叶茂、刘中民等实现甲醇制烯烃失活催化剂积碳定向转化

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近日，我所甲醇制烯烃国家工程实验室叶茂研究员、刘中民院士团队在甲醇制烯烃（MTO）失活催化剂再生研究中取得重要进展，实现了在高温下将失活SAPO-34催化剂中的积碳物种直接定向转化为活性烃池物种，提出了通过催化剂再生来调控MTO低碳烯烃选择性的全新技术路线。

　　甲醇制烯烃（MTO）是实现非石油资源转化制取低碳烯烃的关键技术，自2010年在世界上首次工业化以来，已经成为我国乙烯丙烯生产的重要方式之一。MTO反应采用分子筛催化剂，反应过程中催化剂因积碳而失活，工业过程中需要对催化剂进行频繁再生以维持系统连续稳定运行。传统的催化剂再生方式主要是利用空气或氧气烧除催化剂积碳恢复催化剂活性，这种方式不但排放一定的CO2，还限制了整个工艺碳原子利用率的进一步提高。
　　该团队对催化剂积碳物种的定向转化机理进行了详细研究，通过理论计算、光谱表征，以及与分子探针与荧光成像研究组（1818组）徐兆超研究员团队合作进行的超分辨结构照明成像，发现SAPO-34分子筛中萘基烃池物种不仅有利于乙烯生成，而且具有很强的高温稳定性。为此，该团队提出了采用水蒸气在高温下将失活催化剂上积碳定向转化为活性萘基烃池物种的再生技术路线，使得在催化剂活性恢复的同时再生催化剂上的低碳烯烃选择性也得到大幅度提高。该团队在循环流化床反应—再生中试装置上验证了该技术，连续稳定运行结果表明，再生器气相产物中可循环利用的合成气成分（CO和H2）超过88%，CO2低于5%；反应器中乙烯和丙烯选择性可达到85%。该技术实现了通过再生来调控MTO反应，进一步提升了过程的经济性，降低了CO2排放，对MTO技术和产业的可持续发展具有重要影响。
　　相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上，得到国家自然科学基金“多相反应过程中的介尺度机制及调控”重大研究计划集成项目和我所创新研究基金项目支持。（文/图 周吉彬、高铭滨）


      文章来源：大连化物所
      叶茂，中科院大连化学物理研究所研究员、博士生导师、催化新过程开发与放大研究组组长。2000年获东南大学工学博士，2000-2006年先后在荷兰Twente大学和Eindhoven技术大学工作，2006-2009年在壳牌石油公司从事催化裂化技术开发工作。目前在大连化物所甲醇制烯烃国家工程实验室工作，主要围绕国家在煤化工和石油化工领域的需求，开展催化过程开发及反应器放大研究。先后参加了甲醇制烯烃DMTO技术和DMTO-II技术的工业化，负责完成了甲醇制丙烯流化床DMTP技术和甲醇甲苯制对二甲苯联产烯烃流化床技术的开发。主持国家重点研发计划、中科院战略先导专项、国家自然科学基金重大研究计划重点项目、英国BP公司国际合作项目等10余项课题。申请专利100余件（其中国际专利70余件），在AIChEJournal等国际刊物上发表学术论文60余篇。曾获全国百篇优秀博士论文提名论文、中国科学院杰出成就奖、中国石油和化学工业联合会科技进步奖特等奖。入选中国科学院“百人计划”、英国皇家学会牛顿高级学者、大连化物所张大煜优秀学者，及国家“万人计划”科技创新领军人才。
       刘中民，男，汉族，1964年生于河南省。理学博士，研究员，博士生导师，第十三届全国政协委员，大连市政协第十三届委员会副主席，民盟大连市第十四届委员会主任委员。现任中国科学院大连化学物理研究所所长、甲醇制烯烃国家工程实验室主任、国家能源低碳催化与工程研发中心主任。2015年当选为中国工程院院士。刘中民长期从事应用催化研究。作为技术总负责人合作完成了多项创新成果并实现产业化。完成了世界首次甲醇制烯烃（DMTO）技术工业性试验及首次工业化，DMTO技术已实现技术实施许可1313万吨烯烃/年，已投产646万吨烯烃/年；完成了世界首套10万吨/年煤基乙醇工业示范项目，引领了我国新兴煤制大宗化学品和清洁燃料产业的发展。刘中民荣获国家技术发明一等奖等十余项省部级以上科技奖励，何梁何利基金科学与技术创新奖等多项个人科技奖励，是国家五一劳动奖章获得者，新世纪百千万人才工程国家级人选。他领导的研究集体获得中国科学院杰出成就奖，甲醇制烯烃国家工程实验室入选国家创新人才推进计划重点领域创新团队。