低温甲烷氧化偶联制乙烯

申文杰



低温甲烷氧化偶联制乙烯

申文杰

(中国科学院大连化学物理研究所，催化基础国家重点实验室，辽宁 大连 116023)

乙烯等低碳烯烃是重要的基础化工原料，被广泛用于生产塑料、纤维和橡胶等化工产品。其生产主要依赖石脑油蒸汽裂解，但源于石油加工路线的石脑油资源却日益稀缺，因此开辟和发展从甲烷(天然气、页岩气和煤层气的主要成分)、煤炭和生物质等非石油资源合成低碳烯烃新路线，是兼具重要学术意义和重大应用价值的战略课题。

近年来，这些非石油资源经由合成气(CO/H2)间接合成低碳烯烃方面的研究接连取得了突破性进展，其中经由合成气合成甲醇再通过SAPO-34、ZSM-5分子筛催化转化制备低碳烯烃技术已实现工业化应用。最近，我国科学家发现“ZnCrO-SAPO”双功能催化剂1和“纳米CoC”催化剂2可在温和条件下高选择性地将合成气转化为低碳烯烃。尽管如此，间接合成过程流程长以及合成气造气高温、高能耗和高物耗也是不争的事实，这在一定程度上降低了间接合成路线的竞争优势。特别是，甲烷的间接转化需要将本应部分保留于产品的C―H键全部打断生成合成气，然后再在催化剂作用下重组得到烃类产品，故而并不完美。因此，甲烷的直接转化一直是科学家孜孜以求的理想路径，但极富挑战性。

我国在甲烷无氧直接转化制烯烃和芳烃方面也取得了重大进展，在1000–1400 °C下成功实现了甲烷一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等高值化学品，反应过程本身实现了二氧化碳的零排放，碳原子利用率达到100%3。……