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一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 生物質能是指從生物質獲得的能量，具有分布廣、可再生、可存儲、儲量大和碳平衡等優點。生物質熱解液化技術是生物質能的有效利用途徑之一，具有廣泛的應用前景。本技術研究工作和成效如下：1）采用低溫預裂解和中溫重整的兩段式重整制備富氫氣體和碳納米管共產物的新方法，通過強化熱裂解階段重質組分定向轉化與重整段聚合反應調變，實現碳納米管產量增加，氫產量同步提高；2）引入電催化體系用于生物油全組分精制提質，提出了抑制析氫、直接還原等副反應的傳質傳荷協同強化方法，開發了原理樣機；3）提出動態適應生物油組分特性的高值化轉化技術匹配策略，指導制定實現生物油產業化應用的最佳技術路線。

本技術基于物料多樣性的可調控自適應流態化快速熱解制備生物炭技術，提高轉化效率與速率。發明了多相燃料脈動燃燒循環利用供熱的快速熱解技術。我們研發出移動式集成化快速熱解裝備。該裝置以專項作業車為載體，實現了稻殼等水稻廢棄物的就地回收。技術已實現將碳排放量減少 87%，研究成果總體技術達到了國際先進水平。裝置可實現二氧化碳的長期封存，將水稻廢棄物變廢為寶，循環產出高附加值化學品。

