合成气直接制烯烃研究有了重大突破
《自然》（Nature）杂志于10月6日发表了重要成果，中科院上海高等研究院和上海科技大学联合科研团队在合成气直接制烯烃方面取得重大进展。该项目负责人是钟良枢研究员，上海大学、华东师范大学、中科院物理所和中科院化学所也参加了部分工作。
通过采用全新催化剂活性位结构，该研究实现了在温和条件下合成气高选择性直接制备烯烃，对拓展合成气催化转化领域有重大意义。同时，该成果具有很高经济效益，将促进我国煤化工的发展。
FTO催化剂TEM照片。a, b, 低倍数TEM照片;c, d, e, 高倍数TEM照片;f, Co2C平行六面体纳米颗粒示意图。
在能源化工领域，烯烃是一种基础且非常重要的高附加值化工原料，合成纤维、合成橡胶、合成塑料、高级润滑油、高碳醇、高密度喷气燃料等很多产品都是以其为基础原料。因此，烯烃产业的发展水平和市场供需平衡情况直接影响着整个化学工业的发展水平和产业规模。近年来，为缓解对石油资源的依赖，国内外研究主要以非石油路线为主，即利用煤炭或天然气资源直接或间接制备烯烃。
目前的主流工艺是，首先以煤或天然气制备合成气(主要成分是一氧化碳和氢气，即CO和H2)，然后由合成气转化制得甲醇，最终通过甲醇转化路线(包括甲醇制乙烯、丙烯的MTO工艺和甲醇制丙烯的MTP工艺)生产烯烃产品。该技术涉及两大步骤，即合成气经铜基催化剂合成甲醇，甲醇经分子筛催化剂转化为烯烃。如能减少反应步骤，把合成气直接高选择性合成烯烃，流程将更短、能耗将更低。
合成气经费托反应路线直接制烯烃，是指CO和H2在催化剂作用下，通过费托(简称FT)反应路线合成烯烃(也称FTO)的过程。目前，FTO存在的主要问题是烯烃选择性的提高及产物分布的有效控制。由于FTO是强放热反应，过高的反应热，容易引起局部过热，发生飞温现象，促进甲烷化和积碳的发生，大量甲烷的生成严重降低了总烯烃收率。此外，由于在FT合成过程中烯烃作为一种中间产物，极易发生二次加氢反应转化为饱和烷烃，从而进一步降低烯烃选择性。鉴于合成气直接制备烯烃路线受上述因素的制约，为了实现很好的FTO催化性能，同时体现低甲烷选择性及高烯烃选择性，有必要开发全新的催化活性位结构。
煤基合成气直接高效制备烯烃
中国科学院上海高等研究院低碳转化科学与工程重点实验室(低碳转化实验室)主要开展含碳资源低碳转化利用核心技术的研发，一直致力于合成气催化转化构效关系和反应网络的研究以及催化剂的研发。最近，低碳转化实验室创造性地研发了一种全新的催化剂，发现在温和反应条件下(250 oC和1~5atm)，该催化剂可实现高选择性合成气直接制备烯烃，甲烷选择性可低至5%，低碳烯烃选择性可达60%，总烯烃选择性高达80%以上，烯/烷比可高达30以上，体现出很好的FTO性能。为了确定催化剂活性位的本质，该实验室通过深入的构效关系研究并结合理论计算，确定活性位结构是暴露面为{101}和{020}的Co2C纳米平行六面体。
上述工作的相关成果发表于《自然》杂志。基于我国缺油、少气、富煤的资源特点，该技术具有很强的工业应用前景及很高的经济效益。
目前，中科院上海高等研究院已与合作单位山西潞安集团等企业达成协议，拟在催化剂放大制备、反应器设计及工艺过程开发等方面共同合作，力争尽快实现工业示范和产业化，促进我国煤化工的发展。
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