu)模型；繼續(xù)深入研究熱解行為與產(chǎn)物分布的關(guān)系；2） 測(cè)定各級(jí)熱溶物的性質(zhì)，繼續(xù)進(jìn)行熱溶過(guò)程調(diào)控研究；3） 粗酚精制分離及芳烴精制分離工藝優(yōu)化；4） 繼續(xù)進(jìn)行流化床放大理論研究；5） 中試規(guī)模（600 t/a）的電石工藝驗(yàn)證和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化，聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的流程模擬及全系統(tǒng)分析與評(píng)價(jià)；6） 研究工作進(jìn)行全面

36、總結(jié)，進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的補(bǔ)充和驗(yàn)證工作。1） 獲得煤的集總化學(xué)結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)識(shí)自由基反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，提出煤熱溶調(diào)控優(yōu)化條件和弱共價(jià)鍵的反應(yīng)機(jī)理；2） 確定粗酚及芳烴精制分離工藝，形成褐煤加氫聯(lián)產(chǎn)酚/芳烴/油的工藝技術(shù)；3） 形成煤熱解定向轉(zhuǎn)化的過(guò)程調(diào)控手段，完成700 t/a中試驗(yàn)證；4） 建立流化床放大理論；5） 確立電石制備反應(yīng)器構(gòu)型及工業(yè)反應(yīng)器設(shè)計(jì)方案，完成聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能量-碳-污染物變遷的分析。6） 五年發(fā)表學(xué)術(shù)刊物論文200篇以上，形成國(guó)家發(fā)明專利25項(xiàng)，出版專著2部，培養(yǎng)博士生30名、碩士生50名，力爭(zhēng)獲得國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)1項(xiàng)；培養(yǎng)3名國(guó)家級(jí)中青年人才。一、研究?jī)?nèi)容前面分析表明，煤分級(jí)轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)低碳燃料和

37、化學(xué)品路線充分利用了中低階煤的結(jié)構(gòu)特征，以低的投入和能耗實(shí)現(xiàn)高的效率和效益。國(guó)內(nèi)外在中低階煤的優(yōu)化轉(zhuǎn)化方面雖然已有較好積累，但對(duì)分子水平上的結(jié)構(gòu)特征和核心化學(xué)反應(yīng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)還處于統(tǒng)觀和模糊的水平，對(duì)傳遞和反應(yīng)工程及過(guò)程調(diào)控原理的認(rèn)識(shí)還處于經(jīng)驗(yàn)層面，對(duì)復(fù)雜產(chǎn)物的組成特征還了解不夠，因而過(guò)去的工藝大都止步于粗放開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品附加值不高。鑒于此，本項(xiàng)目將在分子水平研究中低階煤的優(yōu)化利用，重點(diǎn)解決如下關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題（以下中低階煤簡(jiǎn)稱為煤）：l 煤中弱鍵合結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)及其與分級(jí)轉(zhuǎn)化反應(yīng)性和產(chǎn)物組成的關(guān)系；l 煤分級(jí)轉(zhuǎn)化復(fù)雜反應(yīng)體系中的傳遞行為、反應(yīng)工程及過(guò)程調(diào)控原理；l 煤分級(jí)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的物化性質(zhì)認(rèn)識(shí)及分離和轉(zhuǎn)化

38、原理。下面詳細(xì)分述這些科學(xué)問(wèn)題的內(nèi)涵及主要研究?jī)?nèi)容。2.1煤弱鍵合結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和集總描述從分子水平上深入認(rèn)識(shí)煤的結(jié)構(gòu)特征及熱轉(zhuǎn)化本質(zhì)是煤分級(jí)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)突破的理論源泉。已有的煤結(jié)構(gòu)探索均是基于終態(tài)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的光譜分析或取樣分析進(jìn)行的宏觀推測(cè)，對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程的中間體、連續(xù)反應(yīng)、關(guān)鍵控制因素不能進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確的探測(cè)。因此，必須發(fā)展在分子水平上研究煤組成結(jié)構(gòu)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化本征動(dòng)力學(xué)表征手段和理論分析方法。由于煤在分子水平上的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，首先認(rèn)識(shí)與煤分級(jí)轉(zhuǎn)化過(guò)程密切相關(guān)的非共價(jià)鍵和弱共價(jià)鍵的特征、解離行為及解離產(chǎn)物的連續(xù)反應(yīng)性就變得至關(guān)重要。針對(duì)國(guó)內(nèi)外在此方面研究手段有限、認(rèn)識(shí)不足的現(xiàn)況，本項(xiàng)目將在新思路的指導(dǎo)下采用全新的物理化學(xué)分析方法和先進(jìn)分析儀器并輔之以量子化學(xué)計(jì)算進(jìn)行煤中“非共價(jià)鍵及其解離”和“弱共價(jià)鍵及其解離”這兩個(gè)方面的研究，全面解析煤在溫和條件下分級(jí)轉(zhuǎn)化的“構(gòu)-效關(guān)系”，主要研究?jī)?nèi)容包括：l 煤溫和多級(jí)萃取及萃取產(chǎn)物的分離與表征，煤中大分子團(tuán)簇間的締合特征和骨架結(jié)構(gòu)，煤熱溶-解聚過(guò)程調(diào)控理論;l 建立檢測(cè)和原位鑒別煤中大分子團(tuán)簇、熱解自由基和過(guò)渡態(tài)的同步輻射真空紫外單光子電離分子束質(zhì)譜技術(shù)和理論分析方法，研究不同煤種在不同熱解條件下自由基和反應(yīng)產(chǎn)物的形成規(guī)律與作用機(jī)制及本征動(dòng)力學(xué)，考察硫