何梁何利基金

高金森

        高金森，1963年9月14日出生，山东省昌邑市人，石油化工专家。1984年7月毕业于大庆石油学院化学工程专业，并留校任教。1989年7月获石油加工硕士学位。1993年3月～1997年4月在中国石油大学（北京）攻读博士学位，并获有机化工博士学位。1998年6月调入中国石油大学（北京）重质油国家重点实验室工作，其中在1999年6月～2000年6月在加拿大National Research Council做博士后，从事重质油化学结构表征及分子模拟等方面的研究。现任中国石油大学重质油国家重点实验室常务副主任，中国石油大学（北京）“化学工艺”国家重点学科建设负责人。
        高金森教授主要从事重质油加工、清洁油品生产、石油化工过程数值模拟等方面的科研工作。基于当前石油加工业对重油高效转化和清洁燃料生产的重大需求，以应用基础理论研究和高效创新技术开发为切入点，紧密跟踪相关领域的国际学术前沿，针对关键技术发展需求，提炼主要科学问题，展开较为系统深入的应用基础研究，进而以应用基础研究为支撑，实现技术创新并构筑自主知识产权，进一步将研究工作持续向下游推进，解决产业化中的工程和技术问题，最终实现成果转化，形成了应用基础研究与成果转化并重特色。
        一、计算化学工程在石油化工过程基础研究中的应用
        创新性地跨学科合作将计算流体力学方法引入石油化工过程研究。通过多年合作研究，取得大量成果，并由此提出和形成了“计算化学工程”研究方向。其中，催化裂化提升管反应器流动反应数值模拟分析为典型代表，有着重大的科学意义。
        催化裂化反应是在发生着复杂的气－液－固三相湍流流动、传热、传质的提升管反应系统中进行的，而且这些过程高度耦合在一起。从动量、热量和质量守恒定律出发，利用湍流气固两相流理论和集总动力学理论，建立了提升管反应器气液固三相三维流动反应模型。该模型充分考虑原料油液雾流动、传热和汽化等特殊过程的影响，克服了传统一维拟均相方法和忽视流动传热等工程因素的缺陷和不足，形成了相应的数值解法，并对多套工业装置进行计算研究。研究发现提升管反应器存在着一个特殊的高度，在这个高度上催化裂化过程的理想产物如汽油、柴油出现最大产率。这说明目前提升管设计大多并未达到最合理的状态，存在较严重的过裂化反应，为提升管新技术开发及优化设计提供了基础。
        该研究方向现已拓展到轻质烃类管式炉蒸汽裂解制乙烯过程、催化裂化再生器流化与再生过程及多相流动与反应过程等方面。这种基于计算流体力学方法综合过程工程中流动、传热、传质及化学反应等复杂过程之间的相互耦合影响以建立工业过程反应器数学模型的基本思路和方法，是化学反应工程学研究的前沿，创新突出，具有重要的科学意义和理论价值。
        二、催化裂化反应深度控制技术
        催化裂化是目前我国重油加工的主要手段，其加工能力已达到1.2亿吨/年。正是由于催化裂化巨大的加工能力以及在我国汽油和柴油生产过程中发挥的重大作用，且催化裂化本身复杂的化学工程特点，因而一直是研究的热点领域。
        针对上述应用基础理论研究发现的目前提升管设计存在反应参数不优化、目的产品有严重损失的问题，创新性地开发了以注入终止剂为主要工艺的催化裂化反应深度控制技术，并成功地进行了工业化应用，彻底改变了传统上仅凭经验或盲目调控裂化反应的做法。此技术在中国石化胜利油田石化工总厂60万吨/年催化裂化装置实施后取得了较好的效果：在焦炭和干气产率有所下降的情况下，轻质油收率提高1.74个百分点，年新增利税2166万元。
        三、清洁汽油生产技术
        随着环保法规的日益严格，我国石油加工业又面临一个严峻的挑战——清洁油品的生产。由于我国炼油工艺结构绝对地以催化裂化工艺为主，商品汽油中有80%以上来自催化裂化过程。而催化裂化汽油烯烃含量高达50v%～60v%，因此，中国清洁汽油生产的主战场是对催化裂化汽油的改质降烯烃。由于催化裂化汽油90左右的研究法辛烷值是依靠较高的烯烃含量维持的，如果大幅度地降低烯烃含量，势必造成汽油辛烷值的大幅度降低，使炼油企业无法承受。同时，催化裂化汽油降烯烃反应会带来汽油的损失。因此，我国清洁汽油生产技术的开发存在着三方面的难度：烯烃含量大幅度降低，维持辛烷值不变及尽可能小的汽油损失。
        针对以上三方面的难题，基于大量的石油烃类催化裂化反应机理和规律的实验研究和相关工艺工程研究，开发了催化裂化汽油辅助反应器改质降烯烃技术。其主要创新点为：
（1）为了避免汽油降烯烃反应过程对主催化裂化反应过程的影响，提出了催化裂化汽油改质降烯烃与重油催化裂化反应分开在不同的反应器中进行的“异地改质”新思路。
（2）为了实现“异地改质”新思路，研制开发了一个与催化裂化汽油降烯烃反应历程相匹配的输送床与湍动床相组合的汽油改质用反应器——新型辅助反应器，并将其耦合于现有工业催化裂化装置中，使催化裂化汽油在该辅助反应器内在优化条件下进行“异地改质”；同时，配套开发设计了一个特殊的分馏塔，单独对改质油气进行分馏。
（3）通过对催化裂化汽油降烯烃反应历程与动力学等基础理论研究，获得了催化裂化汽油降烯烃反应的优化条件，形成了成套技术并成功工业化，将催化裂化汽油的烯烃含量降低至18v%以下，满足了欧Ⅲ类排放标准。
        该技术已在中国石油抚顺石化公司150万吨/年等5套装置上成功工业化。工业应用结果表明，该技术工艺简单，易于实现，由催化裂化装置可直接生产出满足欧III标准的清洁汽油。该技术将催化裂化汽油烯烃含量由50v%左右降至18v%以下，辛烷值略有增加，改质过程的干气加焦炭损失小于装置总进料的1.0wt%，取得了良好的社会效益和经济效益，为我国环保事业做出了贡献。到2005年5月份，上述炼油企业采用该技术后，新增销售收入总计为3.47亿元，新增利润2.53亿元。高金森教授的研究成果具有系统性和完整性，实现了从应用基础理论研究到高效创新技术开发的全过程。在上述科研工作的基础上，获国家科技进步奖二等奖1项（排名第1），省部级科技进步一等奖3项（其中2项排名第1，1项排名第5），二等奖3项（均排名第2）；授权发明专利18项；发表论文160余篇，其中SCI收录50篇，EI收录75篇，ISTP收录4篇，出版专著1部（排名第2）。此外，1999年获首届中国科学技术发展基金会侯祥麟基金奖，2004年获“教育部新世纪优秀人才支持计划”，2007年获国家杰出青年自然科学基金资助。

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