近日，国家能源集团北京低碳清洁能源研究院（以下简称低碳院）与荷兰埃因霍芬理工大学等机构的研究人员合作开发新型催化技术，取得重大突破性进展，相关研究成果以《基于纯相χ-Fe5C2催化剂的高碳效率合成气直接制线性α-烯烃技术》为题，发表于《自然》（Nature）期刊。该研究通过原创“纯相χ-碳化铁”催化剂，实现煤炭、天然气或生物质转化得到的合成气（氢气与一氧化碳的混合气）直接转化为高端化学品线性α-烯烃，可大幅提高碳效率、降低二氧化碳生成，填补了国际技术空白，为一步法制备高端线性α-烯烃提供了新途径。研究成果提出“纯相碳化铁催化剂体系”新理论，并将新技术命名为“FTLAO”技术。线性α-烯烃是合成高级聚烯烃、润滑油、高级洗涤剂等高端化学品的关键核心原料，用途广泛、市场需求缺口大，2023年全球消费量超过600万吨。目前世界上线性α-烯烃主要采用乙烯齐聚技术制取，但该技术生产成本高，仅能生产偶数碳线性α-烯烃，存在国际技术壁垒。我国线性α-烯烃进口依存度高，价格居高不下，严重制约了我国以线性α-烯烃为关键原料的高端化工产业发展与更新迭代，因此开发自主知识产权的全新线性α-烯烃合成技术途径对我国高端化工产业具有关键意义。新技术首先通过煤炭在高温下与氧气和水蒸气的反应，得到合成气作为原料，再以水煤气变换反应调整合成气的成分，随后在催化剂的作用下发生“FTLAO”（费托合成直接制线性α-烯烃）反应，得到混合线性α-烯烃，再经过分离即可得到纯化的单碳线性α-烯烃。成果技术的二氧化碳生成量比现有技术降低80%，碳效率提升50%以上，在相同反应温度下的α-烯烃产率为现有技术的100倍以上。新技术在250-290℃的温和条件即可实现，为线性α-烯烃的大规模工业连续生产铺平了道路，初步测算实现商业化后，其线性α-烯烃生产成本仅8千元/吨，可为一个年产烯烃100万吨的煤化工厂每年创造效益近40亿元人民币。该自主知识产权技术的成功研发，对突破技术瓶颈、自主掌握我国高端化学品产业链技术具有重要战略和现实意义，将引领我国线性α-烯烃产业链的高端化跃升。本项目研究人员通过深入研究铁催化剂活性相本质，提出了有别于传统氧化铁催化剂的全新思路，原创了高碳效率、低二氧化碳、高活性的原创“纯相碳化铁催化剂体系”，在世界上首次实现“纯相χ-碳化铁”合成，并与北京科技大学合作以环境电镜在世界上首次原位捕捉到“纯相χ-碳化铁”的生成全过程。“纯相碳化铁催化剂”从活性相本质上提高了催化活性与碳效率，提供了新的全碳数线性α-烯烃合成技术路线，为未来C1化学领域的研究与发展开启了新的大门。本成果依托低碳院牵头承担的“十四五”国家重点研发计划“低二氧化碳选择性合成气直接转化制长链α-烯烃成套技术”项目，并计划于2026年底完成万吨级工业示范。该项技术成果分别入选工信部、国务院国资委2023年度重点产品、工艺“一条龙”应用示范方向，以及中国科协2023年“科创中国”先导技术榜单，为参评项目中唯一的催化领域技术。
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