煉油，向分子水平進軍—專訪中國石化石油化工科學研究院原院長龍軍

○ 文／本刊記者 鄭 丹

分子水平石油煉制技術創新將支撐我國石油煉制工業由大到強。

供圖/龍軍

百年石油煉制，如宇宙星河般浩渺。煉油技術進步，正在翻開新的一頁。

近年來，分子水平石油煉制技術創新成為熱點。為此，本刊記者專訪了率先提出分子水平石油煉制技術創新“石油煉制技術創新要向分子水平進軍，努力從分子水平去認識石油、煉制石油和使用石油”的我國煉油技術專家、中國石化石油化工科學研究院（RIPP）原院長龍軍博士。他表示：“未來石油煉制的發展趨勢是更加精細化，需要精細煉油技術支撐。分子水平石油煉制技術創新是中國石化RIPP在這方面的一種嘗試、探索和實踐。”

看清未來

中國石油石化：龍院長，您好！您如何看待分子水平石油煉制技術創新？

龍軍：中國現代煉油工業發展了60多年，已經經歷了從無到有、從小到大兩個戰略發展階段，目前進入從大到強發展階段。到了這個階段，煉油工業面臨諸多嚴峻挑戰，有傳統煉油技術升級換代、提質增效屬性的挑戰，也有綠色煉制、低碳煉制、多元煉制等前瞻屬性的挑戰，還有來自內燃機技術進步對石油基燃料提出配方要求方面的挑戰等。煉油工業要贏得發展，必須有能力應對這些挑戰。因此，當今中國石油煉制工業特別需要與這個新的發展階段相適應的、能支撐中國煉油工業完成從大到更強階段發展的更為精細的煉制技術。分子水平石油煉制技術創新，旨在研發過程更加精細、解決問題更加精準的新一代石油精細煉制技術。

中國石油石化：您為何強調傳統石油煉制技術要向分子水平升級？

龍軍：石油煉制技術向分子水平升級主要有以下驅動力。

首先，縱觀世界石油煉制技術150多年來的歷史發展沿革，總體上是沿著一條不斷精細化的脈胳一路走來的—從最初的寬泛、粗放，逐步發展到細致、精準。例如，在如何識別石油、認知石油、煉制石油、使用石油方面，最初針對的是原油全餾分，然后升級到石油寬餾分、石油窄餾分，又發展到針對石油窄餾分中的族組分、結構族組分……發展至今，直接針對石油中特定分子的案例已由始見端倪發展到了不在少數。因此，更加精細的石油煉制及其技術支撐—分子水平石油煉制技術創新有其歷史發展必然的因素。

其次，進入21世紀，環保法規不斷升級，以往僅控制石油產品整體平均理化性質就能保障石油產品使用性能的傳統模式被打破，石油產品質量標準已由餾分級上升到了分子級，客觀上要求石油煉制技術具有保障所生產的清潔石油產品質量指標達到分子級。這就需要創新，創新出既能使油品宏觀使用性能達標，又能使油品微觀分子級清潔性能質量達標的更加精細的分子級煉油技術。

再次，石油化學組成雖然復雜，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因和關鍵。然而，由于石油煉制原料和產品的質量標準長期停滯在餾分級整體平均理化性質水平以及石油組成非常復雜、難以深入認知等客觀原因，導致盡管石油煉制已經發展了150多年，但大多數煉油過程仍處于“黑箱”狀態。進入新世紀，環保法規日益嚴格的壓力已經使清潔石油產品質量標準由餾分級上升到了分子級，石油煉制技術必須跟上。石油雖然是復雜體系，但如今隨著現代科學的發展和知識的積累，自然科學領域已經吹響了向復雜體系進軍的號角，世界范圍內對一些關系到國計民生的復雜體系的研究和認識正在逐步從宏觀轉向微觀，有的已達到分子和原子水平。例如，同屬復雜體系的生物領域的生物基因組學、材料領域的材料基因組學等研究已取得長足進步，為各自領域的跨越式發展做了大量準備。在這種大背景下，針對石油復雜體系的分子水平石油煉制技術創新應運而生。

