1、CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM前沿讲座报告所在院系： 化学工程学院 专 业： 化学工程与技术 课程名称： 前沿讲座 考生姓名： 叶鹏飞 学 号： 2016213147 班 级： 研 16-工艺 3 班 完成日期： 2016 年 12 月1.多级分子筛的制备及其催化作用分子筛研究的热点问题之一是如何减小微孔扩散阻力对传质带来的不利影响，以提高催化剂的利用效率通过引入介孔，实现多级孔分子筛材料的设计是解决上述问题的一种有效方法。多级孔分子筛材料提高反应扩散效率的理论依据以及国内外多级孔分子筛材料制备方面的研究进展主要包含破坏性方法和建设性方法的原理，从水热稳定性酸性操作
2、性以及可放大性分析了各种合成方法的优势和不足。多级孔分子筛在催化反应中的若干应用实例重点介绍了多级孔材料在催化裂化和加氢反应中的应用进展，表明多级孔分子筛可以提高选择性以及转化率，开发适宜酸性以及水热稳定性的微孔、介孔分子筛，同时兼顾低成本、低污染以及易操作性的合成技术是将来研究的重点，同时应建立多级孔分子筛催化性能与结构的关系，加深对多级孔分子筛的认识。破坏性方法又称后处理法，是指通过选择性地脱除分子筛骨架原子，得到多级孔分子筛的方法，主要分为脱铝改性与脱硅改性脱铝改性是在水热条件或酸处理条件下破坏骨。架结构的 ALOSI（P）键而实现的，典型的脱铝方法包括水热脱铝和酸处理脱铝。脱铝改性会在
3、分子筛骨架内产生大量的二次介孔缺陷。对于低硅铝比的硅铝分子筛和磷铝分子筛，脱铝处理是形成晶内介孔的一种简便易行的方法，如超稳 Y 分子筛的工业制备。而脱硅改性是指通过引入碱性试剂选择性溶解分子筛的骨架硅原子。建设性方法又称为模板法，是通过分别或同时引入微孔和介孔结构，实现多级孔分子筛设计的策略。按模板类型分为硬模板法和软模板法。硬模板法又称固体模板法。在合成体系中，加入的固体不与凝胶中的硅源或铝源发生反应，而将凝胶相互隔离，分子筛晶体在硬模板孔道内或者在硬模板外表面进行二次生长。采用焙烧等方法除去硬模板，就可以得到多级孔分子筛。而软模板法是指模板在合成体系与硅源或者铝源发生作用，充当介孔模板的
4、合成方法。微孔孔道可以维持多级孔分子筛的较高酸性，而介孔的引入可以使反应物在微孔内的扩散距离明显减小，提高催化反应的传质性能。因此，微孔孔道与介孔孔道的连接与贯通方式对于最大限度地发挥微孔与介孔孔道各自的优势就显得尤为重要。2.催化裂化工程技术研究进展催化裂化是目前石油炼制工业中最重要的二次加工工艺之一，也是重质油轻质化的最重要工艺，是提高原油转化率、增加轻质油产率、提高产品效益的最重要手段。我国约 80%的汽油和三成的柴油均来自催化裂化工艺，总加工能力约 11.5 亿 t/year。目前,重油催化裂化的生产能力已占全世界 FCC 生产能力25%以上。我国已拥有 150Mt/year 的催化裂
5、化加工能力。据统计，国内现在约有 150 多套催化裂化装置，其中 90%以上加工渣油，掺炼渣油从 1989 年占总加工量的 18.52%提高到 1997 年的 43.64%。近年来，我国的重油催化裂化技术得到了快速发展，已开发出许多新的工艺。多产汽柴油、液化气技术是石油化工科学研究院开发的以常压渣油为原料，利用对现有催化裂化装置进行部分改造，是一种既可以在常规的催化裂化装置上增产汽柴油及液化气，也可以大幅降低汽油中烯烃含量的一项新的工艺技术。MGD 技术在福建炼油化工有限公司中有催化裂化装置和广州石油化工有限公司重油催化裂化装置上的实验结果表明：液化气的产量可以增加 1.24.9%，柴油的产量
