科学技术是第一生产力,是推动社会现代化发展的核心驱动力。我国的中小企业数量占比在99%以上,是发展先进技术的生力军,是支撑我国经济健康稳定增长不可或缺的力量。近年来,国家出台了一系列相关政策法规并多次修订,就是为了充分促进中小企业的良性发展。目前大部分中小企业因为体量较小,资金有限,普遍存在基础研发能力不足、检验检测设备手段落后和工程化放大实施缺乏经验的情况,这些不利因素制约着中小企业的创新和长远发展。

2016年9月,国务院印发《北京加强全国科技创新中心建设总体方案》,提出“统筹规划建设中关村科学城、怀柔科学城和未来科技城”。同年11月,北京市人民政府办公厅印发《怀柔科学城建设

发展规划(2016-2020年)》。怀柔科学城以高点定位、开放合作、全面改革、内涵发展的基本原则,规划出“一核四区”的空间功能布局,规划面积约100.9平方公里。通过多年的建设,怀柔科学城正在形成具有全球影响力的重大科技基础设施集群,正逐步成为关键高新技术企业的孵化基地,未来将打造成与国家战略需求相匹配的世界级原始创新承载区。

中科合成油技术股份有限公司总部位于怀柔科学城核心地带,得益于多年来围绕煤制油技术的产业化实践,公司拥有包括基础研究、技术开发以及工程化实施等业务板块的完善的技术转化体系。立足怀柔科学城,中科合成油技术股份有限公司科技服务平台的建设响应国家政策,专注于服务有相关技术需求的企业客户。平台集检验检测、试验评价、理论计算支持、技术咨询和工程化解决方案等服务于一体,致力于为客户提供优质的检验检测+咨询的一站式服务,促进社会上中小企业的健康协同发展。

中科合成油技术股份有限公司经过多年积淀,已拥有从理论计算、催化剂开发、表征测试、到实验评价与工程化实施的全流程研发能力。

平台拥有高分辨透射和扫描电镜、核磁共振波谱仪、X-射线光电子能谱仪等多台表征设备,可对催化剂及材料的形貌、结构性质、体相及表面组成进行剖析。

检验检测方面,平台拥有多台气相色谱、气质联用以及完整的油品指标测试设备、煤质分析设备。团队成员具备丰富的色谱使用经验,可对气相色谱的阀、柱系统进行优化设计并改造,从而在疑难组分测定方面提出解决方案。

浆态床、固定床等在线实验系统,可以实现多套反应器平行测试、快速反应参数筛选等需求。

理论计算和数据开发方面,平台同样具备雄厚实力。硬件方面具备超算集群16000+CPU核数,计算能力达到350万亿次/秒。软件方面拥有Materials Studio、VASP、Gaussian等商业软件,Abinit、Quantum Espresso、CP2K等开源软件。团队成员长期从事理论计算模拟工作,具有丰富的经验和深厚的理论功底,可以开展第一性化学性质计算、谱学计算、反应机理计算等工作。

联系我们

联系电话:010-69667838

邮箱地址:TICservice@synfuelschina.com.cn

公司地址:北京市怀柔区雁栖经济开发区乐园南二街1号中科合成油技术股份有限公司

成份分析

成份分析是指通过检测设备和手段对样品进行分析的技术方法,主要用于确定样品的组成及含量,帮助客户对样品进行定性定量分析。中科合成油科技服务平台设备齐全,能力过硬,可以为您提供完整的检验检测服务、数据分析和一站式的问题解决方案。

序号 检测能力 链接
1 煤基油品测试 查看详情
2 石油基油品测试 查看详情
3 配套测试 查看详情
4 特色仪器 查看详情

材料结构

根据客户需要,中科合成油科技服务平台可以实现对样品的成分定性/定量分析并且通过多种设备和方法去分析样品的成分、比例,结合产品应用行业经验,为客户材料性能改进、产品研发提供更多思路。

序号 项目 适用范围 链接
1 元素分析 金属材料、非金属材料、高分子材料、特种材料的组成成分分析 查看详情
2 结构形貌 材料的表观和微观形貌 查看详情
3 化学性质(体相) 材料的体相结构、孔结构、酸结构等测试 查看详情
4 化学性质(表面) 表面电子性质等 查看详情

