炼油，向分子水平进军—专访中国石化石油化工科学研究院原院长龙军

○ 文／本刊记者 郑 丹

分子水平石油炼制技术创新将支撑我国石油炼制工业由大到强。

供图/龙军

百年石油炼制，如宇宙星河般浩渺。炼油技术进步，正在翻开新的一页。

近年来，分子水平石油炼制技术创新成为热点。为此，本刊记者专访了率先提出分子水平石油炼制技术创新“石油炼制技术创新要向分子水平进军，努力从分子水平去认识石油、炼制石油和使用石油”的我国炼油技术专家、中国石化石油化工科学研究院（RIPP）原院长龙军博士。他表示：“未来石油炼制的发展趋势是更加精细化，需要精细炼油技术支撑。分子水平石油炼制技术创新是中国石化RIPP在这方面的一种尝试、探索和实践。”

看清未来

中国石油石化：龙院长，您好！您如何看待分子水平石油炼制技术创新？

龙军：中国现代炼油工业发展了60多年，已经经历了从无到有、从小到大两个战略发展阶段，目前进入从大到强发展阶段。到了这个阶段，炼油工业面临诸多严峻挑战，有传统炼油技术升级换代、提质增效属性的挑战，也有绿色炼制、低碳炼制、多元炼制等前瞻属性的挑战，还有来自内燃机技术进步对石油基燃料提出配方要求方面的挑战等。炼油工业要赢得发展，必须有能力应对这些挑战。因此，当今中国石油炼制工业特别需要与这个新的发展阶段相适应的、能支撑中国炼油工业完成从大到更强阶段发展的更为精细的炼制技术。分子水平石油炼制技术创新，旨在研发过程更加精细、解决问题更加精准的新一代石油精细炼制技术。

中国石油石化：您为何强调传统石油炼制技术要向分子水平升级？

龙军：石油炼制技术向分子水平升级主要有以下驱动力。

首先，纵观世界石油炼制技术150多年来的历史发展沿革，总体上是沿着一条不断精细化的脉胳一路走来的—从最初的宽泛、粗放，逐步发展到细致、精准。例如，在如何识别石油、认知石油、炼制石油、使用石油方面，最初针对的是原油全馏分，然后升级到石油宽馏分、石油窄馏分，又发展到针对石油窄馏分中的族组分、结构族组分……发展至今，直接针对石油中特定分子的案例已由始见端倪发展到了不在少数。因此，更加精细的石油炼制及其技术支撑—分子水平石油炼制技术创新有其历史发展必然的因素。

其次，进入21世纪，环保法规不断升级，以往仅控制石油产品整体平均理化性质就能保障石油产品使用性能的传统模式被打破，石油产品质量标准已由馏分级上升到了分子级，客观上要求石油炼制技术具有保障所生产的清洁石油产品质量指标达到分子级。这就需要创新，创新出既能使油品宏观使用性能达标，又能使油品微观分子级清洁性能质量达标的更加精细的分子级炼油技术。

再次，石油化学组成虽然复杂，但具有分子属性，石油中的分子才是决定石油炼制性能的内因和关键。然而，由于石油炼制原料和产品的质量标准长期停滞在馏分级整体平均理化性质水平以及石油组成非常复杂、难以深入认知等客观原因，导致尽管石油炼制已经发展了150多年，但大多数炼油过程仍处于“黑箱”状态。进入新世纪，环保法规日益严格的压力已经使清洁石油产品质量标准由馏分级上升到了分子级，石油炼制技术必须跟上。石油虽然是复杂体系，但如今随着现代科学的发展和知识的积累，自然科学领域已经吹响了向复杂体系进军的号角，世界范围内对一些关系到国计民生的复杂体系的研究和认识正在逐步从宏观转向微观，有的已达到分子和原子水平。例如，同属复杂体系的生物领域的生物基因组学、材料领域的材料基因组学等研究已取得长足进步，为各自领域的跨越式发展做了大量准备。在这种大背景下，针对石油复杂体系的分子水平石油炼制技术创新应运而生。

