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摘要：阐述了“绿色碳科学”的基本理念及其内涵；分析了化学、能源和环境之间的关系；探讨了基于碳科学理念的增效减排。
关键词：绿色碳科学；碳资源；能源；环境；增效减排
文章编号：1005-6629(2011)10-0003-05
中图分类号：G633.8
文献标识码：B
1、自然生态平衡和文化生态平衡
绿色碳科学命题及其内涵是一个需要探讨的问题。它源自绿色化学，绿色化学的提出是上世纪的事情，被称为是人类20世纪最重要的觉醒。
1962年，美国的生物学家Rachel Carson写了一本书《silent Spring》，译为《寂静的春天》，首先提出了环境意识(environmental consciousness)。1972年，在这本书的基础上一些知识分子进一步提出了“只有一个地球”的概念。语言很简单，但是包含的意义却很深刻。地球是我们人类最应该珍视的惟一赖以生存的宝贵场所。1972年，还出版了_一本书《The Limits to Growth》，译为《增长的极限》，指出要根据地球的整体情况，合理利用资源，控制人口，使经济增长在一个合理的范围之内。我们永远不可能做到使人类各种需求得到极大程度的满足，人类的物质生活也永远不能追求极大的丰富。极大的丰富或极大的满足实际就意味着浪费。人类永远需要克制自己，节制自己的欲望。1987年，联合国环境和发展组织主席，当时挪威的首相Harlem Bruntland起草了《Our Common Future》，译为《我们共同的未来》，明确了可持续发展的概念。什么叫可持续发展?可持续发展所指的是这样一种发展，它满足当代人的需求，而同时并不损害子孙后代满足其自身需求的能力。还可以更简单的概括为八个字：勿为己欲遗祸后人。
从古以来，中华民族就强调人与自然的和谐与统一。《易经》里有：三才一贯天人合一。很多古代哲学家也都表达了人与自然要和谐的观点，《中庸》认为自然生态平衡与文化生态平衡是可以达到和谐统一的，《中庸》三十章中载有“仲尼祖述尧舜，宪章文武，上律天时，下袭水土，辟如天地之无不持载，无不畴覆；辟如四时之错行，日月之代明。万物并育而不相害，道并行而不相悖。”西周末年周太史史伯说“和实生物同则不继”。两千多年以前，中国人的观点就是这样的，在和谐的环境下，万物可以并育，不同的观念可以并存，如果追求完全同一的话，就没有可持续发展了。所以，孔子也说：“君子和而不同，小人同而不和；天下同归而殊途，百虑而一致。”我国著名旅加学者李朝军教授在有关绿色化学的演讲中，曾借用图1描绘了东西方自然观的不同。
目前，各国对能源的需求都在不断增长，根据国际能源署2009年11月10日发布的《世界能源展望2009》预测，到2030年，世界一次能源需求的总增长量中，有39％来自于中国；而中国在世界一次能源需求中的比重，也将从2007年的16％增加到23％。在此期间，中国对煤炭消费的增长份额更将占到全世界煤炭消费总增长量的65％，如图3所示。
我国能源资源与消费结构，绝大多数是煤炭、石油和天然气，而水电、核电、风电只占很小一部允如图5所示。“富煤少油”是我国化石能源资源的结构特征，煤炭在相当长时期内仍将在我国能源消费结构中占50％以上的比例。目前石油的缺口接近60％。
3、碳资源和绿色碳科学