理论支持

根据客户需要,中科合成油科技服务平台可以运用模拟计算及专业的化工热力学、化工动力学数据库对客户的需求提供理论支持,为客户产品改进、研发提供更多思路。

序号 项目 适用范围/针对产品 链接
1 理论计算平台 第一性原理计算,材料性质计算,谱学计算,反应机理计算 查看详情
2 数据技术平台 数据库建设、管理系统开发、数据分析及建模 查看详情
3 化工热力学平台 流体相平衡计算,物性估算 查看详情
4 化工动力学和反应器平台 动力学实验、动力学和反应器建模、参数优化、模型求解和工业反应器模拟 查看详情
5 装备开发与流体力学研究平台 CAE仿真模拟,包括计算流体力学、结构有限元分析、三维参数化设计 查看详情

过程评价

根据客户需要,中科合成油科技服务平台可以对催化剂提供快速评价、短周期评价、中长周期评价服务,为客户材料性能改进、产品研发提供更多思路。

序号 项目 适用范围 链接
1 固定床 可评价各种催化材料在固定床体系下的转化率、选择性、稳定性等性能 查看详情
2 浆态床 可满足不同研究领域的催化剂性能评价测试的多功能需求 查看详情
3 流化床 可评价各种催化材料在固定流化床体系下的转化率、选择性、稳定性等性能 查看详情
4 高通量 可快速评价8个催化剂 查看详情

中科合成油技术股份有限公司拥有一批高素质的、具有十年以上丰富研究开发经验的研究人员、工程研究开发人员及设计人员,可提供客户化学品工艺路线选择、技术经济性分析、实验室规模小试筛选、中试放大验证、工业系统集成、工艺包及核心过程装备开发、开车服务和现场技术支持服务等,全研发和生产周期的技术支持咨询服务。

1. 反应动力学

具备动力学实验、动力学和反应器建模、参数优化、模型求解和工业反应器模拟。可根据各种反应体系的特点快速搭建动力学实验装置、实验设计和数据收集,建立集总和详细机理动力学模型、参数优化、各种类型反应器建模和反应器模拟,提供详细的工程咨询服务。主要研发人员在领域内有多年的工程模拟经验和高水平学术论文发表。配备有固定床、循环电天平、转篮反应器、固定流化床反应器、微型反应器、浆态床等多型自主设计集成的反应动力学实验系统。

2. 流体力学

具备包含复杂内构件、热态多相湍流流场数学建模及数值模拟能力,可进行工业级反应器流场和结构模拟仿真,提供工程咨询服务。骨干成员具备十年以上流场模拟和装备开发经验,相关装备应用于超大型费托合成反应装置、气流床气化装置和相关过程核心装备,其中费托浆态床反应器专利获专利金奖(专利号ZL200710161575.1),在业界有一定知名度。

3. 热力学及分离过程

基于热力学原理和数值计算方法,完全自主开发的工程计算软件。大范围验证测试表明,计算结果准确可靠。配备有多型高温、高压气液平衡搅拌釜、粘度仪、表面张力仪和接触角测量仪等系列工程热力学数据测量装置;装备多台套精馏、萃取、短程分子蒸馏等分离装置,通过实验方法进行分离过程开发和优化,通过分离过程制备公斤级样品。

4. 工艺流程模拟

对化工过程建立全流程工艺模拟,例如气化、变换、净化,合成,裂化等合成油全流程模拟。建立重要单元或全厂动态模型,考察过程动态特性,评估工艺设计和异常工况处理方案的合理性等。

5.流化裂化中试装置

本装置是中科合成油结合煤液化和合成气下游产品加工生产油品和化学品的需求而设计研发的4000吨/年流化床中试装置,设计反应温度650℃,反应压力350KPa,适用于低压、催化剂循环再生的系列多相反应过程,如催化裂化、催化裂解、芳构化、轻烃脱氢、醇类制烯烃等。

中试装置主要包括进料系统、反再系统和产品分离系统,其核心单元-反再系统结合提升管和循环流化床优势设计,操作窗口灵活,可实现不同反应所需的停留时间、温度、压力、剂油比、催化剂积碳量控制等多方面要求,同时再生器能够实现完全再生和不完全再生以用于控制催化剂的含碳量。本装置原料使用广泛,可进行合成气、液化气、石脑油、重油、醇类、聚烯烃等多种原料转化,主要产品包括低碳烯烃、芳烃、汽油、航煤和柴油等。