一、 必要性隨著對石油開采程度的加深，原油變稠、變重已成為世界性不可逆轉的趨勢。我國老油田都已進入高含水開發期，綜合含水率已超過80%。我國有豐富的稠油資源，是繼美國、加拿大和委內瑞拉之后的世界第四大稠油生產國。重點分布在勝利、遼河、河南、新疆等油田。新增探明儲量中的低滲透與稠油所占比例也逐年加大，油田挖潛效果變差，采油與集輸成本上升，原油加工困難。我國工業化步伐的加快，從國際石油市場進口原油比例將迅速增加，而這些進口原油大多是粘稠、超稠原油。可以說我國原油的高粘度、高含水、高含硫量是原油生產、運輸、加工中遇到的三個重要問題。由于原油是一種含有膠質、石蠟和瀝青質等多種組分的復雜烴類混合物，在溫度降低時蠟晶會析出，隨著溫度不斷下降，蠟晶逐漸增多，最終形成三維網狀結晶而失去流動性。在原油輸送及加工中，降低原油的粘度具有特別重要的意義，它能降低原油輸送成本，節約能耗，防止設備、管路堵塞，提高生產效率和經濟效益等。易凝高粘原油包括含蠟量較高的石蠟基原油(含蠟原油)以及膠質、瀝青質含量較高、密度較大的重質原油(稠油)。大慶、勝利、中原、南海等我國主要油田生產的原油大多為高含蠟原油，勝利、遼河、新疆、渤海等油田有大量的稠油，新近發現的億噸級渤海蓬萊油田也是稠油油田。我國所產原油80%以上為凝點較高的含蠟原油和粘稠的重質原油(稠油)，其加工后將會產生較多的重質油（渣油、燃料油等），這些重質油的資源化利用是煉油工業普遍遇到的問題，使得煉廠對重質油進行降粘、輕質化處理的集成技術及裝備的研制開發將有較大的需求。 石油的大量使用，開采程度的不斷加深，使原油變稠、變重已成為世界性不可逆轉的趨勢。部分區塊的特稠油外輸極為困難，為了降低原油輸送管路的摩阻損失，必須采取有效的降粘措施。超聲波降粘技術是近幾年來迅速發展起來的一種原油輸送與加工的共性新技術。二、 主要研究內容、技術關鍵和創新點目前，為運輸、加工重質油而改質的方法都基于一個思想，即將原油中大分子的C-C鍵斷裂，使重油中的組分輕質化；或改變重油中瀝青烯(asphaltene)等大分子的簇狀(cluster)結構成均勻、分散結構，從而降低黏度。降黏改質的方法：一類是化學改質方法，將原油催化裂化或添加降凝劑；另一類是物理改質方法，通過加熱、電場、磁場、超聲處理。然而，化學法存在工藝復雜、能耗高及對原油的二次污染等問題；加熱法成本高、效益低，電場或磁場處理方法的降黏效果不是很理想，且設備笨重。近年來，用超聲強化原油降黏及輕質化來改善含蠟原油流變性及超聲原油預裂解的改性技術已經越來越受重視，有望成為原油降黏及輕質化新技術。主要集中在超聲物理及化學效應降黏。超聲物理效應降黏分為乳化降黏及非乳化降黏，主要目的是提高開采效率，減少管輸成本。超聲化學效應降黏包括超聲作用在含水的原油體系中，會形成自由基反應，使得重組分可能裂化變成輕組分，從而使重油黏度下降，但降低輻度比較小。而在無水原油體系中，低溫條件下其空化裂化引起組分變化更小，從而表觀黏度基本不變或下降較少，溫度較高時裂化會有所增加，黏度降低。一般而言，原油中都含有蠟、膠質和瀝青質高分子聚合物。在超聲波作用下，超聲空化產生的高溫、高壓、強大機械沖擊力及高速微射流能使原油中長鏈石蠟烴分子、瀝青質分子斷裂，分子量減小，從而降低原油粘度，降低蠟的熔點，有利于油氣開采、運輸與加工，實驗表明：頻率為20kHz時，在10-100kW?m-2的強聲場作用下，粘度可下降30%左右。前蘇聯有人曾做過超聲波防止原油結蠟的試驗，試驗表明，在超聲場內，比蠟溶點低得多的溫度就可使純蠟完全溶解在原油中，防蠟、脫蠟效果較好。我國山東石油大學閆向宏及嚴枳培也曾做過超聲波處理稠油的實驗，結果表明，20ml的稠油經超聲波處理2min后，其粘度降低24%。Shedid認為超聲輻照減小了瀝青烯的簇(cluster)結構的尺寸，從而減小了瀝青烯的沉積趨勢，也減小了原油的粘度。加拿大研究者利用超聲波處理降低瀝青的粘度，對于粘度為221256mPa.s的單純瀝青體系，超聲處理30min，降粘12.7％。美國南加州大學Teh Dunn等在常溫常壓下，利用超聲空化作用，使用California coastal asphaltene為實驗原料，采用還原劑氫硼化鈉(Sodium Borohydride)在水或重水體系中提供氫源進行烴轉化實驗，經MNR分析，脫氫24％、裂解16％。該研究認為烴轉化是自由基反應(NaBH4+2H2O→4H2+NaBO2，H2→2H*)，并提出當超聲能量施加在微小空化泡環境內，產生數千K的高溫及上百大氣壓的高壓，致使同時發生重組分鍵的熱斷裂與產生自由基，產生烴轉化過程(裂解、脫氫重整、脫氫環化與異構化)。另外，孫仁遠等做了稠油超聲波降粘的試驗研究。李兆敏、董賢勇等對勝利淺海原因做了降粘實驗研究，認為溫度是影響原油粘度最大的因素，溫度越高，超聲波作用降粘效果越不明顯；溫度越低，降粘效果越明顯。武繼輝[ ]研究了超聲波對原油粘度影響，認為超聲波處理可以明顯降低原油的粘度,降粘幅度可達50%以上。程亮、戴樹高等的綜述均認為超聲降粘是一種發展中的稠油降粘新技術。Poosekar等認為低頻超聲能夠降低原油的粘度。Mironov, M.A等人為，超聲作用在管道內的稠油時，存在一個振幅的閾值。調節環境溫度、管徑、油品類型都能夠使此振幅閾值成倍減少。