[00020707]低碳烷烃选择氧化制低碳烯烃

一、项目简介 随着世界范围内富含甲烷的页岩气、天然气水合物等的大规模开采，以储量相对丰富和价格低廉的甲烷替代石油生产液体燃料和基础化学品成为研究热点，且备受产业界关注。除主组分甲烷外，页岩气中还包含大量乙烷、丙烷等轻质烷烃资源，将这些储量丰富的碳资源直接转化为烯烃和芳烃等基础化学品，有望革新以原油为基础的化学工业。 然而，具有四面体对称性的甲烷分子是自然界中最稳定的有机小分子，其选择活化和定向转化是科学上面临的主要挑战之一，被誉为是催化，乃至化学领域的“圣杯”。迄今为主，天然气的转化利用还停留在传统的“二步法”，投资高、能耗大，总碳利用率低。与“二步法”的间接路线相比，甲烷的直接转化彻底摒弃了高耗能的合成气制备过程，大大缩短了工艺路线，节约了成本，且提高了碳原子利用率。因此，针对甲烷的直接转化又掀起一场研究热潮。 二、前期研究基础 研究团队长期致力于低碳烷烃选择氧化的研究，系统发展了一系列小分子烷烃(甲烷，乙烷，丙烷)的选择性氧化催化体系，构筑了各类新型纳米限域结构催化材料、纳米界面结构催化材料。如：在高分散Cu、Fe催化剂上，实现甲烷选择氧化制甲醇、甲醛；MoOx/SBA-15等催化剂上乙烷选择性氧化制备甲醛/乙醛； NiO与多金属氧酸盐(POM)纳米复合催化剂上，实现丙烷低温氧化脱氢高选择性制丙烯等。并在活性位本质认知、原位、动态表征和构-效关系等基础科学方面取得显著成果。发表Chem. Soc. Rev. (2014, 43, 3480)、J. Catal. (2007, 250, 365)、J. Catal. (2007, 247, 245)、J. Phys. Chem. C (2008, 112, 13700)、J. Phys. Chem. C (2007, 111, 2044)等系列研究论文。 三、应用技术成果 低碳烷烃选择转化制低碳烯烃的研究成果，显示出潜在的应用前景。目前已获2项发明专利授权。研究团队进一步与中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院合作，签署了2项合作协议，分别开展甲烷催化选择转化和乙烷选择氧化-烷基化制乙苯的研究。第一个项目将开展温和条件下甲烷的催化氧化研究，同时也将发展电催化方法用于甲烷的转化。第二个项目从乙烷出发，经氯氧化高选择性得到乙烯中间体，乙烯进一步在双功能催化剂上与苯烷基化制得乙苯，即通过耦合乙烷氯氧化、乙烯与苯烷基化的催化体系，实现乙烷直接制乙苯。目前已研制了金属氧化物/沸石分子筛双功能催化剂，打通了乙烷制乙苯的反应路线。项目拟进一步开展催化剂和反应过程放大研究。 四、合作企业 上海石油化工研究院，是中国石油化工股份有限公司的直属科研单位，主要研究方向涉及基本有机原料 (烯烃、芳烃及其大宗衍生物)、煤/天然气化工、合成材料、油田化学品及精细化工等领域。拥有基本有机原料催化剂国家工程研究中心、绿色化工与工业催化国家重点实验室等国家级研发基地。开发了一系列先进技术，包括甲苯歧化、乙苯/苯乙烯、丙烯腈、精对苯二甲酸、异丙苯、裂解汽油加氢、醋酸乙烯、甲醇制烯烃(MTO/MTP)、煤制乙二醇、煤制天然气等成套技术或催化剂，并成功应用于国内外大中型企业，保持了国际领先或进水平