中国科学家找到煤变“水”新方法

发布时间：2023-05-22 10:28:12 所属栏目：动态来源：

导读：能源在人类社会的发展中起着至关重要的作用。

无论是我们日常生活中的手机、电器、汽车，还是工业生产中的飞机发动机和火箭推进器，都离不开能源的供应。

在我国，化石能源的主体依然是煤炭，占比近 70%，石油

能源在人类社会的发展中起着至关重要的作用。

无论是我们日常生活中的手机、电器、汽车，还是工业生产中的飞机发动机和火箭推进器，都离不开能源的供应。

在我国，化石能源的主体依然是煤炭，占比近 70%，石油大约占 20%，而天然气的份额仅为 1%～2%。

特别是在资源状况为富煤、缺油、少气的我国，这种技术能够将我们本地丰富的煤炭、生物质等资源转化为液态燃料，要减轻对外来石油的依赖,同时要实现能源安全,这对于中国的能源安全有着十分重要的战略意义。

在跷跷板的两端，一端是反应的活性，一端是反应的选择性，随着活性的增强,选择性就会减小,从而导致目标产品得到的产物量降低。

1、初代 OXZEO 催化剂：突破极限

把催化剂中的活性组分从传统的金属或金属碳化物变为金属氧化物和分子筛的复合催化剂——OXZEO。

其中的分子筛是一种特殊的沸石，具有微观孔径均匀的孔道和排列整齐的孔穴，它如同分子级别的筛子，能筛选不同大小和形状的分子。

气相中的氢气与表面碳原子发生反应，形成烃类中间体，之后这个中间体进入能“筛分子”的分子筛的孔道中，开始进行碳原子的链式增长。

这一过程巧妙地利用了分子筛孔道的限制性，利用分子筛的孔隙结构,有效地调控了生成反应产物的种类,打破了气法制低碳烯烃选择性限度,从而有效地控制了反应产物的产量。

这一突破性的研究成果使得当一氧化碳转化率达到 17% 时，低碳烯烃的选择性能够高达 80%，成功突破了 58% 的理论极限。

同时，这一催化体系摒弃了传统的高水耗和高能耗的路径，颠覆了煤化工一直沿袭的、由德国科学家于上世纪 20 年代发明的费托合成路线，从原理上开创了一条低耗水（反应中没有水循环，不排放废水）进行煤经合成气一步转化的新途径。

2、新一代 OXZEO 催化剂：超越自我

第一代 OXZEO 催化剂打破了数百年低碳烯烃 58% 的理论极限，但是反应物一氧化碳的转化率仅为 17%。

这个共同的活性中心就好比“跷跷板”的支点，如果提高转化率,相应降低选择性,转化率和选择性在同一条件下难以达到很高的要求,造成了低碳烯烃产品的产量偏低。

为了解决这个问题，他们对第一代 OXZEO 催化剂进行了优化。他们在原子分子筛的基础上，制备了基于金属锗离子的微孔分子筛（GeAPO-18）。

这种新型的分子筛减弱了酸性，有效地抑制了低碳烯烃自身聚合生成大分子，以及与其他原子结合的可能性，实现了活性中心的彻底分离，减少了副反应的发生。

在优化后的反应条件下，这种新的催化剂在保持低碳烯烃选择性大于 80%（最高为 83%）的同时，单纯一氧化碳的转化率达到了惊人的 85%，实现了低碳烯烃收率（收率指的是实际产量与理论产量的比值）达到 48%的国际最优水平，比第一代 OXZEO 催化剂提高了一倍以上。

他们实现了对一系列高价值化学品和燃料的定向合成，引领了节水、节能且高效的煤化工新发展方向。

这个突破性的成就彻底颠覆了 90 多年来煤化工业坚守的费托路线，成功解决了传统催化反应中难以同时提高活性与选择性的“跷跷板”难题。

这个反应过程不仅将大幅降低煤化工的水耗和能耗，而且被业界赞誉为煤转化领域的“里程碑式的重大突破”。

（编辑：汽车网）

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