重油最大化制取低碳烯烴是一個(gè)世界性難題，如今這一難題有了破解之道。中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院等單位通過(guò)革新催化劑研發(fā)設(shè)計(jì)模式和方法，制備出用于重油制低碳烯烴的專用催化劑，完成了重油最大量制低碳烯烴催化劑的工業(yè)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)重油“掘金”夢(mèng)的同時(shí)，譜寫了一曲后發(fā)趕超的樂(lè)章，并因此獲得了2011年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

　　 乙烯、丙烯作為低碳烯烴的代表，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的有機(jī)化工原料，也是衡量一個(gè)國(guó)家化學(xué)工業(yè)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。低碳烯烴一般采用輕油蒸汽裂解的常規(guī)方法制取。近年來(lái)美國(guó)環(huán)球油品公司（UOP）、?？松梨诠荆‥xxonMobil）、格雷斯公司（Grace Davison）等國(guó)際著名石化公司嘗試?yán)脙r(jià)格低廉的重油生產(chǎn)高附加值乙烯、丙烯，但一直無(wú)法突破丙烯收率僅8%～11%的瓶頸。該項(xiàng)目則提出了全新的催化劑設(shè)計(jì)理念，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期，提高了催化劑開(kāi)發(fā)效率，填補(bǔ)了重油制低碳烯烴催化劑開(kāi)發(fā)的空白，滿足了化工市場(chǎng)緊缺原料的需求，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。其兩種專用催化劑分別于2004年、2006年研發(fā)成功后，先后在中國(guó)石化安慶分公司及荊門分公司、沈陽(yáng)化工集團(tuán)、中國(guó)藍(lán)星大慶分公司、泰國(guó)國(guó)家煉油化工一體化公司、沙特阿美等重油催化裂解工業(yè)裝置上得到應(yīng)用。

　　 全球著名的裂解工藝專利商美國(guó)紹爾集團(tuán)對(duì)這項(xiàng)成果給予了高度的評(píng)價(jià)：“中國(guó)石化在催化裂解催化劑研發(fā)領(lǐng)域提出了新的設(shè)計(jì)理念，據(jù)此開(kāi)發(fā)出具有世界領(lǐng)先水平的重油裂解制低碳烯烴專用催化劑，并已在世界最大規(guī)模的重油制低碳烯烴裝置——沙特拉比格煉廠450萬(wàn)噸/年催化裂解裝置上應(yīng)用，丙烯產(chǎn)率超過(guò)設(shè)計(jì)值，并創(chuàng)世界最高丙烯產(chǎn)率，比最接近的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手多產(chǎn)丙烯130%。”

　　 據(jù)該項(xiàng)目第一完成單位石油化工科學(xué)研究院相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，重油之所以重，主要因?yàn)樗奶紨?shù)極高，達(dá)到40～50，其反應(yīng)體系極為復(fù)雜。然而，低碳烯烴的碳數(shù)只有2～4，要實(shí)現(xiàn)從極高碳數(shù)的重油原料向極低碳數(shù)的低碳烯烴產(chǎn)品長(zhǎng)過(guò)程轉(zhuǎn)化，催化劑開(kāi)發(fā)必須實(shí)現(xiàn)重油加工、輕油裂解這兩大復(fù)雜反應(yīng)體系的集成，同時(shí)要打破依靠經(jīng)驗(yàn)篩選開(kāi)發(fā)催化劑的傳統(tǒng)模式。

　　 提高收率首先要找到癥結(jié)所在，然后才能對(duì)癥下藥。石科院的科技人員從催化劑開(kāi)發(fā)的源頭抓起，對(duì)影響催化劑性能的所有因素全面考量，根據(jù)作用的不同將其分為兩類，找到丙烯產(chǎn)率與兩類因素的關(guān)系，創(chuàng)建了使用這兩類因素調(diào)控重油生產(chǎn)丙烯、乙烯的物理模型，為催化劑開(kāi)發(fā)提供了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)支撐，彌補(bǔ)了依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)篩選催化劑的不足。在科學(xué)的物理模型基礎(chǔ)上，科研人員創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出催化劑物性變量因子的精細(xì)調(diào)控技術(shù)，設(shè)計(jì)出用重油最大化生產(chǎn)低碳烯烴的概念催化劑，大大降低了實(shí)驗(yàn)工作量和成本，使研發(fā)催化劑的進(jìn)程由傳統(tǒng)模式的3～5個(gè)月縮短為1～2個(gè)月。

　　 開(kāi)發(fā)出優(yōu)異的概念催化劑只是項(xiàng)目的初步成果。催化劑從概念到工業(yè)應(yīng)用，還要攻克分子篩研制、制備技術(shù)優(yōu)化等難關(guān)。據(jù)介紹，科研人員通過(guò)催化劑物理模型發(fā)現(xiàn)，重油直接生成低碳烯烴十分困難，但先生成碳數(shù)5～8的烯烴作為低碳烯烴的“中間原料”，即可大幅提高低碳烯烴的收率。不過(guò)這些僅僅依靠傳統(tǒng)催化劑所選用的FAU和MFI結(jié)構(gòu)的分子篩無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。于是，科研人員首次在重油催化裂解催化劑中引入β分子篩，先增加低碳烯烴的“中間原料”，隨后再使用MFI分子篩并改善其活性和選擇性，最終掌握了重油制低碳烯烴催化劑的分子篩生產(chǎn)技術(shù)。

　　 用合適的分子篩生產(chǎn)出達(dá)標(biāo)的催化劑，還需要改善制備技術(shù)?？蒲腥藛T通過(guò)研究催化劑成膠動(dòng)力學(xué)和酸性調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了催化劑各影響因子的精細(xì)調(diào)控，完成了催化劑反應(yīng)性能的優(yōu)化。此外，首次引入了固化溫度較低的熱敏骨架組元，顯著提升了催化劑成形效果，成功突破了概念催化劑向工業(yè)催化劑轉(zhuǎn)化的技術(shù)瓶頸，最終制備出高效的重油專用催化劑。