張永發研究了超聲對原油粘度的影響、以及原油中聲衰減的規律。陳振林的專利涉及一種基于聲、光、電聯合作用的開采稠油的裝置。最適用于水平井條件下的油藏開采。Joseph Ady A.的專利將超聲裝置用于油井，目的是使油降粘，便于開采。Huffman等的專利將電磁場和超聲場結合起來，用于油井。超聲降黏的主要理論有三種：①超聲乳化作用，它可將原油形成水包油(O/W)型乳狀液，將油與油及油與壁之間的摩擦轉變為水與水及水與壁之間的摩擦，從而大幅度降低原油的表觀黏度。超聲強化降凝劑、降黏劑的作用，主要是利用超聲強化傳質、減少表面活性劑用量；②超聲熱效應，超聲在重油中傳播，部分能量轉化為熱能，使稠油的溫度升高，從而使稠油降黏；③超聲空化，它主要使重油中大分子裂解，從而使重油組分輕質化并降低黏度，可能增加輕油的產量。超聲空化同時改變重油中瀝青烯等大分子的簇狀結構成均勻、分散結構，從而降低重油黏度。超聲處理改質原油具有能耗低、設備簡單、處理周期短等優點。雖然國內外已對超聲降粘的機理及應用均進行了一定的研究，但這些研究主要是討論超聲頻率及強度對原油粘度的影響，并未深入研究超聲及聲空化對原油內部組成、結構及原油組分分子鍵裂解等的影響。如何進一步提高改質效果，其中超聲條件、環境條件、原油組成、還原劑、添加劑、氫源等對原油超聲改質的影響；改質油品的穩定性，處理過程的動力學研究，優化工藝，提高改質效率，降低成本和能耗等仍有許多問題需要解決。對于超聲波降粘的機理和規律尚缺乏足夠的認識，這影響了超聲波降粘技術的實際應用。針對以上介紹，給出如下主要研究內容、技術關鍵和創新點研究內容：1. 原油靜態超聲波處理降粘室內試驗，進行超聲強化原油降粘原理研究，重點超聲空化對蠟、膠質和瀝青質高分子聚合物的作用； 2. 超聲降粘原油組成、物性變化及其穩定性研究；3. 研究影響超聲波處理效果主要因素（主要內容為超聲聲場、頻率及強度與流體流動、處理時間、處理溫度等工藝條件的優化對稠油粘度的影響靜態實驗）；4. 進行現場超聲波降粘試驗，研究連續超聲原油降粘的影響因素與降粘效果驗證；5. 超聲處理的原油輸送過程模擬、實驗研究及技術經濟評估。技術關鍵1、工藝流程合成與條件的優化。2、超聲波反應器聲場結構及聲學參數的確定。3、超聲降粘處理大功率成套設備的開發與放大規律的獲得。創新性：對原油超聲降粘技術的研究成功，可改進原油的流動性，降低原油的粘度，確保在現有輸送條件下，使聯合站外輸溫度得到有效控制，輸送泵在額定揚程之內安全輸送，確保裝置的安全、節能、高效運行，形成具有自主知識產權的原油降粘外輸工藝技術。原油品質的多樣化及市場要求，使得煉廠對重質油進行降粘、輕質化的集成技術及裝備的研制開發將有較大的需求，將原油超聲改質預處理，達到降粘、增加輕組分，有利于原油煉制，具有廣闊的應用前景。利用系統工程的方法進行重油改質工藝流程的合成與優化，是一種新的工業技術研發方法。目前國外僅有少量重汽油及油田稠油超聲降粘、改質專利，有關本項技術工業化綜合研究及集成裝備的開發國內外少有成果發表。本項目研究結果可直接用于工業化開發，將形成具有自主創新與知識產權的原油采輸及煉油加工的新裝備與共性新技術，有較好的經濟效益和社會效益。至少可申報重質油降粘改質改質技術及反應處理設備專利各一項。三、 研究基礎我所對于該項技術綜合集成的研究及裝備和處理系統的開發已進行了較長時間的研究，已發表相關文獻和獲得發明專利授權。嘗試利用系統工程的方法進行原油改質工藝流程的合成與優化，形成具有自主創新的煉油加工新技術。南京工業大學超聲研究所研究表明，江漢油田重油經超聲降粘處理后，粘度一般可下降25％。如使用降粘劑的話，可減少助劑用量，降低稠油降粘降凝的生產成本。經實驗室試驗并結合熱學及流體力學模擬計算，得到如下結論，即經105℃超聲處理后，在相同條件原油管道輸送過程中，油溫由進口105℃降到出口60℃時，其降粘率由10%變化到40%，即整個輸送管路的平均降粘率約為25%，輸送能耗也將比無超聲處理的要下降25%左右。若經90℃超聲處理后，在相同條件原油管道輸送過程中，油溫由進口90℃降到出口60℃時，其降粘率由11.76%變化到37.5%，即整個輸送管路的平均降粘率約為24.63%，輸送能耗也比無超聲處理的要下降25%左右。現需要與企業合作完成中試或工業化試驗驗證。我們的前期實驗研究表明超聲波對重質油具有降低粘度的作用，超聲還可作為原油改質處理(降粘、輕質化)的一項新手段[28,29,30]，可知渣油在超聲作用下發生的變化。當反應溫度從260 ℃升至400 ℃時，超聲作用后降黏率由32％增加至63％，無超聲作用的降黏率由11％增至34％，但其增加幅度卻小于超聲作用的增加幅度，可認為該過程存在熱裂化之外，同時也有空化裂化作用，兩者影響都比較大，使得其降黏率升高，還使渣油中500℃前組分含量增加了1.0％，凝點下降了1℃。另外研究還發現在超聲強化作用下，可使降凝降粘劑與乳化劑更均勻分散，減少試劑用量，提高降粘效果，使原油乳液更穩定，達到延長原油穩定時間的結果。以上實驗結果的降粘原因有待進一步研究，但超聲降粘的效果還是顯著的。課題組依靠自身良好的工作基礎，通過技術創新、設備開發和系統集成，努力實現改善原油輸送及煉制加工過程、提高石油利用率、為石油工業的發展發揮作用。

