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煤制烯烴將告別高耗水

來源：時間：2016-04-08

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煤氣變換制氫過程，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。