甲醇制烯烴（MTO）是實現非石油資源轉化制取低碳烯烴的關鍵技術之一。自2010年在世界上首次工業化以來，MTO已經成為我國乙烯、丙烯生產的重要方式之一。MTO反應采用分子篩催化劑，但反應過程中分子篩會因積碳而失活，因此需要對分子篩進行頻繁再生以維持系統連續穩定運行。
近日，中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱大連化物所）研究員葉茂、劉中民院士團隊在MTO失活催化劑再生研究中取得重大進展。研究團隊實現了高溫下將失活的SAPO-34分子篩催化劑中的積碳物種直接定向轉化為活性烴池物種，提出了通過催化劑再生調控MTO低碳烯烴選擇性的全新技術路線。相關研究成果1月4日發表在《自然—通訊》上。
葉茂介紹，SAPO-34是MTO廣泛使用的分子篩催化劑。傳統的催化劑再生方式主要是通過空氣或氧氣燒除分子篩上的積碳，以恢復催化活性。這種方式不但排放二氧化碳，還限制了整個工藝碳原子利用率的進一步提高。
研究中，通過理論計算、光譜表征，并與分子探針與熒光成像研究組徐兆超研究員團隊合作進行超分辨結構照明成像，科研人員對分子篩積碳物種的定向轉化機理進行了詳細研究。研究團隊發現，MTO反應過程中SAPO-34分子篩中的中間產物之一萘基烴池物種不僅有利于乙烯生成，而且具有很強的高溫穩定性。這意味著將SAPO-34分子篩催化劑上的積碳定向轉化為萘基烴池物種不但能夠實現催化活性恢復，同時可大幅度提高再生后催化劑的低碳烯烴選擇性。
為此，研究團隊提出，在高溫下利用水蒸氣將失活催化劑上積碳定向轉化為活性萘基烴池物種的再生技術路線。“該方法另辟蹊徑，利用再生過程調控分子篩中間產物實現MTO過程低碳烯烴選擇性提高，突破了以往主要通過直接調控MTO反應過程提高目標產物收率的傳統思路。”葉茂說。
研究團隊還在循環流化床反應—再生中試裝置上驗證了該技術。連續穩定的運行結果表明，反應過程中乙烯和丙烯的選擇性可達到85%，同時再生過程產生的氣體中可循環利用的合成氣（一氧化碳和氫氣的混合氣）含量超過88%，二氧化碳低于5%。葉茂表示，該技術實現了通過再生來調控MTO反應，進一步提升了過程的經濟性，降低了二氧化碳的排放量，對MTO技術和產業的可持續發展具有重要影響。
相關論文信息： https://doi.org/ 10.1038/s41467-020-20193-1
【免責聲明】本文轉載自網絡，與科技網無關。科技網站對文中陳述、觀點判斷保持中立，不對所包含內容的準確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請讀者僅作參考，并請自行承擔全部責任。