6. 煤炭温和加氢热解工业示范装置

通过对煤炭直接液化与间接液化过程的系统分析,以提高煤炭转化过程能效为目的,中科合成油技术研发团队首次提出了煤炭温和加氢热解并耦合费托合成的低阶煤高效分级转化工艺方案。在煤炭间接液化(费托合成)技术成功示范应用的前提下,煤炭温和加氢热解是低阶煤分级液化的关键技术。公司于2008年斥资2.5亿元在内蒙古鄂尔多斯大路新区建设了万吨级煤炭温和加氢热解工业示范装置,该装置于2009年8月建成竣工。

该装置用于煤炭温和加氢热解和重质/劣质油品浆态床温和加氢处理技术的万吨级中试验证。装置包括浆态床加氢和固定床加氢两个单元:

(1)浆态床加氢处理单元 (装置处理能力:1.0-2.0吨煤粉/小时)

浆态床加氢热解装置是中试装置的核心单元。原煤经破碎及制粉处理,得到粒度(80%)小于80微米的煤粉;煤粉、催化剂、硫与溶剂按比例充分混合后,配制成浓度47-50%的油煤浆;以1.8-2.2吨油煤浆/小时的流速于炉前氢混合加热后送入加氢热解反应器。

循环气经加热炉加热后进入反应器;反应产物经分离/分馏单元得到温高分油、常顶油、常侧油、减侧油,送入中间油品储罐;减渣用桶收集;气相经冷却后形成冷凝油和循环气。

(2)固定床加氢单元

固定床加氢单元用于溶剂油加工和中间油的加氢精制。中间油(加氢热解产物)与循环气混合加热后送入反应器,产物经分离和分馏得到石脑油、柴油和溶剂油等产物。



7. 流化热解中试装置

在煤炭间接液化技术成功实现百万吨级示范应用与中低阶煤炭分级液化技术实现稳定运行并具备工程化工业化放大条件的前提下,中科合成油研发团队开发出含固油浆流化床热解技术。该技术以煤炭间接液化或分级液化-煤炭温和加氢热解副产的含固油浆为原料,在气固流化床反应器中进行高温热解反应,进而生成轻质油品,以进一步提高煤炭转化过程能效,实现含固油浆中油品的高效回收利用。2019年年底,位于内蒙古鄂尔多斯市大路工业园区的千吨级(5000吨/年)流化热解中试实验装置主体建设完成。

2020年,该套装置成功完成了四组不同原料的进料实验,验证了不同原料在该装置中的进料情况、流化状态、烧焦情况和排料状态。并于9月26日至9月29日,由中国石油和化学工业联合会组织现场考核专家组,对流化热解中试装置进行了72小时现场连续运行考核标定。

该流化热解技术装置可处理煤炭间接液化、分级液化副产品含固油浆,也可用于有机生活垃圾、塑料等固废处理,可实现含碳资源在整个生命周期的闭式循环和油气资源的绿色回收。


中科合成油技术股份有限公司拥有一批具有十年以上、丰富工程开发和现场工程技术支持经验的团队,该团队为中科煤基合成油工艺包开发、浆态床合成反应器和关键过程装备大型化、系统集成等工程开发中做出了重要贡献,费托浆态床反应器专利获得第二十一届中国专利金奖(专利号ZL200710161575.1)。

1. 工艺开发方案咨询

工艺路线咨询,工艺流程模拟分析,工艺包委托开发,工艺开发实验验证方案咨询,化工项目可行性研究等。具有ASPEN工艺模拟,以及基于Fortran自主开发的热力学和反应器模拟程序。

2. 工程装备开发和安装实施方案咨询

复杂多相流核心反应器放大和内构件结构、布置方案咨询,关键过程装备结构优化方案咨询,过程装备重要内构件结构和布置方案咨询,大型化工装备加工、安装及运行调试方案咨询。具有ANSYS FLUENT、CFX、ICEMCFD,OpenFOAM等计算流体力学模拟软件。配备高性能异构化计算集群,具备GPU加速计算能力,满足工业装备CAE模拟计算要求。多相流场测量系统(TSI 激光相位粒子分析仪,高速图像采集系统,Pavlov管速度测量系统,电导探针和光纤探针局部气含率测量系统)。

