我国煤化工研究获里程碑式突破 煤制烯烃将告别高耗水

国际化工界90多年来一直沿袭、被视为不可替代的费托（F-T）过程，如今被中国科学家颠覆——他们摒弃了高水耗和高能耗的水煤气变换制氢过程，创造性地直接采用煤气化产生的合成气，高选择性地一步反应获得低碳烯烃。这项技术发明也因此被业界认为是“煤转化领域里程碑式的重大突破”。

全国人大代表、中国科学院大连化学物理研究所研究员、复旦大学教授、中国科学院院士包信和4日透露了这一最新研究成果。

据介绍，德国科学家费舍尔和托普希1923年发明了煤经合成气生产高碳化学品和液体燃料的费托过程。该过程并不完美，除产生大量的二氧化碳以外，还要消耗大量的水，且产物选择性差，后续处理消耗大量能量。

与费托过程不同，包信和研究团队创制的过程采用部分还原的复合氧化物作催化剂，CO分子在催化剂氧缺陷位上吸附并解离，气相氢分子选择性地与解离生成的C原子反应生成亚甲基自由基，而催化剂表面CO解离生成的氧原子倾向于与另一个CO反应，形成CO2。亚甲基自由基不在催化剂表面停留或发生表面聚合反应，而是迅速进入分子筛孔道，在孔道限域环境中进行择形偶联反应，定向生成低碳烯烃。

“通过以CO替代H2来消除烃类形成中多余的氧原子，在反应不改变CO2总排放的情况下，摒弃了水煤气变换反应，从原理上开创了一条低耗水进行煤转化的新途径。”包信和说。

同时，这一新过程通过创造性将氧化物催化剂与分子筛复合，巧妙地实现CO活化和中间体偶联等两种催化活性中心的有效分离，把费托过程中“漫无目的”生长的自由基控制在一个“笼子”（分子筛）里，使其变成想要的目标产物（低碳烯烃），破解了传统催化反应中活性与选择性此长彼消的“跷跷板”难题，为高效催化剂和催化反应过程的设计提供了指南。

包信和带领的研究团队耗时9年完成了这一研究成果，相关文章将发表在美国《科学》（Science）杂志，并申报中国发明专利和国际PCT专利。然而，更让他感到振奋的，是这项技术发明对国家能源安全和资源环境保护带来的巨大意义。

烯烃是重要的化工原料，高端如航天飞机，日常如生活用品，所用的塑料都是从烯烃生产而来。国内外大都采用石油生产烯烃，而对于60%以上石油需要进口、能源结构以煤为主且水资源日益短缺的中国而言，在煤制烯烃领域取得这一新突破的重要性不言而喻。

“中国的发展依赖于技术的突破。”包信和说，“我们必须走集约发展、绿色发展的道路，最根本的办法是靠新技术更高效地利用现有资源，使其利用率更高、更环保。”

另据介绍，美国《科学》杂志同期还将刊发以“令人惊奇的选择性”为题的专家评述文章，认为该过程未来在工业上将具有巨大的竞争力。