6、可以增加 2.94.9%，而且在汽油中的烯含量下降 9.111.1%。目前已在国内多套催化裂化装置上得到应用。多产烯烃工艺是为了为后续的的生产提供低碳的烯烃作为原料。RIPP 先后开发了以重油为原料油的催化裂化工艺，有多产丙烯的 DOC 工艺、多产液化气和汽油的 MGG 工艺、多产乙、丙稀的 CPP 工艺、多产异丁烯、异戊烯的 MIO 工艺等,它们统称为多产轻烯烃的催化裂化家族工艺。这些新工艺也可以同时向烷基化、异构化等工艺提供原料,生产清洁油气组分。3.微流控技术研究进展微流控芯片是一种以在微米尺度空间对流体进行操控为主要特征的科学技术。它具有将化学和生物实验室的基本功能微缩到一个几平方厘米
7、芯片上的能力。已经显示了重要的应用前景。作为一种新兴的科学技术，微流控研究已经涉及化学、生物学、工程学和物理学等诸多领域，学科交叉性强，分析化学则是其第一轮也是最直接的一个应用领域。近年来，微流控研究发展迅速，技术创新层出不穷，应用领域不断拓宽。国际刊物上有几个典型的案例：液滴微流控技术用于液相色谱柱后的样品收集及离线质谱检测、数字液滴-通道微流控技术联用用于复杂样品处理及分离、液滴微流控技术用于超高通量的酶进化筛选、液滴微流控技术用于模式生物线虫神经生物学研究、基于喷蜡打印机的简易纸质微流控芯片制备方法、纸质微流控芯片与商用电化学检测器联用。4.页岩气开发环境影响及污染治理技术当前全球（不包
8、括俄罗斯及中东国家）页岩气可采资源量 189 万亿立方米。EIA 估算中国页岩气储量约 100 万亿立方米（中国常规天然气资源量的 2 倍） ，其中可开采资源量 36 万亿立方米。页岩气勘探开发已在北美洲、亚洲、欧洲、南美洲、大洋洲等地区蓬勃兴起。从现有资料看，我国页岩气除分布在四川、鄂尔多斯、渤海湾、松辽、江汉、吐哈、塔里木和准噶尔等含油气盆地外，在广泛分布的海相页岩地层、海陆交互相页岩地层及陆相煤系地层也都有分布。页岩气是以吸附或游离状态存在于泥页岩中的非常规天然气，具有资源潜力大、开采寿命长和生产周期长的优点。页岩气藏有别于常规天然气，在成藏机理和赋存特征方面有其独特之处，只能在特定条件
9、下才能被开采出来。水平井钻井技术和水力压裂法是用于页岩气开采的核心技术。水平井钻井技术可以更好利用储层中的自然裂缝，并且井筒穿越更多储层，增加渗流面积，从而能够提高页岩气采收率。水力压裂技术是用高压液体使岩层裂开，高压液体中支撑剂保持住裂缝，使油气能够从裂缝中溢出。水平井水力多段压裂技术的广泛运用使原本低产或无气流的页岩气井更具有工业价值。油气开采过程中或多或少都会因为噪声、废水、废气及开采事故灾害而对环境造成污染。众多专家和环保人士针对页岩气的开采过程和工艺，提出页岩气开采更加严重污染环境。美国 2011 年最热门的环境问题就是水力压裂法开采页岩气，某些地区的页岩气井因环境问题已暂时关闭。法
