鄂尔多斯实验室在高氢原子经济性烯烃合成技术领域获重大突破

近日，鄂尔多斯实验室联合清华大学开展“高氢原子经济性的合成气制烯烃”研究，系统探索提升合成气制烯烃氢原子经济性的创新思路与核心技术，相关成果发表于全球顶尖综合性学术期刊《Science》。这是鄂尔多斯实验室成立以来，首次在国际顶尖学术期刊发表学术研究成果。

合成气直接制备烯烃技术作为新兴催化技术路线，借助多功能催化剂集成水煤气变换、合成气制甲醇、甲醇制烯烃等反应，可大幅缩短生产流程、节约投资成本，并降低物耗与能耗。

传统烯烃合成要求原料氢碳比（H₂/CO）＞2，这导致煤基合成气在水煤气变换工段产生大量CO₂排放；同时，原料中的氢元素与氧元素多转化为水，相当于将成本高昂的氢气转化为废水，造成资源浪费。

团队研发出一种钠改性的FeCₓ@Fe₃O₄核壳催化剂，其在微观界面上实现了水煤气变换与合成气制烯烃两大功能整合。借助水煤气变换反应，将反应过程中生成的水原位转化为氢气，供烯烃合成再利用，最终将目标产品的氢原子经济性提升至66%~86%，同时大幅抑制水对催化剂的过度氧化作用。本技术的氢原子经济性远超传统路线——传统水煤气变换-甲醇合成（氢碳比 2~2.05）-甲醇制烯烃路线的理论氢原子经济性（50%）及实际值（43%~47%）。团队通过同位素示踪实验及阻断水煤气变换途径的实验，不仅证实了该耦合机制的有效性，还定量明确了催化剂上水煤气变换反应的贡献，为这类催化剂的理性设计奠定了基础。

“高氢原子经济性与催化剂两种反应功能的活性匹配度密切相关。水煤气变换反应在较低温度下即可启动，而制烯烃反应则需要较高温度的活性条件。”鄂尔多斯实验室相关负责人表示，在350℃、2MPa的反应条件下，采用氢碳比1.5的原料时，CO单程转化率可达约95%，烯烃选择性超过75%（基于烃类产物），烃产率达33wt%（基于原料）；经过500小时连续反应测试，该催化剂性能保持稳定。

在水煤气变换（WGS）与合成气制烯烃（STO）的耦合作用下，氢原子经济性和烯烃收率都得到提升

基于在提升合成气转化的氢原子经济性方面的突破，该催化剂实现的水煤气变换-合成气制烯烃耦合路线，相较于传统水煤气变换-甲醇合成-甲醇制烯烃路线，显著降低了总蒸汽消耗量、总废水生成量及 CO₂排放量，全生命周期环境因子降低46%。该技术不仅可为现有烯烃生产提供高效替代方案，更凭借对氢气原料的高效利用能力，为碳中和时代绿氢高效应用提供了可能。

未来，鄂尔多斯实验室将持续以行业需求为导向，依托自身科研平台优势深化相关领域研究，推动技术低碳化应用，为烯烃生产领域降本增效与绿色升级提供科技支撑。

（来源：自治区科技厅创新平台建设处 鄂尔多斯实验室）

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