“煤制烯烃”迎来颠覆性技术革新

　　煤化工一直因高水耗和高能耗饱受诟病，但今年两会期间，一个好消息吸引了行业和媒体注意——国际煤化工领域90多年来一直沿袭、被视为不可替代的费托（F-T）过程，如今被全国人大代表、中国科学院大连化学物理研究所研究员、中国科学院院士包信和领导的科研团队颠覆——其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，在一种新型复合催化剂的作用下，高选择性地一步反应获得低碳烯烃。

　　这一成果颠覆了90多年来国际煤化工领域一直沿袭的费托过程，被业界誉为“ 煤转化领域里程碑式的重大突破”。该成果3月4日在美国《科学》杂志发表，过程已申报中国发明专利和国际PCT专利。《科学》杂志同期刊发了以“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。

　　3月7日，在两会召开间歇，包信和向《中国      能源报》记者详述了这一最新研究成果，“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突破的重要性不言而喻。”

　　1923年，德国科学家费舍尔和托普希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，后续处理还要消耗很多能量。

　　中科院大连化物所的研究人员摒弃了高水耗和高能耗的水煤气变换制氢过程，直接采用煤气化产生的混合气体（经纯化），高选择性地获得低碳烯烃。当一氧化碳单程转化率为17%时，低碳烃类产物的选择性达到94%，其中低碳烯烃（乙烯、丙烯和丁烯）的选择性大于80%。打破了传统费-托合成过程低碳烯烃的选择性最高为58%的极限。

　　“新的过程通过以一氧化碳替代氢气来消除反应过程中生成的氧原子，在反应不改变二氧化碳总排放的情况下，开创了一条低耗水(结构上没有水循环)进行煤转化的新途径，成功地回答了李克强总理一直关心的‘能不能不用水或少用水进行煤化工’的问题。”包信和说。

　　同时，这一新过程通过创造性飞将氧化物催化剂与分子筛复合，巧妙地实现一氧化碳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。当从事费托过程制烯烃（FTTO）研究二十多年的德国BASF公司专家Schwab博士了解到这一成果后，沮丧地说：“这个点子为什么不是我们先想到的？”包信和院士不无自豪地回答道：“你们想到的点子已经很多了，也该轮到我们了”。

　　包信和表示，新发明的过程除节水和在工艺上降低二氧化碳排放外，还具有很高的经济效益。据中国石化工程建设有限公司初步评估，在现有的条件下，该过程的内部收益率可达14%以上。

　　最让包信和感到振奋的是，这项技术对国家能源安全和资源环境保护的巨大意义。

　　“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。国内外大多采用石油生产烯烃，但对于 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突破的重要性不言而喻。”包信和说。

　　去年8月，工信部公布了《煤制烯烃行业规范条件》征求意见稿，就煤制烯烃行业的工艺与装备、资(能)源消耗、环境保护等方面予以规范。业内专家指出，在目前中国60%以上的石油需要进口的背景下，中国的煤化工一定要发展，而煤化工的技术创新也是必须要坚持的。

　　在3月5日提交全国人大审查的第十三个五年规划纲要草案中，煤炭清洁高效利用是“十三五”100个重大工程项目之一，包信和表示，“煤炭清洁高效利用对当前以煤炭为主要能源结构的中国尤为重要。可以确定的是，不管是核电，太阳能还是风能，都没法从中获得碳，而煤炭却可以。今后应该更加清洁和高效地去使用煤炭，不能再简单地把煤炭烧掉。未来中国从煤炭中获取碳是非常重要的。”

　　“目前环境问题已成举国关注的大事，即使把煤炭清洁高效利用上升为基本国策，也不为过。”包信和进一步表示，“我们要力争尽快实现工业示范和产业化，努力将这一原创性成果转变为真正的生产力。”

　　据悉，世界多家化学公司都对该过程的进一步应用推广非常感兴趣。目前，大连化物所已与国内重要化工企业和国外著名化学公司达成初步协议，着手在催化剂制备和工艺过程开发等方面共展开合作。