10、国和保加利亚政府发布禁令，禁止水力压裂法在页岩气开采中的使用，相当于在目前技术条件下否定页岩气开采。但迄今为止，没有权威政府部门给出页岩气开采污染环境的明确说法，以致有关争论越演越烈。开采页岩气所用水力压裂法中的压裂液主要由高压水、砂和化学添加剂组成，水和砂含量 99%以上。开发页岩气用水量极大，每口页岩气井需耗费四、五百万加仑（1 加仑约合 3.78 升）的水才能使页岩断裂。夏玉强博士研究过美国页岩气开发过程中的环境问题，他认为页岩气钻探大量消耗地表水或地下水，很可能影响当地水生生物的生存、捕鱼业、城市和工业用水等。有关石油公司将水力压裂使用的压裂液中的化学添加剂看成商业机密，而不对公众披露
11、，而正是这些化学物质可能造成地下水层污染。水力压裂过程中，化学物质可能直接通过断裂、裂缝系统自地下深处缓慢向上运移至地表或浅层，也可能页岩气采气管道因质量问题或操作不当而破裂和空洞，化学物质也会泄漏到地下水层中，污染河流、湖泊、蓄水层等水资源。水力压裂过程完成之后，大部分压裂液回流到地面，其中不仅有压裂液中那些化学物质，还有地壳中原本含有放射性物质和大量盐类。这些有毒污水先储存在现场，然后再转移到污水处理厂或回收再利用，过程中可能渗入地下或随雨季到来外溢，进而污染地下水。页岩气以甲烷为主要成分，页岩气井泄漏的甲烷比常规井要多。甲烷泄漏可能来自页岩气开发过程中的故意排气，设备泄露，或者水力压裂过
12、程，甲烷逃逸到大气中会加剧全球变暖。5.重油加氢处理与加氢裂化进展随着原油的变重、变稠以及轻质油品的需求量不断增大，重油加工成为现代炼厂面临的主要问题。目前重油加工主要有延迟焦化、减粘裂化、重油催化裂化和重油加氢 4 个工艺过程。延迟焦化和减粘裂化属于热加工过程，其特点是可以处理各种渣油，但是液体产物的质量差、焦炭产率高。重油催化裂化对原料的要求较高，无法处理劣质的渣油。重油加氢一方面可以处理高硫、高残炭、高金属的劣质渣油，另一方面可以提高液收率和液体产物的质量。同时可以和其它工艺进行组合，特别是重油加氢和催化裂化组合工艺。我国在重油加氢方面和国外存在着较大的差距，但是随着国内环保机制的日益严
13、格化，对油品的质量提出了更高的要求，提高重油加氢技术显得尤为迫切。固定床渣油加氢技术的应用最为广泛，工业化过程也最多。我国引进和自行设计开发的渣油固定床加氢工艺有：VRDS 工艺、ARDS 工艺、S-RHT 工艺、悬浮床加氢技术、RIPP 的悬浮床工艺、中国石油大学的悬浮床工艺沸腾床渣油加氢裂化工艺主要包括 H-Oil 和 LC-Fining。沸腾床加氢的优点是反应器的催化剂床层处于一种运动状态，有利于加氢反应的进行。新鲜催化剂可自由加入而平衡催化剂可方便抽出，从而使催化剂始终处于较高的活性水平。移动床渣油加氢工艺，主要有雪夫隆(Chevron)公司的催化剂在线置换工艺(OCR)和壳牌公司(S
14、hell)的储仓式加氢工艺。移动床加氢工艺的优点是能够加工劣质原料(重金属400g/g，残炭=20%)并且延长催化剂的寿命。可实现催化剂的在线加入和排出，催化剂利用率高，装置运转周期长。缺点是反应器的结构复杂，操作难度大，催化剂的连续加入和引出难以实现，其细小颗粒会进入后续的固定床反应器内，造成床层压降上升，而且投资高，研究很少。6.TEM 在催化剂中的应用的电子显微镜与光学显微镜的成像原理基本一样，都是利用凸透镜的放大成像原理，将人眼不能分辨的微小物体放大到人眼能分辨的尺寸，其主要是增大近处微小物体对眼睛的张角（视角大的物体在视网膜上成像大） 。所不同的是前者用电子束作光源，用电磁场作透镜。