碳资源为什么那么重要?碳原子其实很简单，总共两个电子层，六个电子，碳原子的三个2p轨道中填充了两个电子，可以进行sp3、sp2、sp杂化，正因为如此，碳原子的成键方式比较多。石油、天然气、煤这些化学能源中的碳原子之所以成为能源，主要依靠一个化学反应，即碳原子氧化变成二氧化碳而放出热量，热量可供人类应用，所以碳也可以看作是能量的载体。
碳从呢儿来?实际碳只有很少一部分来自地壳，生物体中碳的来源与光合作用密切相关，没有大气中的二氧化碳就没有生命。生物体和碳是密不可分的，大量古生物在地壳中受到温度、压力等的影响，经过长久的变化形成煤、石油或天然气。从碳资源形成到碳资源加工；从能源的利用到利用之后的排放，然后再通过光合作用把碳固定而转化，这就构成了良性的循环。对这个全过程的研究，可以形成一门新科学一一“碳科学”。为什么叫“碳科学”而不叫“碳化学”呢?这是因为这个研究领域还涉及到生命，涉及到化石能源的过程工程，而“碳化学”不足以包括所有的内容。
绿色碳科学是化石能源增效减排的科学基础。今天的报告将着重于这样一些要点：碳科学与能源资源转化的分子基础；碳的断键平台一一烃分子到运输燃料；碳的成键平台一一合成气到烃醇烯酯；碳的活化平台一一CH30H的低碳合成；碳的化学循环——C02的循环与固定。
现在，到处都在喊叫“低碳”，更激进的提法是“非碳”或“无碳”。实际上喊“无碳”者几乎就近于无知。碳对人类的贡献是毋庸赘言的。即便是二氧化碳，也绝对不是罪大恶极者，它是生命的必需。碳通过在自然界中构成的循环长久以来保持一个相当良好的平衡。我在多种场合的报告中讲到，地球亿万年所形成的这点石油资源，人类都干了什么呢，人类100年左右就把它烧光。这样还怎么能保持自然循环的平衡呢?所以近百年来二氧化碳越积越多。要怪罪的不是碳资源，也不是二氧化碳，而是人类自身的行为。人类要为自己行为负责的同时还必须亡羊补牢。所以，化学家要发展碳的化学循环，通过碳的化学循环把二氧化碳固定下来，然后将其转化为我们所需要的产品，使碳以能源或产品的形式来为我们服务。
我们可以试着把“碳科学”作如下定义：含碳物质能源利用时从碳资源加工、碳能源利用、碳固定、到碳循环全过程所涉及的碳化学键演变规律及其基于碳原子经济性的优化。这里的碳原子经济性是指化石能源增效减排时的原子经济性。
我们还可以赋予“碳科学”以内涵并明确碳原子经济性的概念，“碳科学”的内涵包括以下要素：以碳原子化学键演变为基础的能源化学；以碳原子经济性衡量其能源与化工利用；以碳化学循环尽可能弥补碳自然界循环； 使碳氧化反应(C→C02)尽可能发生于能源使用过程而非能源加工过程。
碳原子经济性的概念涉及以下几个方面：(1)碳原子经济性指标一一碳原子效率；(2)以催化反应代替化学计量反应；(3)以最少的反应步骤制取目标产物；(4)以最高的反应选择性完成目标反应；(5)使碳氧化反应(C→C02)发生于能源使用而非能源化工自身；(6)能源化工过程CO2，的回收率。
4、碳科学的增效减排
4.1 化石能源增效减排技术方向
从技术层面看，化石能源增效减排技术方向是这样描述的：化石能源利用主要是基于碳氧化为二氧化碳(也包括氢氧化为水)的化学放热反应，即碳资源加工、能源利用、碳固定和循环的全过程，碳在其中的作用是一种能量载体。因此，化石能源的增效减排实质上是低碳循环和固碳利用问题。
希望以化学循环来补充自然界循环，且这个循环是要低碳的。其中，一个难点是低碳问题，另一难题则是固碳。将涉及到：石油炼制和石油化工过程的低碳化；煤化工之“逢煤必化”与低碳过程；天然气的直接转化利用与低碳产品；CO2制合成气的循环利用和固碳利用。