艱難探索

中國石油石化：在看清未來之后，RIPP如何發起分子水平石油煉制技術的創新？

龍軍：RIPP初步將分子水平石油煉制技術創新的內涵確定為努力從分子水平識別石油、認知石油、煉制石油、使用石油四大范疇。

分子水平識別石油。我們初步構建了“四位一體的石油分子水平表征技術體系”，其中包括石油預處理技術：物理分離方面的分子蒸餾、改性固相萃取等，化學處理方面的甲酯化、催化氧化等衍生化技術，以及高效儀器分離技術、選擇性儀器檢測技術、分子識別及定量分析數據處理技術。然后，構建了石油全餾分分子水平表征平臺，其中包括各類煉廠氣分子水平表征技術、各類石腦油餾分分子水平表征技術、各類常壓瓦斯油餾分分子水平表征技術、各類減壓蠟油餾分分子水平表征技術、各類減壓渣油分子水平表征技術以及分子水平原油全餾分評價技術等。

分子水平認知石油。對各類石油煉制原料、石油煉制中間產物、石油產品中典型分子如不同分子量大小的正構烷烴、異構烷烴、正構烯烴、異構烯烴（α烯烴、內烯烴）、烷基環烷烴、多環環烷烴、烷基芳香烴、多環芳香烴、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、瀝青質等物種的分子化學結構與其煉制性能之間的構效關系進行了深入研究，獲得大量分子級信息。

分子水平煉制石油。從分子水平對現代煉油廠全技術流程中每一個單元技術背后的道理，其中包括各類物理過程的原理、各類化學過程的反應化學細節進行了研究，獲得量大面廣的石油煉制分子級信息。在此基礎上構建的分子水平石油煉制全流程技術支持平臺現已基本完成 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化石油產品使用性能兩大方面。石油煉制對所生產的石油產品的質量管控比較嚴格，已達到分子級，且時常升級甚至換代，但對石油煉制原料質量的要求和管控往往比較粗放寬泛。這種“開口”情況給煉制技術帶來諸多不確定、不適宜的因素，成為石油煉制技術目前仍難以低成本精準解決問題的主要難題之一。

煉油廠各煉制單元的原料雖然都是確定范圍內的餾分，但對餾分的分子組成沒有嚴格的管控。煉制石油就是煉制石油中的分子。各種分子化學結構不同，即使是在相同的技術原理、確定的工藝、催化劑、工程等條件下，各自的煉制結果也不盡相同。這里還有優化空間，有必要深刻認知。因此，有必要開發分子水平原油評價技術并結合開發分子水平宜芳則芳、宜烯則烯、宜油則油、宜焦則焦、宜瀝則瀝、宜蠟則蠟等分子級煉制技術，為石油煉制能實施更加精細的分子管理、更加精準的分子煉油打下基礎。

煉制石油的結果就是煉制原料石油諸分子結果的集合，因此石油產品也具有分子屬性。石油產品的使用性能歸根到底是由組成石油產品的石油分子貢獻并決定的。因此，我們在分子水平研究了各類石油煉制產品，包括汽油、航煤、柴油、各類內燃機燃料添加劑、潤滑劑基礎油，各類潤滑劑添加劑、石油瀝青等中的分子是如何貢獻并決定石油產品包括蒸發性能、燃燒性能、潤滑性能、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，由此獲得深刻認知以及大量支撐傳統石油產品升級換代的分子級技術創新信息。

中國石油石化：近年來，RIPP在分子水平石油煉制技術創新方面取得了哪些成果？

龍軍：分子水平石油煉制技術創新主張在石油煉制技術研發過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品應用各種關聯的努力，以期獲得新發現、新認識、新方法、新知識，使已有一定知識與經驗積累的石油煉制科技工作者能由此受到啟發，產生靈感，形成新的技術創新思路，在此基礎上研發出過程更加精細、解決問題更加精準的新一代石油煉制技術，以支撐石油煉制工業走向更強。