15、电镜适用于观察超微结构，可以同时提供形貌、成分、结构信息，非常适宜于对纤维细微结构、织物整理效果等方面的研究。7.石油污水的好氧厌氧微生物技术废水生物处理是微生物以废水中的污染物作为自身的营养和能源，同时使废水得到净化的过程。这种技术成熟有效、经济可行，与化学或物理方法相比有独特的优势，发展至今已成为世界各国处理城市生活污水和工业废水的主要手段。随着工农业的发展，各种工业废水和生活污水中污染物的成分也愈加复杂，使采用传统的生物处理工艺处理后的废水难以达到越来越严格的废水排放标准。在生物处理技术的发展中，已不再局限于改进单一的厌氧或好氧生物处理方法，而是呈现出把两者有机结合起来开发各种组合技术的
16、趋势。与单一的厌氧法、水解法和好氧法相比，组合工艺具有以下主要优势：厌氧工艺能去除废水中大量的有机物和悬浮物，使与之组合的好氧工艺有机负荷减小，好氧污泥产量也相应降低，整个工艺的反应容积小得多；厌氧(水解)工艺作为前处理工艺能起到均衡作用，减少后续好氧工艺负荷的波动，使好氧工艺的需氧量大为减少且较为稳定，既节约能源又方便工业上的实际操作；厌氧(水解)工艺作为前处理工艺能明显改善废水的可生化性，使废水更顺利地经历好氧生物处理过程；在一些组合工艺中，好氧处理过程对厌氧(水解)代谢物的降解也有效地推动了有机物厌氧 (水解 )处理过程的进行。因此，与单一工艺相比，组合工艺对废水的处理效率更高。SBR
17、工艺和厌氧(水解)好氧串联组合工艺应用比较广泛，已经积累了较为丰富的实践经验。SBR 工艺对流量变化大甚至间歇排放的工业废水有较强的经济适用性，在废水生物脱氮、除磷方面显示出的优势为解决水体富营养化的难题提供了方案。厌氧(水解)好氧串联组合工艺在一定程度上有效地解决了含难降解有机物工业废水的处理问题，但对高浓度有机废水，该法仍束手无策。同一空间内和不同空间内同时完成厌氧(水解)、好氧的组合工艺最大限度地发挥了厌氧(水解)和好氧法的优势，使废水中的有机物高效地实现了连续的生物降解过程，有少数研究结果表明，这两种组合工艺在高浓度有机废水和含难降解有毒有机物废水的处理上具有很大的研究潜力。8.掺杂碳
18、材料的制备与应用多级碳材料具有丰富的孔道结构，较大的比表面积和良好的热稳定性和化学稳定性等优点被广泛应用于吸附分离、催化剂载体、电容器等方面。为了提高碳纳米材料的性质，可以通过化学掺杂改变碳纳米材料的化学性质和电子性质。一种方法是在材料的表面吸附上气体、金属或有机分子另一种是向材料的结构中引入杂原子，常用 B 或 N 原子进行掺杂。由于 B 的外层电子比 C 少一个，B 取代 C 后会产生空穴，相反，N 取代 C 原子后会多出电子。氮掺杂碳材料是杂原子掺杂的碳材料中最普遍的一种，也是研究最多的一种。总结经过了为期半学期的前沿讲座学习，我了解了很多关于化学工业方面的前沿知识，为我以后的学习研究有一定的帮助。更重要的是这些前沿讲座很好的开阔了我的认识，特别是关于生物处理、页岩开发和掺杂碳材料等方面的知识，在平时的学习中都没有太多的接触过，经过老师课上的一翻讲述，不说懂了多少，但至少对于那个领域有了一定的了解，让自己对于整个化工行业的发展也有了新的认识。最后感谢老师们的辛勤教导。