以碳科学的理念观察化石能源的一些加工过程，常常会发现一些不尽合理的问题。我们需要大量的乙烯作为化工资源。乙烯则来自长碳链的烃分子的裂解，涉及到的工艺过程很复杂，每断裂一次碳碳键都有焦炭生成，都要耗费资源。为什么不能由C1出发生产乙烯呢?譬如从甲烷生产乙烯，或者从经由一氧化碳和氢，再合成甲醇，甲醇经过MTO过程(MTO为英文Methanol to Olefins的缩写，即由甲醇制备烯烃，是指以煤或天然气合成的甲醇为原料，借助类似催化裂化装置的流化床反应过程，生产低碳烯烃的化工技术)，后者比较合理，因为将来不可能提供大量长链石油烃作为制乙烯的原料。
4.2 基于碳科学的增效减排科学问题
基于碳科学的增效减排科学问题是，基于石油、煤炭和天然气等化石能源利用及其碳化学键演变的个性和共性，针对典型碳资源转化为能源的过程，以碳科学的理念探讨每一过程可期望的科学和技术的发展。
基于碳科学探讨增效减排科学问题，包括：优化C-C键断裂为基础的制取运输燃料过程碳原子经济性；控制C-C键形成和增长为基础制取油品和化学品低碳过程；研究甲烷碳氢键或CO2碳氧键活化制甲醇的碳原子经济性；探索CO2，碳氧键活化为基础的有效转化以完成碳化学循环。
4.3
化石能源增效减排的碳科学基础
4.3.1
催化裂化技术
现代炼油中催化裂化是主要技术之一，从碳原子经济性来看许多问题有待解决：改善重油转化并抑制生焦；发展降低操作苛刻度与转化深度的柴油模式；优化产品碳氢分布；碳资源循环利用。
以上4个问题中对第一个问题已作出了多年的努力，其他几个问题则还有待努力。总的来说要探讨这样几个问题：减少FCC(即流化催化裂化)过程中各种类型生焦；柴油模式FCC新过程与新催化剂；FCC过程碳的循环利用。
因为原油是大分子，要把它变成汽油和柴油，就要把其中的碳碳键断裂，主要的工艺技术之一就是催化裂化。早期曾用热裂化，现在则普遍用分子筛催化剂进行催化裂化，催化裂化装置如图7所示。物料在表面跟催化剂接触，然后往上走，一边走一边反应，到上面把催化剂和反应物、产物分开，然后再经过分馏塔把汽油和柴油分出来。使用过的催化剂回到再生器里面把炭烧成二氧化碳，这样能源加工过程就排出了二氧化碳。烧焦以后的再生催化剂可以循环利用，这个循环过程中质量是平衡的，动量也是平衡的，当然要通过空气补充动能。循环过程中热量也是平衡的，烧炭以后焦炭转化成二氧化碳，释放能量，形成高温。裂化反应需要吸热，高温可以用来作为裂化的反应热。可想而知，提升管中温度下面高，上面低，热的因素和催化剂的因素对提升管中反应的影响是有竞争的。
催化裂化过程会产生生焦，生焦的类型可分为：催化焦——来自催化裂化反应包括单分子反应过程和双分子反应过程；热裂化焦——来自过程中热裂化反应；污染焦——来自污染金属及其活性导致的反应；进料焦——来自原料康氏残碳；剂油比焦——汽提后残留烃进入再生器生焦。
4.3.2 基于正碳离子单分子双分子反应
碳碳键的断裂过程也包含了碳氢键的形成，这就是双分子反应。通过工艺技术和催化剂的设计可以使正碳离子催化反应占据上风，这样就可以使热裂化因素受到抑制，同时降低焦炭的生成。
按碳原子经济性分析，产品的合理构成应该要求将传统的汽油模式改革为柴油模式。生产柴油本身会带来很多好处：减少碳碳键断裂反应，降低转化(裂化)深度，在降低反应能耗的基础上提高LCO(柴油组分)选择性(柴油是C16左右，汽油是C8左右，如果断链断到柴油为止，就可以减少碳碳键的断裂和加工工程中碳资源的耗费)；减少焦炭以降低碳耗；减少芳构化反应以提高油品质量。
