近日，國家能源集團北京低碳清潔能源研究院(以下簡稱低碳院)與荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)等合作開發(fā)的基于純相χ-碳化鐵催化劑的高碳效率合成氣直接制線性α-烯烴技術(shù)取得重大突破。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然》期刊。
該研究通過純相χ-碳化鐵催化劑，實現(xiàn)煤炭、天然氣或生物質(zhì)轉(zhuǎn)化得到的合成氣直接轉(zhuǎn)化為高端化學(xué)品線性α-烯烴，可大幅提高碳效率、降低二氧化碳生成，為一步法制備高端線性α-烯烴提供了新途徑。研究成果提出“純相碳化鐵催化劑體系”新理論，并將新技術(shù)命名為“FTLAO”技術(shù)。
線性α-烯烴是合成高級聚烯烴、潤滑油、高級洗滌劑等高端化學(xué)品的關(guān)鍵核心原料。目前世界上線性α-烯烴主要采用乙烯齊聚技術(shù)制取，但該技術(shù)生產(chǎn)成本高，僅能生產(chǎn)偶數(shù)碳線性α-烯烴。我國線性α-烯烴進口依存度高，價格居高不下，嚴重制約了我國以線性α-烯烴為關(guān)鍵原料的高端化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展與更新迭代，因此開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的全新線性α-烯烴合成技術(shù)途徑對我國高端化工產(chǎn)業(yè)具有關(guān)鍵意義。
據(jù)悉，該技術(shù)首先通過煤炭在高溫下與氧氣和水蒸氣的反應(yīng)，得到合成氣作為原料，再以水煤氣變換反應(yīng)調(diào)整合成氣的成分，隨后在催化劑的作用下發(fā)生費托合成直接制線性α-烯烴反應(yīng)，得到混合線性α-烯烴，再經(jīng)過分離即可得到純化的單碳線性α-烯烴。
該技術(shù)的二氧化碳生成量比現(xiàn)有技術(shù)降低80%，碳效率提升50%以上，在相同反應(yīng)溫度下的α-烯烴產(chǎn)率為現(xiàn)有技術(shù)的100倍以上。該技術(shù)在250℃~290℃的溫和條件即可實現(xiàn)，為線性α-烯烴的大規(guī)模工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)鋪平了道路。
項目研究人員通過深入研究鐵催化劑活性相本質(zhì)，提出了有別于傳統(tǒng)氧化鐵催化劑的全新思路，原創(chuàng)了高碳效率、低二氧化碳、高活性的原創(chuàng)“純相碳化鐵催化劑體系”，在世界上首次實現(xiàn)“純相χ-碳化鐵”合成，并與北京科技大學(xué)合作以環(huán)境電鏡在世界上首次原位捕捉到“純相χ-碳化鐵”的生成全過程。“純相碳化鐵催化劑”從活性相本質(zhì)上提高了催化活性與碳效率，提供了新的全碳數(shù)線性α-烯烴合成技術(shù)路線，為未來C1化學(xué)領(lǐng)域的研究與發(fā)展開啟了新的大門。
據(jù)了解，該成果依托低碳院牽頭承擔(dān)的“十四五”國家重點研發(fā)計劃“低二氧化碳選擇性合成氣直接轉(zhuǎn)化制長鏈α-烯烴成套技術(shù)”項目，并計劃于2026年年底完成萬噸級工業(yè)示范。該項技術(shù)成果分別入選工信部、國務(wù)院國資委2023年度重點產(chǎn)品、工藝“一條龍”應(yīng)用示范方向，以及中國科協(xié)2023年“科創(chuàng)中國”先導(dǎo)技術(shù)榜單。
