甲醇制烯烴（MTO）是實(shí)現(xiàn)非石油資源轉(zhuǎn)化制取低碳烯烴的關(guān)鍵技術(shù)之一。自2010年在世界上首次工業(yè)化以來，MTO已經(jīng)成為我國乙烯、丙烯生產(chǎn)的重要方式之一。MTO反應(yīng)采用分子篩催化劑，但反應(yīng)過程中分子篩會(huì)因積碳而失活，因此需要對(duì)分子篩進(jìn)行頻繁再生以維持系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱大連化物所）研究員葉茂、劉中民院士團(tuán)隊(duì)在MTO失活催化劑再生研究中取得重大進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)化為活性烴池物種，提出了通過催化劑再生調(diào)控MTO低碳烯烴選擇性的全新技術(shù)路線。相關(guān)研究成果1月4日發(fā)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(tǒng)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(fù)催化活性。這種方式不但排放二氧化碳，還限制了整個(gè)工藝碳原子利用率的進(jìn)一步提高。
研究中，通過理論計(jì)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(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行超分辨結(jié)構(gòu)照明成像，科研人員對(duì)分子篩積碳物種的定向轉(zhuǎn)化機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)研究。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，MTO反應(yīng)過程中SAPO-34分子篩中的中間產(chǎn)物之一萘基烴池物種不僅有利于乙烯生成，而且具有很強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性。這意味著將SAPO-34分子篩催化劑上的積碳定向轉(zhuǎn)化為萘基烴池物種不但能夠?qū)崿F(xiàn)催化活性恢復(fù)，同時(shí)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(tuán)隊(duì)提出，在高溫下利用水蒸氣將失活催化劑上積碳定向轉(zhuǎn)化為活性萘基烴池物種的再生技術(shù)路線?！霸摲椒肀脔鑿剑迷偕^程調(diào)控分子篩中間產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)MTO過程低碳烯烴選擇性提高，突破了以往主要通過直接調(diào)控MTO反應(yīng)過程提高目標(biāo)產(chǎn)物收率的傳統(tǒng)思路。”葉茂說。
研究團(tuán)隊(duì)還在循環(huán)流化床反應(yīng)—再生中試裝置上驗(yàn)證了該技術(shù)。連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行結(jié)果表明，反應(yīng)過程中乙烯和丙烯的選擇性可達(dá)到85%，同時(shí)再生過程產(chǎn)生的氣體中可循環(huán)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(shù)實(shí)現(xiàn)了通過再生來調(diào)控MTO反應(yīng)，進(jìn)一步提升了過程的經(jīng)濟(jì)性，降低了二氧化碳的排放量，對(duì)MTO技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要影響。
相關(guān)論文信息： https://doi.org/ 10.1038/s41467-020-20193-1
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