艰难探索

中国石油石化：在看清未来之后，RIPP如何发起分子水平石油炼制技术的创新？

龙军：RIPP初步将分子水平石油炼制技术创新的内涵确定为努力从分子水平识别石油、认知石油、炼制石油、使用石油四大范畴。

分子水平识别石油。我们初步构建了“四位一体的石油分子水平表征技术体系”，其中包括石油预处理技术：物理分离方面的分子蒸馏、改性固相萃取等，化学处理方面的甲酯化、催化氧化等衍生化技术，以及高效仪器分离技术、选择性仪器检测技术、分子识别及定量分析数据处理技术。然后，构建了石油全馏分分子水平表征平台，其中包括各类炼厂气分子水平表征技术、各类石脑油馏分分子水平表征技术、各类常压瓦斯油馏分分子水平表征技术、各类减压蜡油馏分分子水平表征技术、各类减压渣油分子水平表征技术以及分子水平原油全馏分评价技术等。

分子水平认知石油。对各类石油炼制原料、石油炼制中间产物、石油产品中典型分子如不同分子量大小的正构烷烃、异构烷烃、正构烯烃、异构烯烃（α烯烃、内烯烃）、烷基环烷烃、多环环烷烃、烷基芳香烃、多环芳香烃、含硫化合物、含氮化合物、含氧化合物、含镍化合物以及含钒化合物、胶质、沥青质等物种的分子化学结构与其炼制性能之间的构效关系进行了深入研究，获得大量分子级信息。

分子水平炼制石油。从分子水平对现代炼油厂全技术流程中每一个单元技术背后的道理，其中包括各类物理过程的原理、各类化学过程的反应化学细节进行了研究，获得量大面广的石油炼制分子级信息。在此基础上构建的分子水平石油炼制全流程技术支持平台现已基本完成 1.0版。

分子水平使用石油。研究包括合理利用石油资源和优化石油产品使用性能两大方面。石油炼制对所生产的石油产品的质量管控比较严格，已达到分子级，且时常升级甚至换代，但对石油炼制原料质量的要求和管控往往比较粗放宽泛。这种“开口”情况给炼制技术带来诸多不确定、不适宜的因素，成为石油炼制技术目前仍难以低成本精准解决问题的主要难题之一。

炼油厂各炼制单元的原料虽然都是确定范围内的馏分，但对馏分的分子组成没有严格的管控。炼制石油就是炼制石油中的分子。各种分子化学结构不同，即使是在相同的技术原理、确定的工艺、催化剂、工程等条件下，各自的炼制结果也不尽相同。这里还有优化空间，有必要深刻认知。因此，有必要开发分子水平原油评价技术并结合开发分子水平宜芳则芳、宜烯则烯、宜油则油、宜焦则焦、宜沥则沥、宜蜡则蜡等分子级炼制技术，为石油炼制能实施更加精细的分子管理、更加精准的分子炼油打下基础。

炼制石油的结果就是炼制原料石油诸分子结果的集合，因此石油产品也具有分子属性。石油产品的使用性能归根到底是由组成石油产品的石油分子贡献并决定的。因此，我们在分子水平研究了各类石油炼制产品，包括汽油、航煤、柴油、各类内燃机燃料添加剂、润滑剂基础油，各类润滑剂添加剂、石油沥青等中的分子是如何贡献并决定石油产品包括蒸发性能、燃烧性能、润滑性能、低温性能、清洁性能、抗氧化性能、抗腐蚀性能、极压抗磨性能、清净性能、分散性能、流变性能、粘弹性能、还原性能、电阻性能、石墨化性能等使用性能，由此获得深刻认知以及大量支撑传统石油产品升级换代的分子级技术创新信息。

