Достигнут значительный прорыв в исследованиях по прямому производству олефинов из синтез-газа

Thread Content

В исследованиях по прямому получению олефинов из синтез-газа достигнут важный прорыв Автор/Источник: Дата: 08.10.2016 Количество просмотров: 43 6 октября журнал «Nature» опубликовал важные результаты: совместная исследовательская группа Шанхайского института перспективных исследований Китайской академии наук и Шанхайского университета науки и технологий добилась значительного прогресса в области прямого получения олефинов из синтез-газа. Руководителем проекта является исследователь Чжун Ляншу, в работе над проектом также принимали участие Шанхайский университет, Восточно-китайский педагогический университет, Институт физики Китайской академии наук и Институт химии Китайской академии наук. Благодаря использованию совершенно новой структуры активных центров катализатора в этом исследовании было достигнуто высокоселективное прямое получение алкенов из синтез-газа при мягких условиях, что имеет огромное значение для развития области каталитического преобразования синтез-газа. В то же время этот результат обладает высокой экономической эффективностью и способствует развитию угольной химии в нашей стране. Фотография катализатора FTO в TEM. а, б, фотографии в ТЭМ при низком увеличении ； c, d, e, фотографии под высоким увеличением в ТЭМ-микроскопе ； f. Схематическое изображение параллелепипедных наночастиц Co2C. В области энергетики и химической промышленности алкиены являются основным и чрезвычайно важным сырьем с высокой добавленной стоимостью. На их основе производятся множество продуктов: синтетические волокна, синтетический каучук, синтетические пластмассы, высококачественные смазки, спирты с высоким содержанием углерода, топливо высокой плотности и другие. Таким образом, уровень развития отрасли алкенов и баланс спроса и предложения на рынке напрямую влияют на уровень развития всей химической промышленности и её масштабы. В последние годы, с целью снижения зависимости от нефтяных ресурсов, внутри страны и за рубежом ведутся исследования, ориентированные на использование ненефтяных источников, а именно прямое или косвенное производство алкенов из угля или природного газа. Современный стандартный процесс заключается в следующем: сначала из угля или природного газа получают синтез-газ (основными компонентами которого являются монооксид углерода и водород, то есть CO и H2). Затем из синтез-газа производят метанол. В конечном итоге, с помощью различных методов преобразования метанола (включая процессы MTO для получения этилена и пропилена, а также процесс MTP для получения пропилена) получают олефинные продукты. Эта технология включает два основных этапа: синтез метанола из синтез-газа с использованием катализатора на основе меди, а также преобразование метанола в алкины с помощью катализатора на основе молекулярных сит. Если удастся сократить количество этапов реакции и прямо с использованием синтез-газа с высокой селективностью синтезировать олефины, то процесс станет более кратким, а энергозатраты — ниже. Прямое производство олефинов с помощью процесса Фертига для синтез-газа представляет собой процесс синтеза олефинов (также называемый FTO) путем реакции CO и H2 под действием катализатора в рамках процесса Фертига. В настоящее время основными проблемами FTO являются повышение селективности по олефинам и эффективный контроль распределения продуктов. Поскольку FTO — это сильно экзотермическая реакция, чрезмерное тепло, выделяющееся в ходе реакции, может привести к локальному перегреву, что способствует возникновению явления скачка температуры. Это, в свою очередь, стимулирует процессы метанации и образования углеродных отложений. Образование большого количества метана серьезно снижает общий уровень выхода алкенов. Кроме того, поскольку в процессе синтеза FT алкины выступают в качестве промежуточного продукта, они легко подвергаются вторичной гидридации с образованием насыщенных алканов, что ещё больше снижает селективность алкинов. Учитывая, что путь прямого получения олефинов из синтез-газа ограничен вышеуказанными факторами, для достижения высокой каталитической эффективности FTO при одновременном обеспечении низкой селективности к метану и высокой селективности к олефинам необходимо разработать совершенно новую структуру каталитически активных центров. Прямое и эффективное производство алкенов из угольного синтез-газа. Основная задача Лаборатории наук о низкоуглеродном преобразовании и инженерии Китайской академии наук в Шанхае заключается в разработке ключевых технологий низкоуглеродного использования углеродсодержащих ресурсов. Лаборатория постоянно занимается исследованиями связи между структурой катализаторов и их эффективностью в процессе каталитического преобразования синтез-газа, а также разработкой новых катализаторов. Недавно в лаборатории по трансформации углерода с низким содержанием был разработан совершенно новый катализатор. Было установлено, что при мягких условиях реакции (250 °C и 1–5 атм) этот катализатор позволяет с высокой селективностью прямо превращать синтез-газ в алкиены. Селективность превращения метана может составлять всего 5%, в то время как селективность превращения углерода с низким количеством атомов в алкиены достигает 60%. Общая селективность превращения в алкиены превышает 80%. Отношение количества алкинов к алканам может достигать 30 и более, что свидетельствует о высоких характеристиках данного катализатора. Для определения природы активных центров катализатора в этой лаборатории путем тщательного изучения связи между структурой и активностью, а также с использованием теоретических расчетов, было установлено, что структура активных центров представляет собой нанопараллелепипеды Co2C с поверхностями {101} и {020}. Результаты вышеупомянутых исследований были опубликованы в журнале «Nature». Учитывая особенности ресурсной ситуации в нашей стране — нехватку нефти и газа, но изобилие угля, эта технология обладает большим потенциалом для промышленного применения и высокой экономической эффективностью. В настоящее время Шанхайский институт перспективных исследований Китайской академии наук заключил соглашения с партнерскими организациями, такими как группа «Луань» из провинции Шаньси. Стороны планируют совместно работать в таких областях, как масштабное производство катализаторов, проектирование реакторов и разработка технологических процессов, стремясь как можно скорее добиться промышленной демонстрации и коммерциализации, что способствует развитию углехимической промышленности в Китае.