不难判断，对柴油的需求将不断增长。对于催化裂化技术来说面临的难点是十六烷值问题，要使柴油中的芳烃(芳烃十六烷值比较低)含量降低，尤其需要控制双分子反应。
催化裂化过程中也有碳循环利用问题，催化裂化有生焦就要烧炭，烧炭以后催化剂可能再生。焦炭的利用在于使其变成一氧化碳和氢，而烧焦再生是变成二氧化碳，发生的化学反应是不一样的。化学家面临的问题就是，要使烧焦再生的过程变成一个合成气发生的过程，那么就需要研究里面的反应，其中有一个很重要的反应，就是CC＋CO2→2CO。—方面要使烧焦生成一氧化碳和氢，同时还必须考虑反应再生系统热平衡的维持，最后使催化裂化烧焦再生装置变成合成气发生器，其中必然涉及到催化剂多功能化，也要涉及到新反应工程。
从合成气到烃、醇、烯、酯这样一系列产品，其中有两个要点，一个是过程的低碳化，一个是努力合成低碳产品(按产品的碳含量而言)。合成气本身就是低碳的，制取低碳产品比较合理。所以，就煤加工来看的话，可以制合成气，要尽量把煤和煤化工结合起来，制合成油不是首选。
在合成油中，合成烃类低碳过程可以从催化剂出发，也可以通过反应工艺来达到低碳目的。这里面也包括了一系列的科学问题，通过碳科学的研究可以促进技术的创新。
4.3.3 CH30H的低碳合成
化石能源增效减排在碳科学基础讨论中的第三个问题是CH30H的低碳合成。1999年诺贝尔奖得主GeorgeOOlah提出甲醇是解决CO2可能的终极方案。甲醇作为平台可以加工很多产品，制甲醇可不可以用CO242230H＋H2O，2CH4 O2→2CH3OH，且反应是可以走通的，但是工业化的距离很远。
甲醇的低碳合成尤其是从二氧化碳或甲烷合成甲醇有很多挑战性的科学问题，里面包含很多科技创新。
4.3.4
碳的化学循环
化石能源增效减排的碳科学基础要讨论的第四个问题是碳的化学循环，二氧化碳总是要产生的，是不可避免的。产生出来怎么固定?固定以后怎样转化来促使它循环使二氧化碳从废变成宝?二氧化碳中碳呈现Lewis酸的性质(亲电子中心)，氧近似Lewis碱(亲核中心)，这样的结构，给固定和转化带来什么影响?除了电化学之外，还可利用太阳能、核能的耦合，等等。无论是活化、转化还是固定，都包括一系列科学问题。
5、碳科学的基本理念
碳科学的理念能否成立，取决于能否给我们带来一些新的启发，是否能够对我们发现新的课题和形成新的思想起到促进的作用，若能够起到这些作用，则“碳科学”的理念就应该能站得住了。
石油、煤炭和天然气等化石能源利用及其碳化学键演变具有其共性也有个性，既包括碳碳键和碳氢键的断裂和形成，也包括碳氧键的断裂和形成；碳资源转化过程中，甲烷和二氧化碳的活化和转化利用值得高度关注，既涉及含碳资源的低碳转化和有效利用，又涉及以化学循环来补充自然界循环；期望以“碳科学”理念把握其碳化学键演变规律并实现基于碳原子经济性的优化，区分能源加工过程和能源利用过程，通过典型过程来引导相关领域科学和技术的发展。
6、结语
“绿色化学”中的“绿色”的称谓应源于大自然生意盎然的草木的青翠。1000多年以前，苏轼讲“天涯何处无芳草”，那时生态环境肯定远远比现在好。100年以前李叔同，即弘一法师，他在歌词中说“芳草碧连天”，也许可说明直到100多年以前环境变化还不大，变化最大的是近100年。如果我们人类不克制自己并约束自己的行为，整个星球的生态环境将是不可持续的。再经过若干年以后可能会是这样一个局面：天涯何处觅芳草?没有生命，一切都会毁灭。
