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中國煤化工研究獲里程碑式突破 煤制烯烴將告別高耗水

能源來源:時間:2016年03月04日 17:22 編輯:中商情報網

國際化工界90多年來一直沿襲、被視為不可替代的費托(F-T)過程,如今被中國科學家顛覆——他們摒棄了高水耗和高能耗的水氣變換制氫過程,創造性地直接采用煤氣化產生的合成氣,高選擇性地一步反應獲得低碳烯烴。這項技術發明也因此被業界認為是“煤轉化領域里程碑式的重大突破”。

全國人大代表、中國科學院大連化學物理研究所研究員、復旦大學教授、中國科學院院士包信和4日透露了這一最新研究成果。

據介紹,德國科學家費舍爾和托普希1923年發明了煤經合成氣生產高碳化學品和液體燃料的費托過程。該過程并不完美,除產生大量的二氧化碳以外,還要消耗大量的水,且產物選擇性差,后續處理消耗大量能量。

與費托過程不同,包信和研究團隊創制的過程采用部分還原的復合氧化物作催化劑,CO分子在催化劑氧缺陷位上吸附并解離,氣相氫分子選擇性地與解離生成的C原子反應生成亞甲基自由基,而催化劑表面CO解離生成的氧原子傾向于與另一個CO反應,形成CO2。亞甲基自由基不在催化劑表面停留或發生表面聚合反應,而是迅速進入分子篩孔道,在孔道限域環境中進行擇形偶聯反應,定向生成低碳烯烴。

“通過以CO替代H2來消除烴類形成中多余的氧原子,在反應不改變CO2總排放的情況下,摒棄了水煤氣變換反應,從原理上開創了一條低耗水進行煤轉化的新途徑。”包信和說。

同時,這一新過程通過創造性將氧化物催化劑與分子篩復合,巧妙地實現CO活化和中間體偶聯等兩種催化活性中心的有效分離,把費托過程中“漫無目的”生長的自由基控制在一個“籠子”(分子篩)里,使其變成想要的目標產物(低碳烯烴),破解了傳統催化反應中活性與選擇性此長彼消的“蹺蹺板”難題,為高效催化劑和催化反應過程的設計提供了指南。

包信和帶領的研究團隊耗時9年完成了這一研究成果,相關文章將發表在美國《科學》(Science)雜志,并申報中國發明專利和國際PCT專利。然而,更讓他感到振奮的,是這項技術發明對國家能源安全和資源環境保護帶來的巨大意義。

烯烴是重要的化工原料,高端如航天飛機,日常如生活用品,所用的塑料都是從烯烴生產而來。國內外大都采用石油生產烯烴,而對于60%以上石油需要進口、能源結構以煤為主且水資源日益短缺的中國而言,在煤制烯烴領域取得這一新突破的重要性不言而喻。

“中國的發展依賴于技術的突破。”包信和說,“我們必須走集約發展、綠色發展的道路,最根本的辦法是靠新技術更高效地利用現有資源,使其利用率更高、更環保。”

另據介紹,美國《科學》雜志同期還將刊發以“令人驚奇的選擇性”為題的專家評述文章,認為該過程未來在工業上將具有巨大的競爭力。

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