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水相费托工艺助煤制油绿色生产

日期:2008-02-21    来源:环球能源网  作者:环球能源网

国际新能源网

2008
02/21
14:08
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关键词: 煤制油 生产

    我国名为《使用纳米钌催化剂的水相费托反应》的论文在国际学术界受到广泛关注,不少化工巨头也对此表示出了浓厚兴趣。英国皇家化学会会刊《化学世界》更是以《清洁绿色水相费托合成》为题对该成果进行了评述,称“中国科学家首次在水介质中实现了费托合成,这是烃类燃料向绿色生产迈进的一大步”。除有机合成制备精细化学品外,这是重大工业反应过程中第一次实现水相反应。

  负责该课题的北京大学化学与分子工程学院表示,煤变油是解决石油资源枯竭的重要选择,费托合成的产物是石油的潜在替代品,其水相费托合成新方法首次做到了“绿色”化学所倡导的水相介质、低温反应、产物不被催化剂污染。
 
  费托合成是以合成气(一氧化碳和氢气为主)为原料,在催化剂作用下制备直链烃为主的液体燃料,得到的产物性能指标与石油基燃料接近。费托合成在1923年问世后,于1936年首先在德国实现工业化,但二战后因无法与中东低价石油竞争,装置停产。上世纪50年代,南非由于受到国际能源封锁,在政府的大力扶持下开始利用煤炭资源来合成油,南非沙索公司也成为国际上惟一一家采用费托反应实现煤间接液化技术工业化的企业。

  由于我国石油进口量逐年递增,加上国际油价持续走高,煤制油产业变得十分诱人。目前,国内一系列旨在用煤炭替代石油的技术攻关和示范工程建设已经开始,富煤省份都对发展煤化工表示出了强烈愿望,并纷纷与掌握清洁煤炭核心技术的外国能源巨头进行接触。令业内人士担忧的是,费托反应的原创性专利大多掌握在欧美国家手中,国外能源巨头凭借其核心技术已经深度介入到国内产业,使中国煤化工产业的发展面临巨大的技术壁垒。因此,开发原始创新的水介质费托合成新方法,为我国煤制油从源头上掌握自主技术、从知识产权层面突破欧美专利束缚提供了一种新方法,因而备受关注。

  总体看来,费托反应在过去的80年间发展并不快,催化剂的改进工作没有明显进展。欧美国家掌握的传统费托反应一般选择铁系或钴系催化剂,以活性炭、二氧化硅等为载体,在240℃~260℃的蜡介质中进行反应(沙索的低温费托反应为220℃左右),反应效率低、操作单元多,产物组成复杂、与催化剂分离相对困难。这给费托合成基础研究带来了很大空间。为此,费托合成新方法也引起了人们对催化剂概念的重新思考。

  北京大学化学与分子工程学院课题组瞄准低温、水相的研究方向,从离子液体中的费托反应入手,于2005年得到了150℃就具有活性的超长寿命纳米费托反应催化剂。之后该课题组提出了让反应在水体中进行的全新想法,并在两年后获得了成功。这一研究成果提出的全新思路,给未来费托合成的工业开发提出了新的方向。作为间接液化煤制油重大工业过程的关键技术,费托合成新技术一旦实现大规模产业化,完全可能取代现有的整个工业费托合成体系。

  该课题组提出的费托合成新方法,是在水溶性的聚乙烯基吡咯烷酮保护下,用粒径约为2纳米的钌簇金属催化剂来实现水介质费托反应的。与至少要在220℃以上才能使用的传统费托催化剂相比较,新催化剂在100℃时的催化活性提高了16倍,相当于传统催化剂在200℃时的活性;在150℃时,其活性是传统催化剂的35倍。催化剂活性的提高,使得低温费托反应成为现实。同时, 反应温度降低,降低了反应能耗,反应经济性也得到明显改善。此外,油水两相会自动分离,这样得到的液体燃料也就不会被催化剂所污染了。不过目前钌催化剂用于工业生产还显得过于昂贵,如何将铁钴镍等更便宜的催化剂用于费托合成新方法中,如何通过改变催化剂来改变产物分布,增加烯烃等高附加值产物的比例,将是下一步的目标。
 

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