参考文献：
[11]何鸣元 著，石油炼制和基本有机化学品合成的绿色化学[M]，北京：中国石化出版社，2006，
关键词：绿色碳科学；碳资源；能源；环境；增效减排
文章编号：1005-6629(2011)10-0003-05
中图分类号：G633.8
文献标识码：B
1、自然生态平衡和文化生态平衡
绿色碳科学命题及其内涵是一个需要探讨的问题。它源自绿色化学，绿色化学的提出是上世纪的事情，被称为是人类20世纪最重要的觉醒。
1962年，美国的生物学家Rachel Carson写了一本书《silent Spring》，译为《寂静的春天》，首先提出了环境意识(environmental consciousness)。1972年，在这本书的基础上一些知识分子进一步提出了“只有一个地球”的概念。语言很简单，但是包含的意义却很深刻。地球是我们人类最应该珍视的惟一赖以生存的宝贵场所。1972年，还出版了_一本书《The Limits to Growth》，译为《增长的极限》，指出要根据地球的整体情况，合理利用资源，控制人口，使经济增长在一个合理的范围之内。我们永远不可能做到使人类各种需求得到极大程度的满足，人类的物质生活也永远不能追求极大的丰富。极大的丰富或极大的满足实际就意味着浪费。人类永远需要克制自己，节制自己的欲望。1987年，联合国环境和发展组织主席，当时挪威的首相Harlem Bruntland起草了《Our Common Future》，译为《我们共同的未来》，明确了可持续发展的概念。什么叫可持续发展?可持续发展所指的是这样一种发展，它满足当代人的需求，而同时并不损害子孙后代满足其自身需求的能力。还可以更简单的概括为八个字：勿为己欲遗祸后人。
从古以来，中华民族就强调人与自然的和谐与统一。《易经》里有：三才一贯天人合一。很多古代哲学家也都表达了人与自然要和谐的观点，《中庸》认为自然生态平衡与文化生态平衡是可以达到和谐统一的，《中庸》三十章中载有“仲尼祖述尧舜，宪章文武，上律天时，下袭水土，辟如天地之无不持载，无不畴覆；辟如四时之错行，日月之代明。万物并育而不相害，道并行而不相悖。”西周末年周太史史伯说“和实生物同则不继”。两千多年以前，中国人的观点就是这样的，在和谐的环境下，万物可以并育，不同的观念可以并存，如果追求完全同一的话，就没有可持续发展了。所以，孔子也说：“君子和而不同，小人同而不和；天下同归而殊途，百虑而一致。”我国著名旅加学者李朝军教授在有关绿色化学的演讲中，曾借用图1描绘了东西方自然观的不同。
目前，各国对能源的需求都在不断增长，根据国际能源署2009年11月10日发布的《世界能源展望2009》预测，到2030年，世界一次能源需求的总增长量中，有39％来自于中国；而中国在世界一次能源需求中的比重，也将从2007年的16％增加到23％。在此期间，中国对煤炭消费的增长份额更将占到全世界煤炭消费总增长量的65％，如图3所示。
我国能源资源与消费结构，绝大多数是煤炭、石油和天然气，而水电、核电、风电只占很小一部允如图5所示。“富煤少油”是我国化石能源资源的结构特征，煤炭在相当长时期内仍将在我国能源消费结构中占50％以上的比例。目前石油的缺口接近60％。
3、碳资源和绿色碳科学
碳资源为什么那么重要?碳原子其实很简单，总共两个电子层，六个电子，碳原子的三个2p轨道中填充了两个电子，可以进行sp3、sp2、sp杂化，正因为如此，碳原子的成键方式比较多。石油、天然气、煤这些化学能源中的碳原子之所以成为能源，主要依靠一个化学反应，即碳原子氧化变成二氧化碳而放出热量，热量可供人类应用，所以碳也可以看作是能量的载体。