過去的十幾年間，RIPP著力圍繞石油煉制全流程系列技術如何達到分子水平，如何在分子水平進行石油煉制技術創新方面進行了大量的探索和實踐，在此基礎上產生了新的思路，進而開發出創新技術。例如，針對大宗石油產品質量標準提升到分子級對傳統煉油技術形成的嚴峻挑戰，通過分子水平石油煉制技術創新探索與實踐，成功創新出MIP工藝、CGP技術、S Zorb新型催化劑和ZCA固體酸烷基化技術，在全國52個煉油廠、86套工業裝置獲大面積工業應用，以較低成本、較快速度有力支撐我國煉油行業實現清潔汽油質量從國Ⅰ到國Ⅵ標準的連續升級，經濟和社會效益顯著。

中國石油石化：分子水平石油煉制技術應用為煉油企業解決了哪些難題？

龍軍：舉個例子，含酸原油加工是世界級難題。這是一種典型的劣質原油，難加工，但相對便宜，如能實現低成本加工有望給煉油企業帶來經濟效益。含酸原油加工的主要問題是腐蝕設備，難點在于已有技術不論是應用昂貴的耐酸設備還是應用高成本的先脫酸再煉制長技術流程都導致了過程經濟性變差。因此，不但要實現含酸原油加工而且要實現低成本加工是關鍵。

我們通過分子水平識別含酸原油研究發現，含酸原油中石油酸分子的類型主要有脂肪酸、環烷酸、芳香酸三種，多為一元酸，其中羧基官能團通過多個亞甲基與烷基、環烷基或芳香基相聯。

分子水平認知含酸原油研究結果表明，石油酸分子結構中羧基官能團對脂肪鏈C-C共價鍵鍵能影響更大。

分子水平煉制含酸原油研究結果表明，石油酸分子骨架脫酸的合理位置應位于分子內羧基C與烷基相聯C之間的共價鍵。由此我們受到啟發，提煉出石油酸分子脫酸需要解決的關鍵科學問題是如何實現含酸原油中石油酸分子羧基官能團與脂肪鏈的高選擇性裂化。進一步研究發現，通過富L酸催化劑更能有利于實現石油酸分子與其官能團相聯C-C共價鍵的異裂。在此基礎上，結合以往的經驗，我們開發出含酸原油低成本脫酸裂化技術。該技術為世界首創。它打破常規，實現脫酸與裂化兩道工序合二為一，技術流程短，不但實現了脫酸，而且大幅度降低了加工成本。該技術已成功實現工業化，為企業獲得了可觀的經濟和社會效益。

展望未來，技術創新將推動我國煉油產業由大走強。供圖/視覺中國

展望未來

中國石油石化：您對分子水平石油煉制技術的發展前景有怎樣的展望？

龍軍：分子水平石油煉制技術創新是傳統餾分水平研發模式的一種轉型升級。轉型是指更加精準，升級是指提升到分子水平。雖然難度大，但存在支撐產生更加精細煉制的技術創新思路、實現跨越式技術進步的潛力和機會。我們認為，目前石油煉制技術領域已到突破期，世界范圍內新一輪角逐已經開始，誰先在分子水平獲得對石油原料、石油煉制過程、石油產品的精細認知，誰就有可能搶占先機。目前的競爭熱點多集中在劣質原油加工、清潔燃料生產、減壓渣油高效轉化、化工型煉油、多元煉制、低碳煉制、精細石油產品等方面。我們將盡力使分子水平石油煉制技術創新為傳統石油煉制注入活力，努力研發出過程更加精細、解決問題更加精準的新一代精細煉制技術，以支撐我國石油煉制工業走向更強。