3. 过程系统控制方案和操作员培训服务

基于计算机模拟的过程系统控制方案评估,系统控制方案优化,煤制油合成系统操作人员培训,中试系统控制方案咨询等。具有全厂动态仿真和数字化三维交互模型。

4. 化工厂现场技术支持和技改方案咨询

化工厂开车技术服务,现场运行数据分析和工况诊断,现场取样分析方案咨询,工艺和装备技术改造方案咨询等。具有较完备的工程开发分离实验装置(常、减压精馏塔,萃取精馏塔,高温、高压在线过滤系统等),工程热力学和气-液相平衡测试装置(粘度计、表面张力测量仪、接触角测量仪、差示扫描量热仪(DSC),气-液相平衡装置等)

5. 工程开发装置设计和中试实验方案咨询

中试反应器设计方案咨询,中试反应系统控制方案咨询,中试工艺和实验分析方案咨询,中试运行技术支持等。具有高温、高压浆态床、循环流化床、流化床干燥塔、回转窑热解反应器等中试装置和系统。




硅、二氧化硅负载的铁模型催化剂在近常压CO气氛下的碳化过程


该工作研究了二氧化硅和硅负载的铁颗粒模型催化剂在近常压一氧化碳气氛下铁的碳化过程,发现一氧化碳解离后氧的移除是铁碳化的决速步,而还原性载体的添加有助于铁的碳化。使用单晶Si(111)及其部分氧化得到的SiO2薄膜作为载体,负载粒径尺寸接近的铁颗粒,使用近常压原位X射线光电子能谱,考察其在CO气氛下铁颗粒的碳化过程(如图)。结果显示铁/硅体系表现出更好的CO吸附能力和铁碳化能力。在二氧化硅表面,铁碳化开始于150℃,而在硅表面,铁碳化开始于100℃。不同碳化温度的原因主要在于CO解离后氧物种的去除效率。在二氧化硅表面,CO解离的氧物种附着在铁颗粒表面,生成部分氧化铁,阻碍铁的碳化过程。直到150℃以上时,表面氧物种与CO反应生成CO2而得以移除。而在硅表面,CO解离的氧物种很容易被界面的硅载体带走生成氧化硅,而碳物种仍然附着在铁颗粒表面,从而使得碳化过程更容易进行。该研究对探索铁基模型催化剂在近费托合成反应条件下活化和失活机理,为催化剂的下一步改良,寻找更合适的载体提供了建设性的意见。

Iron Carbidization on Thin-Film Silica and Silicon: A Near-Ambient-Pressure Xray Photoelectron Spectroscopy and Scanning Tunneling Microscopy Study[J]. ACS Catalysis, 2018, 8(8):7326-7333.

裂化催化剂反应积碳失活研究

催化反应中的积碳失活行为非常普遍。以催化裂化为例,反应中催化剂失活很快且不可避免,积碳引起催化剂酸位点被覆盖以及孔道堵塞,进而引起催化剂活性降低,导致原料转化率降低和产物选择性变差。催化裂化反应的催化场所也是决定积碳生成的重要因素,催化反应初期部分大分子原料进入催化剂孔道并裂化生成低碳烯烃,这些低碳烯烃在Brönsted酸性位点上快速形成小分子活性积碳,将分子筛催化剂转变为活性有机催化体系。继续进入的原料与“活性积碳”发生作用产生轻质油类产物,因此活性积碳对轻质产品的形成必然有决定性作用。提高原料转化率和产物选择性,需要从机理出发仔细研究积碳的形成和作用规律,如催化裂化反应中积碳的物理和化学性质,积碳的形成规律及其生成路径,积碳量和原料转化率、产物选择性之间的关系等。

通过可实时监测催化裂化反应过程中积碳质量变化的循环电天平反应器,实现对连续反应过程中催化剂积碳行为和相关催化反应研究,并配合一种可以自动取样、存储并序列进样的在线气相色谱分析设备进行尾气密集分析,从而达到研究催化剂失活与反应物转化率、产物选择性的相互影响关系的目的,进而为反应机理和数学建模提供服务。

