前 言

我國(guó)能源資源的供應(yīng)保障和能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展要求：在加強(qiáng)煤炭、石油和天然氣等常規(guī)能源資源勘探開(kāi)發(fā)的同時(shí)，全面實(shí)施以提高能源利用效率為核心的節(jié)能降耗，尤其是工業(yè)節(jié)能，同時(shí)大力推動(dòng)包括非常規(guī)油氣的替代能源新興產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展。油頁(yè)巖是我國(guó)非常規(guī)油氣資源的主體，其潛在的非常規(guī)油總產(chǎn)量476億噸，是我國(guó)石油可采資源量233億噸的兩倍以上。但我國(guó)現(xiàn)有油頁(yè)巖煉油工業(yè)一直基于“撫順干餾爐”的技術(shù)，單套處理能力100～200噸/天、頁(yè)巖油收率約為資源含油率(鋁甑測(cè)試法)的 65%、熱解氣熱值低而難以利用，與單套處理量2000～6000噸/天、油收率90%左右的國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平差距明顯，且撫順干餾爐僅能使用大顆粒原料（如粒徑＞12 mm），所產(chǎn)頁(yè)巖油含重質(zhì)組分較多、密度較高，影響其利用或下游加工。

因此，開(kāi)展油頁(yè)巖高效煉油與過(guò)程節(jié)能科學(xué)基礎(chǔ)研究、突破達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的油頁(yè)巖干餾技術(shù)及煉制過(guò)程技術(shù)的科學(xué)基礎(chǔ)研究具有重要意義，是對(duì)國(guó)家大力開(kāi)發(fā)利用非常規(guī)油氣資源和全面實(shí)施工業(yè)節(jié)能戰(zhàn)略的同時(shí)響應(yīng)。油頁(yè)巖含灰高，有機(jī)質(zhì)（kerogen）含量低，是以無(wú)機(jī)巖為骨架的含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，與以碳有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)為骨架的煤炭等高熱值固體燃料不同，其干餾煉油涵蓋無(wú)機(jī)巖骨架中有機(jī)質(zhì)干餾或熱解、干餾過(guò)程無(wú)機(jī)巖結(jié)構(gòu)變遷與粉化特性、高含氮頁(yè)巖油產(chǎn)物提質(zhì)加工、大量無(wú)機(jī)巖或灰包埋少量半焦炭高效燃燒利用、利用熱解氣或低熱值頁(yè)巖半焦實(shí)現(xiàn)煉油過(guò)程自熱的集成系統(tǒng)熱質(zhì)匹配、最大程度節(jié)能和最高價(jià)值產(chǎn)品生產(chǎn)的全流程優(yōu)化等系列科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題，涉及物質(zhì)認(rèn)識(shí)科學(xué)的無(wú)機(jī)巖相學(xué)和有機(jī)結(jié)構(gòu)化學(xué)，物質(zhì)轉(zhuǎn)化科學(xué)的熱化學(xué)、熱物理和應(yīng)用催化，工程科學(xué)的反應(yīng)工程、多相流、工業(yè)爐窯、系統(tǒng)工程等多領(lǐng)域及學(xué)科的基礎(chǔ)、技術(shù)、研究方法和手段。

針對(duì)上述科學(xué)研究與技術(shù)突破的需求，中國(guó)科學(xué)技術(shù)部的國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）于2014年經(jīng)綜合交叉科學(xué)領(lǐng)域、過(guò)程工程中節(jié)能減排與系統(tǒng)優(yōu)化方向立項(xiàng)了“油頁(yè)巖高效油氣煉制與過(guò)程節(jié)能科學(xué)基礎(chǔ)”項(xiàng)目，旨在從分子、顆粒、反應(yīng)器、系統(tǒng)多個(gè)尺度研究油頁(yè)巖干餾（熱解）反應(yīng)與產(chǎn)物定向調(diào)控，油頁(yè)巖干餾產(chǎn)物（包括半焦）高效高值加工，以污染最低、效率最高、價(jià)值最大為目標(biāo)的過(guò)程優(yōu)化與系統(tǒng)集成的科學(xué)基礎(chǔ)，具體解決：油頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)及伴生無(wú)機(jī)巖相結(jié)構(gòu)與熱解過(guò)程反應(yīng)特性關(guān)系、熱解反應(yīng)器流動(dòng)-傳遞-反應(yīng)匹配及轉(zhuǎn)化過(guò)程定向調(diào)控、熱解產(chǎn)物高效加工新技術(shù)原理與綜合利用系統(tǒng)集成等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，以形成支撐 1000噸/天以上寬粒度油頁(yè)巖（即含小顆粒）原料熱解生產(chǎn)高品質(zhì)頁(yè)巖油的新反應(yīng)器、新工藝和節(jié)能集成方案，頁(yè)巖油收率從60%～65%提高至90%，綜合節(jié)能50%以上，為徹底解決我國(guó)油頁(yè)巖煉制工業(yè)油收率低、能耗高等問(wèn)題提供科學(xué)基礎(chǔ)與技術(shù)方法支撐。

