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上世纪90年代中期,由中科院大连化物所研究人员提出了不用氧进行甲烷转化的“无氧活化”概念。1995年,我和我的团队开始“无氧活化”的攻坚。基于“纳米限域催化”的新概念,我的团队创造性地构建了硅化物晶格限域的单中心铁催化剂,成功开发了甲烷在无氧条件下选择活化、一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等高附加值化学品的新路径——甲烷无氧制烯烃和芳烃技术。
2014年5月9日,该项成果在美国《科学》杂志上一经刊登,立即引起业内高度关注。美国加州大学伯克利分校教授亚力克西斯˙贝尔评价称:该成果使甲烷直接转化研究又向前迈出崭新的一步,可能成为未来产业界关注的焦点。
2015年年底,我们的甲烷无氧一步生产烯烃、芳烃和氢气技术已经完成百小时实验室试验,验证了催化剂的稳定性,并分别在中国、美国、日本、欧洲和中东等国家和地区申请了专利。
今年春节前后,我们又完成了催化剂1000小时的寿命评价试验。2016年3月22日,中科院大连化物所与中石油、沙特基础工业公司已经就甲烷无氧制烯烃、芳烃和氢气技术的中试、工艺优化和工业化示范应用签署合作备忘录,3方将共同努力,推动这一崭新技术的工业化进程。
记者:真想不到,您和您的团队默默无闻而又硕果累累。你们推出的这两项成果,都可能引发一场产业革命。不知您和您的团队下一步的设想是什么?
包信和:这也是在前人大量工作基础上取得的一点进展。今后几年,我们除了继续深入催化剂基础研究外,还将重点推动包括合成气制烯烃、甲烷无氧制烯烃、芳烃、氢气等现有技术成果的工业化应用,使我们的成果尽早实现工业化。与此同时,我们将积极开展煤温和分解生产液体产品和烃类产品的理论研究。我们的目标是未来能够像加工石油那样把煤加工成液体燃料和烯烃等高附加值产品。
记者:像加工石油一样加工煤?真的可行吗?
包信和:我们相信是可行的。煤和石油主要由碳氢元素组成,都是由碳氢物质在微生物作用下经过漫长的沉积演化形成的,特性上有很多相似之处。
人类既然能够通过常压蒸馏和催化裂解等温和方式,将大分子的石油转化为小分子的轻质油,继而进行深度加工生产烯烃、芳烃、环烷烃、酮、醇等上千种化学品,那么,与其生成过程和元素组成相近的煤炭,理论上也应该可以通过温和的方式处理加工和转化。
可惜目前无论是加氧燃烧还是加氧气化,均是采用十分激烈和野蛮的方式将煤的分子键打开,产生小分子的一氧化碳、氢气和二氧化碳,从而导致煤转化过程能耗高、水耗高,并排放大量二氧化碳和废水,引发一系列环境问题。我的团队下一个研究方向,就是开发一种特殊的催化剂,使煤不用燃烧也不用加氧气化,而是通过温和的方式打开煤的大分子结构,将其像石油那样,以温和方式直接变为油品和化学品。世上无难事,只要肯攀登。
目前我们在该领域的研究已经有一些进展,相信假以时日,这个目标会得到实现!届时,摘掉高耗能、高耗水、高排放、高污染帽子的煤转化工艺才是真正的清洁生产工艺,不仅能够与石油化工、天然气化工、生物质化工全方位对接耦合,还能在经济性、环保性、节能减排等诸多领域开展公平竞争。到那时,煤炭不再是高碳能源的代名词,而是一种十分宝贵、洁净的碳资源。这也可以说是我们的“中国梦”吧。
记者:谢谢您接受采访!祝愿合成气制烯烃技术早日实现工业化应用!期盼您的团队早日开发出煤温和转化新技术!
包信和:我们会努力的!
(包信和,1959年8月出生于江苏省扬中市,中科院院士,复旦大学常务副校长;1987年在复旦大学获得博士学位,1989年至1995年在德国马普学会弗里茨˙哈伯研究所任访问学者;1995年应聘回国,先后担任中科院大连化物所所长、中国科技大学化学物理系主任、中科院沈阳分院院长、国家重点基础研究发展规划(973)天然气、煤层气优化利用的催化基础项目首席科学家、国际天然气转化理事会理事、第四届国家重点基础研究发展规划(973)专家顾问组成员、中科院-德国马普协会纳米催化伙伴研究组中方组长、中科院-BP面向未来的清洁能源项目首席执行官等职,获得国家教委自然科学奖、德国洪堡研究基金、香港求是杰出青年学者奖、国家自然科学二等奖、辽宁省自然科学一等奖、何梁何利科技进步奖、十佳全国优秀科技工作者、中科院2015年度杰出科技成就奖和周光照基金基础科学奖等;带领团队成功开发了甲烷无氧条件选择活化一步高效生产乙烯、芳烃和氢气,合成气高选择性一步转化制烯烃等一系列引发世界化学界和工业界震动的先进技术。)
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