讓更少的煤“變”出更多的油——記中國專利金獎項目“低溫費托合成催化劑及其制備方法和應(yīng)用”
文章來源：中化新網(wǎng) 更新時間：2025-07-14 14:30:50
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在國家能源集團北京低碳清潔能源研究院(以下簡稱低碳院)的展廳里，一罐普通的黑色粉末靜置在展柜中。它看似毫不起眼，但用于煤制油裝置，可以大幅提高煤變油的效率，用更少的煤“變”出更多的油。它就是費托鐵基催化劑，也被稱為煤間接液化制油技術(shù)的“芯片”。
該技術(shù)相關(guān)專利“低溫費托合成催化劑及其制備方法和應(yīng)用”獲得第二十五屆中國專利金獎。6月20日，中國化工報記者走進低碳院，采訪了項目團隊成員，探訪這一技術(shù)背后的攻堅故事。 面向國家需求 研發(fā)高抗磨催化劑 我國具有富煤、貧油、少氣的能源稟賦，發(fā)展煤制油技術(shù)對保障能源安全具有重大意義。其中，煤間接液化制油技術(shù)是煤制油技術(shù)的重要方向，而費托合成催化劑又是煤間接液化制油技術(shù)的核心。 2006年，國家能源集團自主開展費托合成催化劑的研發(fā)。低碳院首席專家林泉博士勇挑重擔(dān)，投身于費托合成催化劑的研發(fā)工作。 “當時，催化劑面臨抗磨損性和穩(wěn)定性不足、活性和高附加值產(chǎn)品收率低等問題。抗磨損性不足會導(dǎo)致反應(yīng)器堵塞，影響裝置運行，產(chǎn)品也會混有催化劑的細粉，導(dǎo)致品質(zhì)降低，而過濾其中的雜質(zhì)又會產(chǎn)生大量固廢，增加處理成本。”林泉回憶道。 “傳統(tǒng)提升催化劑強度的方法是加大黏結(jié)劑用量，但這會覆蓋催化劑活性表面，導(dǎo)致性能降低，高溫制備方法也會導(dǎo)致催化劑孔結(jié)構(gòu)致密化，降低傳遞效率。”林泉進一步解釋說，“我們摒棄了傳統(tǒng)鐵基催化劑的思路方法，通過調(diào)控鐵表面吸附性質(zhì)和硅羥基特性，讓鐵和硅在合適條件下結(jié)合，既提高了催化劑強度，又保留了活性表面。我們還采用低溫條件制備，解決了催化劑孔隙變小、密度增大的問題。” 經(jīng)過十年攻關(guān)，研發(fā)團隊研發(fā)出具有高抗磨性和多產(chǎn)油蠟特性的新型鐵硼系CNFT費托合成催化劑。 “三蒸三曬” 實現(xiàn)千噸級工業(yè)放大 從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，這條路布滿荊棘。 “釀造醬油需三蒸三曬，我們也是如此。催化劑的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)歷了三次從實驗室到工業(yè)化的‘涅槃’。”林泉介紹道。 2010年，新型催化劑的公斤級中試放大及噴霧干燥成型試驗順利，卻在噸級工業(yè)放大中出現(xiàn)了問題。工業(yè)試驗暴露出抗磨性缺陷，于是研究團隊回歸實驗室，從影響抗磨性的基礎(chǔ)認識開始進行第二次“長征”。 2016年，團隊開展百噸級工業(yè)放大試驗，卻遭遇產(chǎn)物輕質(zhì)組分偏多，無法滿足工業(yè)應(yīng)用性能要求的問題。此時，質(zhì)疑的聲音再次傳來：“這已經(jīng)是第二次失敗了，是不是創(chuàng)新的方向錯了。” 面對這些質(zhì)疑，林泉沒有氣餒，依然堅持原創(chuàng)之路。“誰說問題只有一個解決方案。”林泉說。她帶領(lǐng)團隊重返實驗室進行梳理，終于發(fā)現(xiàn)了癥結(jié)所在，原來是工業(yè)裝置循環(huán)氣帶來的氣體組成變化影響了反應(yīng)。找準方向后，團隊僅用2個月時間便完成新催化劑配方定型和驗證，并在百噸級評價裝置上進行了2000小時的長周期運轉(zhuǎn)試驗。 更大的挑戰(zhàn)在千噸級產(chǎn)線上。在生產(chǎn)實踐中，因催化劑漿料黏稠，輸送和噴成小球困難，難以進行連續(xù)化生產(chǎn)。研究團隊與設(shè)備廠家反復(fù)討論設(shè)計方案，定制特殊設(shè)備，才使得產(chǎn)線平穩(wěn)運行。在連續(xù)生產(chǎn)時，配方穩(wěn)定性又出現(xiàn)問題，通過細致觀察，林泉發(fā)現(xiàn)有冷卻水滲漏，導(dǎo)致原料流失。團隊緊急更換密封材質(zhì)，問題得以解決。“每一次失敗之后，低碳院都沒有放棄我們，還是一如既往地給予支持。”回看來路，林泉始終深懷感恩之情。 “干活就完了” 用創(chuàng)新推動行業(yè)水平提升 CNFT-1費托合成催化劑先后在國家能源集團寧夏煤業(yè)400萬噸/年煤間接液化裝置和潞安化工集團100萬噸/年合成油裝置上推廣應(yīng)用。“CNFT-1催化劑優(yōu)良的耐磨性能延長了反應(yīng)器內(nèi)過濾器使用壽命，裝置產(chǎn)能提高5%，裝置檢修周期由1年延長至3年，高附加值油蠟產(chǎn)量比同類催化劑提升14%。”低碳院煤間接液化技術(shù)研究中心呂毅軍博士補充道，“此外，技術(shù)突破倒逼同行升級，帶動了行業(yè)整體水平快速提升。” CNFT-1催化劑研發(fā)成功后，團隊繼續(xù)前行。2021年，針對煤化工行業(yè)面臨的高二氧化碳排放瓶頸問題，團隊創(chuàng)新開發(fā)了新一代低二氧化碳選擇性CNFT-2催化劑技術(shù)。CNFT-2催化劑在工業(yè)裝置應(yīng)用后，二氧化碳選擇性相比上一代催化劑降低4個百分點，百萬噸油品二氧化碳年排放量降低15萬噸。 回顧研發(fā)過程，項目團隊在工廠一待就是小半年，經(jīng)常要爬上六七十米高的裝置，在大風(fēng)呼嘯中檢查、分析、解決問題。催化劑生產(chǎn)出現(xiàn)堵塞時，他們掏管道，研究原因。回憶起這些困難時，林泉感慨道：“當時也沒想太多，干活就完了。” 正是這種不怕困難、勇往直前的科研精神，才讓團隊在經(jīng)歷多次失敗后，仍舊持續(xù)堅持、創(chuàng)新不止，在煤制油催化劑領(lǐng)域闖出一片新天地。
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