作者:韩扬眉 来源:中国科学报 发布时间:2022/5/14 16:51:30
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创新催化剂,工业生产迈上“新台阶”
我国首创“5万吨/年乙烯多相氢甲酰化及其加氢制正丙醇工业化技术”通过科技成果鉴定

 

5月14日,中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)采用烯烃多相氢甲酰化单原子催化剂的“5万吨/年乙烯多相氢甲酰化及其加氢制正丙醇工业化技术”,通过了由中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。鉴定委员会一致认为:发明的乙烯氢甲酰化金属Rh单原子多相催化剂属于首创技术,整体技术达到国际领先水平,一致同意通过鉴定。

烯烃氢甲酰化反应是一种将烯烃、氢气和一氧化碳转化为醛类化合物的反应,该过程中原材料的利用率近100%,在优化利用资源方面具有重要意义。并且,醛可以进一步转化成为醇、酸和酯等化学品,这些化学品是洗涤剂、增塑剂、表面活性剂,以及医药、香料等高附加值精细化学品的主要原料。但是,烯烃氢甲酰化反应在催化过程中存在诸如贵金属和配体的流失、催化剂与产物分离困难、大量使用溶剂、大量低品位反应热利用率低等问题。

为解决上述问题,大连化物所丁云杰研究员和严丽研究员团队自主研发了烯烃多相氢甲酰化单原子催化剂,解决了八十多年来均相催化多相化一直没有解决的配体和活性金属组分流失等难题,且经济效益显著。

2020 年8 月,由大连化物所研发、上海寰球工程有限公司设计、宁波巨化化工科技有限公司建设的“5万吨/年乙烯多相氢甲酰化及其加氢制正丙醇的工业化装置”投料开车,平稳运行至今。2021年10月18日至21日,该装置进行了内部72小时连续运行考核,结果显示,乙烯总转化率为99.26%,丙醛加氢总转化率为99.58%,丙醛和正丙醇的选择性分别为99.51%和98.64%。

“乙烯多相氢甲酰化及其加氢制正丙醇工业化项目在工艺路线选择、工艺流程设计、设备选型、自动控制等方面进行了大量优化和完善,采取了多项填补行业空白的先进控制技术,最终实现了全流程一次开车成功。该项技术是世界首创,为烯烃多相氢甲酰化产业发展奠定了基础。” 宁波巨化化工科技有限公司董事长、总经理周强介绍。

据介绍,通过本次科技成果鉴定的“5万吨/年乙烯多相氢甲酰化及其加氢制正丙醇工业化技术”具有以下的技术优势:(1)贵金属原子利用率接近100%,而且流失量可以忽略不计;(2)催化剂与反应体系几乎无分离成本;(3)反应体系中采用无溶剂化的绿色环保过程,因此醛和正丙醇产品杂质少、纯度高;(4)通过在工程化过程中的节能设计,使得氢甲酰化反应和加氢反应中大量的低品位热量得到了高效利用。

2011年,中科院院士、大连化物所研究员张涛等提出“单原子催化”的概念,近年来已成为催化领域研究的前沿热点,此次通过科技成果鉴定的“5万吨/年乙烯多相氢甲酰化及其加氢制正丙醇工业化技术”的核心催化剂就是单原子催化剂。从提出原创性概念到深入的科学研究,再到工业化应用尝试,单原子催化在中国驶入“快车道”。利用该技术的乙烯氢甲酰化工业装置自投产以来已平稳运行22个月,且仍保持满负荷运行,再次验证了单原子催化剂具有广泛工业应用潜力,也进一步丰富了单原子催化理论。同时,该多相氢甲酰化技术可以拓展到其它烯烃的氢甲酰化生产醛的过程中,缓解我国醇、酸、脂等重要化工原料的供需矛盾。

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5万吨/年乙烯多相氢甲酰化及其加氢制正丙醇工业化技术装置(大连化物所供图)

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多相氢甲酰化工业化装置示意图(大连化物所供图)

 
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