中国石油石化：近年来，RIPP在分子水平石油炼制技术创新方面取得了哪些成果？

龙军：分子水平石油炼制技术创新主张在石油炼制技术研发过程中做深入到目前涉猎还甚少的石油分子层面，去挖掘、探索、认知还不甚了解的石油分子、石油分子之间的相互作用以及其与石油炼制及产品应用各种关联的努力，以期获得新发现、新认识、新方法、新知识，使已有一定知识与经验积累的石油炼制科技工作者能由此受到启发，产生灵感，形成新的技术创新思路，在此基础上研发出过程更加精细、解决问题更加精准的新一代石油炼制技术，以支撑石油炼制工业走向更强。

过去的十几年间，RIPP着力围绕石油炼制全流程系列技术如何达到分子水平，如何在分子水平进行石油炼制技术创新方面进行了大量的探索和实践，在此基础上产生了新的思路，进而开发出创新技术。例如，针对大宗石油产品质量标准提升到分子级对传统炼油技术形成的严峻挑战，通过分子水平石油炼制技术创新探索与实践，成功创新出MIP工艺、CGP技术、S Zorb新型催化剂和ZCA固体酸烷基化技术，在全国52个炼油厂、86套工业装置获大面积工业应用，以较低成本、较快速度有力支撑我国炼油行业实现清洁汽油质量从国Ⅰ到国Ⅵ标准的连续升级，经济和社会效益显著。

中国石油石化：分子水平石油炼制技术应用为炼油企业解决了哪些难题？

龙军：举个例子，含酸原油加工是世界级难题。这是一种典型的劣质原油，难加工，但相对便宜，如能实现低成本加工有望给炼油企业带来经济效益。含酸原油加工的主要问题是腐蚀设备，难点在于已有技术不论是应用昂贵的耐酸设备还是应用高成本的先脱酸再炼制长技术流程都导致了过程经济性变差。因此，不但要实现含酸原油加工而且要实现低成本加工是关键。

我们通过分子水平识别含酸原油研究发现，含酸原油中石油酸分子的类型主要有脂肪酸、环烷酸、芳香酸三种，多为一元酸，其中羧基官能团通过多个亚甲基与烷基、环烷基或芳香基相联。

分子水平认知含酸原油研究结果表明，石油酸分子结构中羧基官能团对脂肪链C-C共价键键能影响更大。

分子水平炼制含酸原油研究结果表明，石油酸分子骨架脱酸的合理位置应位于分子内羧基C与烷基相联C之间的共价键。由此我们受到启发，提炼出石油酸分子脱酸需要解决的关键科学问题是如何实现含酸原油中石油酸分子羧基官能团与脂肪链的高选择性裂化。进一步研究发现，通过富L酸催化剂更能有利于实现石油酸分子与其官能团相联C-C共价键的异裂。在此基础上，结合以往的经验，我们开发出含酸原油低成本脱酸裂化技术。该技术为世界首创。它打破常规，实现脱酸与裂化两道工序合二为一，技术流程短，不但实现了脱酸，而且大幅度降低了加工成本。该技术已成功实现工业化，为企业获得了可观的经济和社会效益。

展望未来，技术创新将推动我国炼油产业由大走强。供图/视觉中国

展望未来

中国石油石化：您对分子水平石油炼制技术的发展前景有怎样的展望？

龙军：分子水平石油炼制技术创新是传统馏分水平研发模式的一种转型升级。转型是指更加精准，升级是指提升到分子水平。虽然难度大，但存在支撑产生更加精细炼制的技术创新思路、实现跨越式技术进步的潜力和机会。我们认为，目前石油炼制技术领域已到突破期，世界范围内新一轮角逐已经开始，谁先在分子水平获得对石油原料、石油炼制过程、石油产品的精细认知，谁就有可能抢占先机。目前的竞争热点多集中在劣质原油加工、清洁燃料生产、减压渣油高效转化、化工型炼油、多元炼制、低碳炼制、精细石油产品等方面。我们将尽力使分子水平石油炼制技术创新为传统石油炼制注入活力，努力研发出过程更加精细、解决问题更加精准的新一代精细炼制技术，以支撑我国石油炼制工业走向更强。