碳从呢儿来?实际碳只有很少一部分来自地壳，生物体中碳的来源与光合作用密切相关，没有大气中的二氧化碳就没有生命。生物体和碳是密不可分的，大量古生物在地壳中受到温度、压力等的影响，经过长久的变化形成煤、石油或天然气。从碳资源形成到碳资源加工；从能源的利用到利用之后的排放，然后再通过光合作用把碳固定而转化，这就构成了良性的循环。对这个全过程的研究，可以形成一门新科学一一“碳科学”。为什么叫“碳科学”而不叫“碳化学”呢?这是因为这个研究领域还涉及到生命，涉及到化石能源的过程工程，而“碳化学”不足以包括所有的内容。
绿色碳科学是化石能源增效减排的科学基础。今天的报告将着重于这样一些要点：碳科学与能源资源转化的分子基础；碳的断键平台一一烃分子到运输燃料；碳的成键平台一一合成气到烃醇烯酯；碳的活化平台一一CH30H的低碳合成；碳的化学循环——C02的循环与固定。
现在，到处都在喊叫“低碳”，更激进的提法是“非碳”或“无碳”。实际上喊“无碳”者几乎就近于无知。碳对人类的贡献是毋庸赘言的。即便是二氧化碳，也绝对不是罪大恶极者，它是生命的必需。碳通过在自然界中构成的循环长久以来保持一个相当良好的平衡。我在多种场合的报告中讲到，地球亿万年所形成的这点石油资源，人类都干了什么呢，人类100年左右就把它烧光。这样还怎么能保持自然循环的平衡呢?所以近百年来二氧化碳越积越多。要怪罪的不是碳资源，也不是二氧化碳，而是人类自身的行为。人类要为自己行为负责的同时还必须亡羊补牢。所以，化学家要发展碳的化学循环，通过碳的化学循环把二氧化碳固定下来，然后将其转化为我们所需要的产品，使碳以能源或产品的形式来为我们服务。
我们可以试着把“碳科学”作如下定义：含碳物质能源利用时从碳资源加工、碳能源利用、碳固定、到碳循环全过程所涉及的碳化学键演变规律及其基于碳原子经济性的优化。这里的碳原子经济性是指化石能源增效减排时的原子经济性。
我们还可以赋予“碳科学”以内涵并明确碳原子经济性的概念，“碳科学”的内涵包括以下要素：以碳原子化学键演变为基础的能源化学；以碳原子经济性衡量其能源与化工利用；以碳化学循环尽可能弥补碳自然界循环； 使碳氧化反应(C→C02)尽可能发生于能源使用过程而非能源加工过程。
碳原子经济性的概念涉及以下几个方面：(1)碳原子经济性指标一一碳原子效率；(2)以催化反应代替化学计量反应；(3)以最少的反应步骤制取目标产物；(4)以最高的反应选择性完成目标反应；(5)使碳氧化反应(C→C02)发生于能源使用而非能源化工自身；(6)能源化工过程CO2，的回收率。
4、碳科学的增效减排
4.1 化石能源增效减排技术方向
从技术层面看，化石能源增效减排技术方向是这样描述的：化石能源利用主要是基于碳氧化为二氧化碳(也包括氢氧化为水)的化学放热反应，即碳资源加工、能源利用、碳固定和循环的全过程，碳在其中的作用是一种能量载体。因此，化石能源的增效减排实质上是低碳循环和固碳利用问题。
希望以化学循环来补充自然界循环，且这个循环是要低碳的。其中，一个难点是低碳问题，另一难题则是固碳。将涉及到：石油炼制和石油化工过程的低碳化；煤化工之“逢煤必化”与低碳过程；天然气的直接转化利用与低碳产品；CO2制合成气的循环利用和固碳利用。