例如,循环电天平反应器精确监测在β-沸石基催化剂上多种物料催化裂化的积碳行为发现(见图1),反应初始阶段催化剂积碳生成速率最快,随反应时间增加,积碳速率迅速下降,积碳量近似达到峰值,积碳逐渐向多环芳烃的趋势移动。


  • 图1. 催化裂化反应中积碳生成速率及分子量变化


通过分析文献中的多种积碳与失活因子关联式,用本装置测取的实验数据进行参数回归,从而准确的得到适用于本原料和催化剂体系的失活函数,应用于主反应动力学模型中。



  • 图2. 积碳量与失活因子关系


  • 图3. 不同反应物裂化时的积碳含量与积碳生成速率


不同的模型化合物添加研究发现(见图3),积碳生成速率具有相似的特征,并且低碳烯烃具有很高的初始积碳生成速率,是主要的积碳生长来源。甚至环烷烃和芳烃的积碳活性也很低,并且烯烃的积碳活性比环烷烃和芳烃高2-3倍,五元环烷烃的积碳活性略高于六元环烷烃。六元环烷烃和芳烃的积碳活性几乎没有差别,两者都很低。单组分原料反应时,积碳活性遵循以下顺序:C2o > C3o > n-C8o > n-C16o > MCP > MB > MCH > n-C16p,低碳烯烃是积碳的主要初始反应物。


  • 图4. 催化裂化反应中积碳生成路径(a)路径原理简图(b)详细碳正离子机理推测


结合其他一些表征手段,我们甚至可以推测基于碳正离子的积碳生成反应路径(见图4)。积碳前驱体的形成从非常简单的低碳烯烃开始,然后经历了一系列复杂和关键的途径,直到构建了环状物质,例如图中的甲苯。随后,反复出现具有更复杂的环结构的积碳的形成,如从甲苯到二环芳烃,一个典型代表是6-乙基-1-甲基蒽(6-ethyl-1-methylanthracene),扩环过程包含了很多基元步骤:烷基化(alkylation, alk)、环化(cyclization, cyc)、去质子化(deprotonation, dep)、脱氢(hydride abstraction, Habst)、氢转移(hydride shift, Hs)、异构化(isomerization, isom)和甲基转移(methyl shift, Ms)等。另一方面,当形成第一个环状分子时,发生氢转移,使γ或δ位发生反应位点交换,即发生环化反应的双键位置改变,这将导致形成不同的三环芳烃,例如反应路径中分别生成6-乙基-1-甲基蒽(6-ethyl-1-methylanthracene)和6-异丙基-1H-萉(6-isopropyl-1H-phenalene)。这些结果可以为更为详细的机理积碳模型提供指导。

Zhao, W., Wang, J., Song, K., Xu, Z., Zhou, L., Xiang, H., ... & Li, Y. Eight-lumped kinetic model for Fischer-Tropsch wax catalytic cracking and riser reactor simulation. Fuel, 308, 122028. doi: 10.1016/j.fuel.2021.122028

某催化剂工业应用前景的经济性能评估


中科合成油技术股份有限公司与武汉大学合作,对某催化剂的工业应用前景进行经济性能评估。

对整个煤制烯烃过程进行了仿真模拟,设定工厂规模为2.87 Mt煤/年、运行时间为8000 h/年。煤制烯烃过程主要由煤气化单元、水煤气变换单元、酸性气体移除单元和费托合成单元等组成。

根据模拟结果计算了该催化剂和传统催化剂的原材料消耗量、二氧化碳排放量和产品成本。传统催化剂和该催化剂的产品成本估算分别为5594 RMB/t和4446 RMB/t,意味着产品成本降低了约20.5%。

相比于传统催化剂,新型催化剂具有更低的煤耗、碳排放和产品成本,表现出了良好的工业应用潜力。在不久的将来,随着更高效催化剂的开发和产品分离技术的进步,煤制烯烃路线将变得更加经济可行。

Y , Li X , Gao J , et al. A hydrophobic FeMn@Si catalyst increases olefins from syngas by suppressing C1 by-products[J]. Science, 371.

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