目前我國鍛造行業的主導設備仍以蒸空鍛錘為主，據統計現役蒸空鍛錘有2300多臺，這些設備大部分是三、四十年代設計，五、六十年代制造，結構落后，設備老化，能源利用率極低，錘頭動能只能達到燃料熱能的0.5％～2％。由于設備的老化造成效率低下，污染等公害嚴重，工人的工作環境很差。電液錘是蒸空錘換代產品，它不僅能很好地滿足各種工藝和生產要求，而且可將能源利用率提高到20％左右，消滅鍋爐燒煤造成的系列污染公害，提高設備的工作效率，改善工人的工作環境，減小司錘的勞動強度。 北京理工大學是目前國內應用最廣泛的泵蓄能器組合傳動、單桿、排油打電液錘驅動頭的原始發明單位，該驅動頭包含一項發明專利、三項實用新型專利。該技術九一年獲部級科技進步一等獎，九二年獲國家科技進步二等獎，這是目前國內蒸空錘改電液錘技術的最高獎。該技術已被列入《八五國家重點新技術推廣計劃》《九五國家重點新技術推廣計劃》《國家科技成果重點推廣計劃》《國家十項重點示范新技術》等。

我國農田秸稈資源量巨大，灘涂和入侵生物資源存量更大，均沒有作為資源發揮其作用。焚燒秸稈是全國性難題，變害為利，實現工業化利用才是根本出路，現有秸稈利用方案基本上都不能實現秸稈生物質的全價利用，秸稈綜合利用和轉化的效率不高，焚燒嚴重，在經濟上缺少可行的高效轉化方案。本項目根據植物纖維束強度高的特點，開創無污染“制漿”先河，利用植物秸稈開發了新型紙漿模塑原料及系列大宗工業包裝產品。本項目生產工藝環保，實現了秸稈生物質的高值化全價利用，為秸稈生物質的高效利用提供了途徑；作為工業包裝原料，新材料能部份替代進口廢紙漿和對廢紙漿進行改型增強，帶動工業包裝行業的良性發展，開拓新產業鏈，市場潛力巨大。

