为二氧化碳加氢制液态烃研究拓新路——记科技进步一等奖二氧化碳催化加氢直接合成高品质汽油

　　由中国科学院大连化学物理研究所和珠海市福沺能源科技有限公司联合开发的“二氧化碳催化加氢直接合成高品质汽油”项目，于近日荣获2023年度中国石油和化学工业联合会科学技术奖科技进步一等奖。该技术为二氧化碳高值利用、“双碳”目标的实现提供了技术支撑。石化联合会会长李寿生评价其为：在国际上首创二氧化碳催化加氢直接合成高品质汽油的新路线，为二氧化碳加氢制液态烃研究拓展了新思路。

　　将二氧化碳从温室气体转化为高值化学品和燃料，不仅有助于碳中和的实现，还能在化石能源枯竭或石油价格剧烈波动的情况下保障能源安全。其难点在于二氧化碳是完全氧化、热力学较稳定的分子，将它活化为碳氢化合物本身就很困难。而且二氧化碳在传统催化剂表面吸附的热量相对较低，导致在二氧化碳加氢过程中获得的C/H比值也较低。

　　为解决上述难题，联合攻关团队制备出一种新型Na-Fe₃O₄/HZSM-5催化剂，可直接将二氧化碳转化为汽油范围(C₅~C₁₁)的碳氢化合物。Fe₃O₄本身就对二氧化碳有良好激活作用，而添加钠这种碱性金属，明显增强了铁基催化剂的表面碱性和渗碳性，使催化剂在二氧化碳加氢产生轻质烯烃时更加活跃。

　　这种多功能催化剂具有三种活性点，表现出互补和兼容的特性。二氧化碳最初通过Fe₃O₄位点被氢气还原成一氧化碳，随后通过Fe₅C₂位点将一氧化碳加氢成α-烯烃。烯烃中间体随后扩散到沸石的酸性位点，在这些位点上进行酸性催化反应。最后，属于汽油范围的异构烷烃和芳烃选择性地形成，从沸石孔隙中扩散出来。此外，二氧化碳的转化率和产品的选择性，可以通过改变Na-Fe₃O₄和沸石的质量比来调节。

　　该技术历经实验室小试、百克级单管评价试验、催化剂吨级放大制备、中试工艺包设计等，于2020年在山东邹城工业园区建成全球首套1000吨/年二氧化碳加氢制汽油中试装置。生产的汽油馏分主要为高辛烷值的异构烷烃和芳烃，烃类产物中汽油馏分烃(C₅~C₁₁)的选择性达到78%，异构烷烃45%，芳烃31%，满足GB17930-2016车用汽油国六标准，有利于大规模生产。催化剂具有较好的稳定性，可连续稳定运转3000小时以上，显示出潜在的应用前景。2022年3月4日，该中试装置通过了科技成果评价，各项考核指标均达到或优于设计值。以何鸣元院士为组长的评价专家组一致认为：该技术成果属世界首创，整体技术处于国际领先水平。

　　二氧化碳催化加氢直接合成高品质汽油技术的成功应用，体现出研发团队的科技创新性，推进了碳捕集、利用与封存(CCUS)在化工利用方向的技术进步，对我国能源安全和环境保护具有重要的战略意义。