一、技术背景
低碳烯烃(C2-C4)是石油和化学工业中最重要的基本原料,其不仅是高分子合成中的重要单体,也是合成树脂、合成橡胶,塑料和合成纤维的最主要原料。低碳烯烃的商业化生产主要基于石油裂解过程。由于我国一直以来是富煤、贫油的能源格局,石油资源相对匮乏,对进口的依赖不断提高。而低碳烯烃下游需求广泛,市场对低碳烯烃的需求快速的增长。因此,结合我国的能源现状,如果由合成气(经煤炭气化得到)生产低碳烯烃,将具有重大的经济价值和战略意义。
由合成气生产低碳烯烃的技术路线主要可分为间接路线和直接合成路线。所有的间接转化路线(F-T合成油的裂解、MTO、DMTO及MTP)包含了多个步骤的过程,进而增加了设备投资及能源消耗。而与间接转化路线相比,由合成气经费托合成路线直接转化制低碳烯烃的过程是一个很有前景的发展方向。
目前,合成气直接制低碳烯烃国内外均没有工业化实例,主要困难在于调控费托合成定向生成低碳烯烃的催化剂未能开发成功。
二、技术介绍
研究内容
本研究创新性的设计了一种具有新型反转结构(promoter-on-iron)的M/FexOy(M为助剂金属)催化剂。与传统催化体系中活性金属通常分散在载体表面不同,本项目中的催化剂以活性金属氧化物(FexOy)本身作为载体,将助剂纳米粒子负载在FexOy无孔微球的表面。这种特殊结构的催化剂避免了传统催化剂中多孔结构的扩散影响,同时形成了金属-助剂-活性相的清晰界面。此种反转式催化剂结构及其制备方法目前已经提交PCT专利申请(PCT/CN2015/079467),同时前期研究基础已在国际著名催化期刊发表(ACS Catal., 2015, 5, 3905.)。
本项目将结合多种原位表征手段研究催化剂表面共存的多种活性相(如χ-Fe2.5C、θ-Fe3C等)的原子局域结构,以及研究铁基催化剂中活性相及其界面的本质作用机制,从而为调控费托合成产物分布提供理论指导。同时,采用不同反应器,如流化床反应器,进一步提高低碳烯烃的选择性,并使催化剂的反应性能达到工业应用要求。
本项目拟开展的主要研究如下:
1)研究活性相及其界面的本质作用机制,开发高性能催化剂。
2)利用固定流化床进一步提高低碳烯烃选择性。
3)开展100ml以上催化剂装量的小试研究。
三、项目合作
研究目标
1)合成具有反转式结构的费托合成直接制低碳烯烃铁基催化剂,实现费托合成高效合成低碳烯烃。在553K-613K,1-3MPa的反应条件下实现CO单程转化率大于40%,低碳烯烃选择性大于60%,甲烷选择性低于15%。催化剂稳定性达到工业应用要求。
2)明确铁基催化剂中不同碳化铁活性相在费托合成反应中对反应活性、稳定性以及产物(低碳烯烃)选择性的调控机制,研究活性相及其表界面效应对低碳烯烃生成的影响规律。
3)完成100ml以上催化剂装量中试工作,为工程放大做好准备工作。
合作方式
拟采取联合开发的合作方式。本项目拟进行12-20个月。
费用概算
1)初步概算本项目需要经费200-300万元,包括实验设备费用约100万,材料费70-100,测试分析费约20-30万,学生劳务费约25万。
2)支付方式:与学校签订联合研发合同,经费分阶段汇入学校指定账户。
各方权益
根据以往经验及学校要求,合作研究一般学校占40%权益。