煤制油高效催化劑實現大規模工業生產
本月初，2017年度中國煤炭工業協會科學技術獎獲獎項目出爐，兗礦集團陝西未來能源公司的百萬噸級煤間接液化關鍵及系統集成技術開發與工業示範項目斬獲唯一的特等獎。
該項目由煤液化及煤化工國家重點實驗室主任、陝西未來能源公司董事長孫啟文帶頭研發並推動落地，2017年實現達產達效。其中的低溫費托合成催化劑、超大型反應裝置、整體系統集成等核心成果開國內先河，對我國現代煤化工產業發展具有重要示範意義。目前，年產400萬噸油品和化學品的後續項目正在緊張籌建中，將填補國內高溫費托合成技術大規模產業化的空白。
依託低溫費托合成技術的未來能源一期百萬噸級煤間接液化國家示範項目已經在榆林投產運行兩年多，年產清潔油品116萬噸，引領我國現代煤化工技術產業化發展向前邁了一大步。
兗礦集團陝西未來能源公司的百萬噸級煤間接液化關鍵及系統集成技術開發與工業示範項目中，年產3000噸的低溫費托合成高效鐵基催化劑是重要的核心成果之一。2016年，這一以孫啟文為第一完成人的鐵基漿態床費托合成催化劑開發研究與工業應用技術，還先後獲得了中國煤炭工業協會科技進步獎一等獎和中國石油和化學工業聯合會技術發明獎二等獎，更使其成為煤化工領域廣受關注的焦點前沿技術。
正是在催化劑研發上取得的突破，為百萬噸級煤間接液化工業裝置的安、穩、長、滿、優運行提供了可靠保障。榆林百萬噸級煤間接液化示範項目的運行數據顯示，基於該催化劑活性好、選擇性優異、機械強度高，反應中H2+CO總轉化率≥95%；選擇性CH4≤4%、C5+≥88%、含氧化合物≤4%；噸液體產品催化劑消耗量
記者了解到，此前煤間接液化中低溫費托合成所用催化劑技術一直被國外壟斷，國內相關研究尚處於理論不深入、應用沒經驗的階段。為了推動國內煤間接液化技術儘快實現產業化，孫啟文從2002年回國加入兗礦集團開始，就組建並帶領團隊開展了相關研發工作，歷經了實驗室研究、100噸/年中試放大和3000噸/年工業化開發3個主要階段，啃下了這塊硬骨頭。
在最初的實驗室階段，孫啟文團隊研究的重點就是弄明白反應機理，確定催化劑製備方法。我國是煤炭資源大國，但各地方煤炭資源的品質各不相同。煤炭成分複雜，以煤炭為原料製備清潔油品，如何能夠保證反應高效生成想要的產品呢？憑藉著多年學習成果和國外工作經驗，在綜合考慮已有研髮結論後，孫啟文選定了鐵基催化劑為攻關重點，並制定了一系列科研實驗計劃。依據這份計劃表，團隊的研發人員運用表面化學、催化化學及催化工程理論，對鐵基催化劑下費托合成反應的反應機理和催化組分的催化作用進行了反覆分析，對催化劑配方、製備條件和工藝進行了深入實驗研究。每一種配方比例、每一個溫度和壓力範圍，研發團隊都設計了周密的交互實驗，總結數據規律，探索變化趨勢，然後結合大量表徵手段和理論知識得出結論，最終確定下來了用於低溫費托合成技術的催化劑配方和製備方法，並申請了專利「一種微球狀費托合成鐵基催化劑及其製備方法」（ZL 03151108.2）和「一種費托合成鐵基催化劑及其製備方法」 （ZL03151107.4）。
在100噸/年中試放大階段，孫啟文將研究的重點放在了整個工藝流程和複雜的反應環境對催化劑各項性能的影響。為了滿足百萬噸級煤間接液化項目的使用，催化劑需要實現大規模生產和應用。雖然前期已經確認了催化劑的製備方法，但在真正的工業生產階段，沉澱反應、浸漬反應、乾燥和焙燒等生產單元的工藝條件都有可能改變催化劑的形貌、物相、表面結構及機械強度。只有掌握放大過程中的變化規律，才能平衡地設置和調節眾多反應參數，保證大規模生產出的催化劑使用效果能夠接近實驗室理論水平。
在3000噸/年催化劑工業化生產階段，研發的難點就更多了。此前，國內相關技術的產業化發展之所以一直空白，就是因為我國在煤間接液化費托合成反應催化劑方面的研發經驗不足，沒有探索出高效催化劑大規模工業化生產的方法。在這一階段，不僅製備過程的反應條件需要確定，相應的原料進料方法、大型反應裝置設計製造、自動控制系統、廢氣廢水廢渣的環保處理技術等研發工作，更需要有孫啟文這樣一位產業經驗豐富的人來主持。
通過各個階段的技術攻關，催化劑長周期使用過程中的選擇性、活性變化原因分析、調控策略以及減少破碎等技術難題被一一解決。作為行業的探路者，孫啟文及其團隊還編製了大型工業化鐵基費托合成催化劑生產技術工藝設計包。這一技術包不僅滿足了未來能源公司百萬噸級煤間接液化項目每年對催化劑的數千噸需求，更整體性、系統化地集合了該催化劑生產的技術方法，為國內外煤化工行業提供技術輸出打下了堅實基礎。來源：中國化工報
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