合成氣直接轉化製低碳烯烴獲重大突破
2017-09-25 18:18 來源:中國科學報 編輯:必威88官方网站


 低碳烯烴包括乙烯、丙烯、丁烯,被廣泛用於(yu) 生產(chan) 塑料、纖維等,是重要的化工原料,也是現代化學工業(ye) 的基石,傳(chuan) 統上是通過石腦油裂解獲得。由於(yu) 我國富煤貧油少氣,因此開發從(cong) 煤、天然氣、生物質等非石油的碳資源製備低碳烯烴的方法具有重要的戰略意義(yi) 。


 合成氣(CO和H2混合氣體(ti) )是煤、天然氣等碳資源轉化利用的重要平台。上世紀二十年代,德國科學家發明了煤經合成氣生產(chan) 液體(ti) 燃料的費托過程,是目前唯一有效的合成氣直接轉化製低碳烯烴的路徑。然而,該方法的缺陷是目標產(chan) 物的選擇性低,比如C2-C4烴(含2個(ge) 到4個(ge) 碳原子數的烴類,包括烷烴和烯烴)在烴類中的選擇性不超過58%。2012年,Cl化學領域的國際知名教授de Jong團隊通過對費托催化劑的組成和結構進行優(you) 化,取得了突破性進展,當轉化率為(wei) 小於(yu) 1.5% 時,低碳烯烴選擇性達到了61%,轉化率達到88% 時,低碳烯烴的選擇性仍高達52%。


  2016年,中國科學院大連化學物理研究所研究員包信和和潘秀蓮領導的團隊提出了不同於(yu) 傳(chuan) 統費托過程的新路線(OX-ZEO過程),創造性地采用一種新型的雙功能納米複合催化劑,可催化合成氣直接轉化一步獲得低碳烯烴,選擇性高達80%,且C2-C4烴類選擇性超過90%,遠高於(yu) 傳(chuan) 統費托過程低碳烴的選擇性理論極限58%,而且在1 10小時的測試中催化劑性能穩定。該催化劑巧妙地使CO分子的活化和中間體(ti) C-C偶聯兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵步驟的催化活性中心有效分離:其中CO和 H2 分子在部分還原的金屬氧化物缺陷位上吸附活化,生成C H2中間體(ti) ,活潑的C H2與(yu) CO結合成氣相中間體(ti) C H2CO,進入分子篩MSAPO酸性孔道的限域環境中進行擇型C-C偶聯反應,從(cong) 而實現定向生成低碳烯烴。研究表明,通過對分子篩孔道結構和酸性質的調控,可以實現產(chan) 物分子的可控調變。另一方麵,通過CO替代 H2來消除烴類形成中多餘(yu) 的氧原子,在反應不改變C總排放的情況下,原理上可以摒棄高耗能和高耗水的水煤氣變換製氫反應,降低化學反應本身的能耗和水耗。這為(wei) 進一步發展我國煤轉化製低碳烯烴戰略新興(xing) 產(chan) 業(ye) 開辟了一條新的技術路線。


 該研究成果於(yu) 2016年發表在《科學》上,該雜誌同期刊發了de Jong以《令人驚奇的選擇性》為(wei) 題的評述文章,認為(wei) OX-ZEO過程未來在工業(ye) 上將具有巨大的競爭(zheng) 力。 


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