费托合成技术概述 - 费托合成是一项将一氧化碳和氢气混合的合成气转化为液体燃料和烯烃等有价值化工产品的近百年老工艺[1] - 该技术是全球能源化工领域的骨干成员 可将煤炭、天然气、生物质、二氧化碳等含碳资源转变为能源产品[1] - 铁基催化剂因其便宜好用且适合氢少碳多的原料 成为行业特别是中国化工装置中的标配[1] 传统工艺的挑战 - 铁基催化剂存在导致副反应的问题 如水与一氧化碳结合生成氢气和二氧化碳 或两个一氧化碳反应生成二氧化碳和碳黑[1] - 这些副反应导致每生产3份产物就有1份碳以二氧化碳形式流失 碳损高达约30% 即使回收尾气也难以进一步降低[1] 技术突破与核心发现 - 科研人员发现添加百万分之二十(20ppm)的溴甲烷可使费托合成中二氧化碳生成比例从30%骤降至不到1%[2] - 该突破性成果由中国科学院山西煤炭化学研究所和北京大学化学与分子工程学院合作完成 并发表于《科学》期刊[2] - 溴原子在催化剂表面形成保护膜 改变反应微环境 像门卫一样有效阻止副反应通道 同时允许正常反应进行[3] 技术影响与前景 - 该技术破解了费托合成高碳排放难题 为在双碳目标下推动煤、天然气、生物质等碳资源的绿色转化提供了新路径[2] - 这种通过微小添加剂调控催化剂表面微环境以引导不同反应轨迹的思路 是一种以小博大的技术策略[3] - 该方法不仅适用于铁基催化剂 还有望推广到其他反应体系 可能成为未来绿色化工的重要方向[3]

费托合成工艺概述 - 费托合成是一项将一氧化碳和氢气混合的合成气转化为液体燃料和烯烃等有价值化工产品的工艺，已有近百年历史 [1] - 该技术是将煤炭、天然气、生物质及二氧化碳等含碳资源转变为能源产品的重要工具，目前仍是全球能源化工领域的骨干技术 [1] - 铁基催化剂因其成本低廉且适用于氢少碳多的原料如煤炭，在化工装置中广泛应用 [1] 传统工艺的挑战 - 铁基催化剂在反应中存在副反应问题，会导致水和一氧化碳结合生成氢气和二氧化碳，或两个一氧化碳反应生成二氧化碳和碳黑 [1] - 这些副反应导致每生产3份产物，就有1份碳以二氧化碳形式流失，碳损失率高达约30% [1] - 即使采用尾气回收手段，也难以将碳损进一步降低 [1] 技术突破与核心发现 - 科研人员通过在反应体系中添加百万分之一量级的卤代甲烷如溴甲烷，成功破解了高碳排放难题 [2] - 在300摄氏度、5个大气压条件下，仅添加20ppm溴甲烷即可使二氧化碳生成比例从30%骤降至不到1% [2] - 该技术由中国科学院山西煤炭化学研究所和北京大学化学与分子工程学院合作研发，成果发表于《科学》期刊 [2] 技术原理与机制 - 溴原子在催化剂表面形成保护膜，改变了关键位置的反应环境，有效抑制副反应 [3] - 该机制能阻止水分子引发副反应，并防止两个一氧化碳生成多余二氧化碳，同时对正常反应通道予以放行 [3] - 该添加剂还能关闭不必要的后续反应通道，使产物更加集中和纯净 [3] 行业影响与应用前景 - 该技术为双碳目标下推动煤、天然气、生物质等碳资源的绿色转化提供了新路径 [2] - 这一思路不仅适用于铁基催化剂，也有望推广到其他反应体系，代表了一种以小博大的技术策略 [3] - 用微小添加剂调控催化剂表面微环境以引导不同反应轨迹的方法，可能成为未来绿色化工的重要方向 [3]

技术突破核心 - 中国科学家开发出新的催化调控技术，使费托合成过程几乎不产生二氧化碳，并大幅提升高值化学品产率 [1] - 新技术通过在合成气中引入极其微量的卤素化合物，实现对铁基催化剂表面反应路径的精准控制，将二氧化碳生成路径关闭，实现二氧化碳"零排放" [1] - 采用该方法使高附加值烯烃比例提升至85%以上，超过行业平均水平 [1] 技术优势与特点 - 调控方式完全不改变原有催化剂结构、无需更换设备，只需引入微量的卤素化合物，具有极强的工程适应性 [2] - 该技术被比喻为在烹饪中加入一滴"分子级调味料"，能实现"动态调控"，"关掉"副反应通道，提升反应的碳原子利用效率 [2] 行业背景与意义 - 费托合成是化学工业中重要的催化反应技术，主要用于将合成气转化为液体燃料或烯烃等高值化学品，在煤炭、天然气和生物质等碳资源制备过程中发挥关键作用 [1] - 铁基催化剂具有低成本、高油品时空产率等优势，目前占据全球三分之二以上的费托合成产能，但其最大短板是反应过程中易产生大量二氧化碳，产率常高达30% [1] - 费托合成是中国煤化工和合成气化工的重要支柱，但其二氧化碳释放问题是制约其绿色升级的最大挑战之一，以往方法最多只能把二氧化碳生成比例从30%降到10% [2] 技术影响 - 该技术攻克了"费托合成高碳排放"的世界性难题，实现了绿色低碳的烯烃或油品生产 [2] - 技术为低碳化工制造提供了新策略，有望为我国煤化工过程的脱碳提供新的路径 [1][2]