項(xiàng)目通過(guò)整合中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所、清華大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)（北京）、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）、北京化工大學(xué)、華南理工大學(xué)、煤炭科學(xué)研究總院、中國(guó)中煤能源集團(tuán)有限公司、西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司的優(yōu)勢(shì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)自2014年以來(lái)的潛心協(xié)作研究，形成了多項(xiàng)創(chuàng)新或原創(chuàng)的科學(xué)與技術(shù)成果，包括成功揭示了油頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)與無(wú)機(jī)巖的賦存結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)熱解過(guò)程其共價(jià)弱鍵斷裂規(guī)律及與產(chǎn)物生成的關(guān)系，發(fā)明了利用內(nèi)構(gòu)件調(diào)控?zé)峤夥磻?yīng)器內(nèi)物質(zhì)流動(dòng)、溫度/濃度分布及其與熱解揮發(fā)分反應(yīng)（即二次熱解反應(yīng)）的匹配關(guān)系和對(duì)熱解產(chǎn)物的定向調(diào)控機(jī)制，首次形成了熱解油、熱解氣收率及品質(zhì)單調(diào)隨溫度升高而增高的內(nèi)構(gòu)件移動(dòng)床定向熱解反應(yīng)器和熱解工藝，實(shí)現(xiàn)了在1000℃以上高溫下可同時(shí)獲得頁(yè)巖油、熱解氣高收率和高品質(zhì)的熱解產(chǎn)物生產(chǎn)目標(biāo)，創(chuàng)建了灰包埋炭的低熱值頁(yè)巖半焦高效循環(huán)流化床燃燒空氣擴(kuò)散強(qiáng)化與低床料循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)理論，針對(duì)新型熱解技術(shù)與工藝創(chuàng)建了全過(guò)程多目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)和集成方案，奠定了國(guó)際領(lǐng)先油頁(yè)巖干餾煉油成套技術(shù)開(kāi)發(fā)的科學(xué)基礎(chǔ)。相關(guān)的核心方法與技術(shù)在美國(guó)、加拿大、俄羅斯、澳大利亞、巴西、中國(guó)等油頁(yè)巖及煤豐富的國(guó)家申獲了專(zhuān)利，并完成了1000級(jí)/年技術(shù)中試，牽引了億元總投資開(kāi)展技術(shù)的10萬(wàn)噸/年示范及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推廣。利用本項(xiàng)目技術(shù)，油頁(yè)巖礦被全量利用、頁(yè)巖油收率高達(dá)90%，相對(duì)我國(guó)現(xiàn)有干餾技術(shù)的頁(yè)巖油產(chǎn)能翻番，可實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能降耗。

本專(zhuān)刊依托“油頁(yè)巖高效油氣煉制與過(guò)程節(jié)能科學(xué)基礎(chǔ)”（973計(jì)劃）項(xiàng)目，共登載 38篇論文，涉及油頁(yè)巖/煤熱解及其煉制系統(tǒng)的綜述與專(zhuān)論5篇，催化、動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)器方向12篇，能源和環(huán)境工程方向12篇，覆蓋了油頁(yè)巖高效煉制“973計(jì)劃”項(xiàng)目獲得的上述創(chuàng)新成果的代表學(xué)術(shù)論文，也邀請(qǐng)了相關(guān)領(lǐng)域與方向的我國(guó)知名學(xué)者及團(tuán)隊(duì)成員撰寫(xiě)了多篇高水平論文。該專(zhuān)刊作為項(xiàng)目獲得重大成果的總結(jié)，可為相關(guān)領(lǐng)域和方向的研究及技術(shù)人員提供有價(jià)值的參考。在專(zhuān)刊的編寫(xiě)和出版過(guò)程中得到了很多專(zhuān)家學(xué)者的支持與幫助，在此致以衷心感謝！

許光文、李術(shù)元、初茉、戰(zhàn)金輝

2017年8月