針對因主食過精過細導致以肥胖、高血糖疾病為代表的代謝綜合癥高發，患病人群不敢吃主食的問題，研發出全谷物雜糧與白米同煮同熟技術、雜糧適配技術、配米抗淀粉回生技術，并在此基礎上設計出中、低 GI 全谷物米飯等系列產品，產品均具有口感軟糯、氣味芳香、好吃易煮等優點，食用后餐后血糖上升平緩，尤其適合高血糖人群作為主食日常食用，滿足了其開心吃飯、放心吃飯的生活需要。 創新要點 采用創新的思路解決了雜糧無法與白米同煮同熟、高比例雜糧米飯口感差、低 GI 大米口感差等問題，設計出滿足家庭、工廠生產需要的配方、工藝，產品包括中 GI 全谷物米及方便米飯，低 GI 全谷物方便米飯。全谷物雜糧與白米同煮同熟技術已獲得發明專利授權、雜糧適配技術和配米抗淀粉回生技術已經申請了發明專利，以上技術均處于國內領先水平。

（專利號：ZL 201310153992.7） 簡介：本發明提供一種高硫肥煤的熱溶抽提處理及其在煉焦配煤中利用的新技術。該新技術是將高硫肥煤在適當的條件下，采用有機溶劑在固定床反應器中連續熱抽提或在間隙式反應釜中進行熱溶抽提，經熱態過濾分離后得到高收率的低硫低灰的熱溶物，并應用于煉焦配煤。通過本熱溶抽提處理后，熱溶物脫除了全部的灰分和無機硫，相對原高硫肥煤，其黏結性能得到改善，含硫量明顯降低，并全部為有機硫，在后續的煉焦過程中易于脫除。將

本項目已在內蒙古建立了中試示范生產基地，完成了中試化生產。年處理落葉松樹皮量可達20噸，獲得原花青素產品約500公斤，帶動企業周邊經濟發展。實施過程中，產生極少環境污染，緩解了因落葉松樹皮直接焚燒造成大氣污染。 本項目進行了落葉松樹皮中原花青素的安全性、穩定性、化妝品功效性評價、化妝品配方應用等4方面的分析。落葉松樹皮原花青素可應用于化妝品配方中，具有抗氧化、抑菌、美白、保濕、抑止黑色素、防紫外線等功效；以原花青素做作為天然染色劑對絲綢進行染色處理，其織物耐濕摩擦牢度和耐汗漬牢度均達到3級以上，滿足真絲織物對色牢度的要求；且染色后織物的紫外線防護指數達到20左右，具有較好的抗紫外輻射性能，可制成具有特殊功能的防紫外輻射服裝。本工藝制得的產品克服了傳統產品的一些缺點，具有無毒、無溶劑殘留等優勢。

CO2的大規模工業利用是目前國內外研究的重要課題，提出了一種新的 CO2 化學利用技術路線，即通過 CO2 與氨反應得到三聚氰酸等固體產品。這樣， 不僅可實現 CO2的封存，而且能夠實現 CO2的高值有效利用。對 CO2的減排具 112 有重要意義。 CO2氨化反應特點： CO2氨化礦化生成三聚氰酸所需原料用量少（一份重量的氨可固定 2.5 份 CO2）； 原料轉化率高,(轉化率達 95%以上)； 礦化反應設備投資少，在現有煤化工裝置基礎上，添加部分設備，通過改 變反應過程和目標產品即可實現 CO2的氨化礦化，礦化產品利用價值大。

CO2的大規模工業利用是目前國內外研究的重要課題，提出了一種新的CO2化學利用技術路線，即通過CO2與氨反應得到三聚氰酸等固體產品。這樣，不僅可實現CO2的封存，而且能夠實現CO2的高值有效利用。對CO2的減排具有重要意義。 CO2氨化反應特點： CO2氨化礦化生成三聚氰酸所需原料用量少（一份重量