以碳科学的理念观察化石能源的一些加工过程，常常会发现一些不尽合理的问题。我们需要大量的乙烯作为化工资源。乙烯则来自长碳链的烃分子的裂解，涉及到的工艺过程很复杂，每断裂一次碳碳键都有焦炭生成，都要耗费资源。为什么不能由C1出发生产乙烯呢?譬如从甲烷生产乙烯，或者从经由一氧化碳和氢，再合成甲醇，甲醇经过MTO过程(MTO为英文Methanol to Olefins的缩写，即由甲醇制备烯烃，是指以煤或天然气合成的甲醇为原料，借助类似催化裂化装置的流化床反应过程，生产低碳烯烃的化工技术)，后者比较合理，因为将来不可能提供大量长链石油烃作为制乙烯的原料。
4.2 基于碳科学的增效减排科学问题
基于碳科学的增效减排科学问题是，基于石油、煤炭和天然气等化石能源利用及其碳化学键演变的个性和共性，针对典型碳资源转化为能源的过程，以碳科学的理念探讨每一过程可期望的科学和技术的发展。
基于碳科学探讨增效减排科学问题，包括：优化C-C键断裂为基础的制取运输燃料过程碳原子经济性；控制C-C键形成和增长为基础制取油品和化学品低碳过程；研究甲烷碳氢键或CO2碳氧键活化制甲醇的碳原子经济性；探索CO2，碳氧键活化为基础的有效转化以完成碳化学循环。
4.3
化石能源增效减排的碳科学基础
4.3.1
催化裂化技术
现代炼油中催化裂化是主要技术之一，从碳原子经济性来看许多问题有待解决：改善重油转化并抑制生焦；发展降低操作苛刻度与转化深度的柴油模式；优化产品碳氢分布；碳资源循环利用。
以上4个问题中对第一个问题已作出了多年的努力，其他几个问题则还有待努力。总的来说要探讨这样几个问题：减少FCC(即流化催化裂化)过程中各种类型生焦；柴油模式FCC新过程与新催化剂；FCC过程碳的循环利用。
因为原油是大分子，要把它变成汽油和柴油，就要把其中的碳碳键断裂，主要的工艺技术之一就是催化裂化。早期曾用热裂化，现在则普遍用分子筛催化剂进行催化裂化，催化裂化装置如图7所示。物料在表面跟催化剂接触，然后往上走，一边走一边反应，到上面把催化剂和反应物、产物分开，然后再经过分馏塔把汽油和柴油分出来。使用过的催化剂回到再生器里面把炭烧成二氧化碳，这样能源加工过程就排出了二氧化碳。烧焦以后的再生催化剂可以循环利用，这个循环过程中质量是平衡的，动量也是平衡的，当然要通过空气补充动能。循环过程中热量也是平衡的，烧炭以后焦炭转化成二氧化碳，释放能量，形成高温。裂化反应需要吸热，高温可以用来作为裂化的反应热。可想而知，提升管中温度下面高，上面低，热的因素和催化剂的因素对提升管中反应的影响是有竞争的。
催化裂化过程会产生生焦，生焦的类型可分为：催化焦——来自催化裂化反应包括单分子反应过程和双分子反应过程；热裂化焦——来自过程中热裂化反应；污染焦——来自污染金属及其活性导致的反应；进料焦——来自原料康氏残碳；剂油比焦——汽提后残留烃进入再生器生焦。
4.3.2 基于正碳离子单分子双分子反应
碳碳键的断裂过程也包含了碳氢键的形成，这就是双分子反应。通过工艺技术和催化剂的设计可以使正碳离子催化反应占据上风，这样就可以使热裂化因素受到抑制，同时降低焦炭的生成。
按碳原子经济性分析，产品的合理构成应该要求将传统的汽油模式改革为柴油模式。生产柴油本身会带来很多好处：减少碳碳键断裂反应，降低转化(裂化)深度，在降低反应能耗的基础上提高LCO(柴油组分)选择性(柴油是C16左右，汽油是C8左右，如果断链断到柴油为止，就可以减少碳碳键的断裂和加工工程中碳资源的耗费)；减少焦炭以降低碳耗；减少芳构化反应以提高油品质量。
