合成气直接转化制低碳烯烃获重大突破

氧化-ZEO过程

低碳烯烃，包括乙烯、丙烯和丁烯，广泛用于生产塑料和纤维。它们是重要的化工原料，是现代化学工业的基石。传统上，它们是通过石脑油裂解获得的。中国煤炭资源丰富，但油气资源贫乏，开发一种从煤、天然气和生物质等非石油碳资源中制备低碳烯烃的方法具有重要的战略意义。

合成气(一氧化碳和H2混合气体)是煤和天然气等碳资源转化和利用的重要平台。20世纪20年代，德国科学家发明了通过合成气从煤中生产液体燃料的费托法，这是目前合成气直接转化为低碳烯烃的唯一有效途径。然而，该方法的缺点是目标产物的选择性低，例如，C2-C4烃(含2-4个碳原子的烃，包括烷烃和烯烃)在烃中的选择性不超过58%。2012年，国际知名的C1化学教授德容团队通过优化费托催化剂的组成和结构取得了突破性进展。当转化率小于1.5%时，低碳烯烃的选择性达到61%，当转化率达到88%时，低碳烯烃的选择性仍高达52%。

2016年，中科院大连化学物理研究所鲍新河和潘秀连研究员团队提出了一条不同于传统费托合成工艺的新路线(OX-ZEO法)，创造性地采用了一种新型双功能纳米复合催化剂，能够催化合成气一步直接转化为低碳烯烃，选择性高达80%，C2-C4烃类选择性超过90%，远高于传统费托合成工艺中低碳烃类58%的理论上限，催化剂性能在10年内稳定该催化剂巧妙地有效分离了一氧化碳分子活化和中间碳碳耦合两个关键步骤的催化活性中心:一氧化碳和H2分子在部分还原的金属氧化物缺陷部位被吸附活化生成CH2中间体，活性CH2和一氧化碳结合形成气态中间体CH2CO，进入分子筛MSAPO酸性孔道的受限环境中进行选择性碳碳耦合反应，实现低碳烯烃的定向生成。研究表明，通过控制分子筛的孔结构和酸性，可以实现产物分子的可控调节。另一方面，通过用一氧化碳代替H2消除烃形成中过量的氧原子。在反应不改变CO2总排放量的情况下，原则上可以放弃高能耗和高耗水量的水煤气变换制氢反应，并且可以降低化学反应本身的能耗和耗水量。这为中国战略性新兴产业煤制低碳烯烃的进一步发展开辟了新的技术路线。

研究结果发表在2016年的《科学》杂志上。该杂志同时发表了对德容“惊人的选择性”的评论，认为OX-ZEO工艺在未来的工业中将具有很大的竞争力。(陈欢欢)

《中国科学日报》(第六版基金，2017年9月25日)