不难判断，对柴油的需求将不断增长。对于催化裂化技术来说面临的难点是十六烷值问题，要使柴油中的芳烃(芳烃十六烷值比较低)含量降低，尤其需要控制双分子反应。
催化裂化过程中也有碳循环利用问题，催化裂化有生焦就要烧炭，烧炭以后催化剂可能再生。焦炭的利用在于使其变成一氧化碳和氢，而烧焦再生是变成二氧化碳，发生的化学反应是不一样的。化学家面临的问题就是，要使烧焦再生的过程变成一个合成气发生的过程，那么就需要研究里面的反应，其中有一个很重要的反应，就是CC＋CO2→2CO。—方面要使烧焦生成一氧化碳和氢，同时还必须考虑反应再生系统热平衡的维持，最后使催化裂化烧焦再生装置变成合成气发生器，其中必然涉及到催化剂多功能化，也要涉及到新反应工程。
从合成气到烃、醇、烯、酯这样一系列产品，其中有两个要点，一个是过程的低碳化，一个是努力合成低碳产品(按产品的碳含量而言)。合成气本身就是低碳的，制取低碳产品比较合理。所以，就煤加工来看的话，可以制合成气，要尽量把煤和煤化工结合起来，制合成油不是首选。
在合成油中，合成烃类低碳过程可以从催化剂出发，也可以通过反应工艺来达到低碳目的。这里面也包括了一系列的科学问题，通过碳科学的研究可以促进技术的创新。
4.3.3 CH30H的低碳合成
化石能源增效减排在碳科学基础讨论中的第三个问题是CH30H的低碳合成。1999年诺贝尔奖得主GeorgeOOlah提出甲醇是解决CO2可能的终极方案。甲醇作为平台可以加工很多产品，制甲醇可不可以用CO242230H＋H2O，2CH4 O2→2CH3OH，且反应是可以走通的，但是工业化的距离很远。
甲醇的低碳合成尤其是从二氧化碳或甲烷合成甲醇有很多挑战性的科学问题，里面包含很多科技创新。
4.3.4
碳的化学循环
化石能源增效减排的碳科学基础要讨论的第四个问题是碳的化学循环，二氧化碳总是要产生的，是不可避免的。产生出来怎么固定?固定以后怎样转化来促使它循环使二氧化碳从废变成宝?二氧化碳中碳呈现Lewis酸的性质(亲电子中心)，氧近似Lewis碱(亲核中心)，这样的结构，给固定和转化带来什么影响?除了电化学之外，还可利用太阳能、核能的耦合，等等。无论是活化、转化还是固定，都包括一系列科学问题。
5、碳科学的基本理念
碳科学的理念能否成立，取决于能否给我们带来一些新的启发，是否能够对我们发现新的课题和形成新的思想起到促进的作用，若能够起到这些作用，则“碳科学”的理念就应该能站得住了。
石油、煤炭和天然气等化石能源利用及其碳化学键演变具有其共性也有个性，既包括碳碳键和碳氢键的断裂和形成，也包括碳氧键的断裂和形成；碳资源转化过程中，甲烷和二氧化碳的活化和转化利用值得高度关注，既涉及含碳资源的低碳转化和有效利用，又涉及以化学循环来补充自然界循环；期望以“碳科学”理念把握其碳化学键演变规律并实现基于碳原子经济性的优化，区分能源加工过程和能源利用过程，通过典型过程来引导相关领域科学和技术的发展。
6、结语
“绿色化学”中的“绿色”的称谓应源于大自然生意盎然的草木的青翠。1000多年以前，苏轼讲“天涯何处无芳草”，那时生态环境肯定远远比现在好。100年以前李叔同，即弘一法师，他在歌词中说“芳草碧连天”，也许可说明直到100多年以前环境变化还不大，变化最大的是近100年。如果我们人类不克制自己并约束自己的行为，整个星球的生态环境将是不可持续的。再经过若干年以后可能会是这样一个局面：天涯何处觅芳草?没有生命，一切都会毁灭。
参考文献：
[11]何鸣元 著，石油炼制和基本有机化学品合成的绿色化学[M]，北京：中国石化出版社，2006，