让更少的煤“变”出更多的油——记中国专利金奖项目“低温费托合成催化剂及其制备方法和应用”

  在国家能源集团北京低碳清洁能源研究院(以下简称低碳院)的展厅里,一罐普通的黑色粉末静置在展柜中。它看似毫不起眼,但用于煤制油装置,可以大幅提高煤变油的效率,用更少的煤“变”出更多的油。它就是费托铁基催化剂,也被称为煤间接液化制油技术的“芯片”。

  该技术相关专利“低温费托合成催化剂及其制备方法和应用”获得第二十五届中国专利金奖。6月20日,中国化工报记者走进低碳院,采访了项目团队成员,探访这一技术背后的攻坚故事。

  面向国家需求 研发高抗磨催化剂

  我国具有富煤、贫油、少气的能源禀赋,发展煤制油技术对保障能源安全具有重大意义。其中,煤间接液化制油技术是煤制油技术的重要方向,而费托合成催化剂又是煤间接液化制油技术的核心。

  2006年,国家能源集团自主开展费托合成催化剂的研发。低碳院首席专家林泉博士勇挑重担,投身于费托合成催化剂的研发工作。

  “当时,催化剂面临抗磨损性和稳定性不足、活性和高附加值产品收率低等问题。抗磨损性不足会导致反应器堵塞,影响装置运行,产品也会混有催化剂的细粉,导致品质降低,而过滤其中的杂质又会产生大量固废,增加处理成本。”林泉回忆道。

  “传统提升催化剂强度的方法是加大黏结剂用量,但这会覆盖催化剂活性表面,导致性能降低,高温制备方法也会导致催化剂孔结构致密化,降低传递效率。”林泉进一步解释说,“我们摒弃了传统铁基催化剂的思路方法,通过调控铁表面吸附性质和硅羟基特性,让铁和硅在合适条件下结合,既提高了催化剂强度,又保留了活性表面。我们还采用低温条件制备,解决了催化剂孔隙变小、密度增大的问题。”

  经过十年攻关,研发团队研发出具有高抗磨性和多产油蜡特性的新型铁硼系CNFT费托合成催化剂。

  “三蒸三晒” 实现千吨级工业放大

  从实验室走向产业化,这条路布满荆棘。

  “酿造酱油需三蒸三晒,我们也是如此。催化剂的产业化经历了三次从实验室到工业化的‘涅槃’。”林泉介绍道。

  2010年,新型催化剂的公斤级中试放大及喷雾干燥成型试验顺利,却在吨级工业放大中出现了问题。工业试验暴露出抗磨性缺陷,于是研究团队回归实验室,从影响抗磨性的基础认识开始进行第二次“长征”。

  2016年,团队开展百吨级工业放大试验,却遭遇产物轻质组分偏多,无法满足工业应用性能要求的问题。此时,质疑的声音再次传来:“这已经是第二次失败了,是不是创新的方向错了。”

  面对这些质疑,林泉没有气馁,依然坚持原创之路。“谁说问题只有一个解决方案。”林泉说。她带领团队重返实验室进行梳理,终于发现了症结所在,原来是工业装置循环气带来的气体组成变化影响了反应。找准方向后,团队仅用2个月时间便完成新催化剂配方定型和验证,并在百吨级评价装置上进行了2000小时的长周期运转试验。

  更大的挑战在千吨级产线上。在生产实践中,因催化剂浆料黏稠,输送和喷成小球困难,难以进行连续化生产。研究团队与设备厂家反复讨论设计方案,定制特殊设备,才使得产线平稳运行。在连续生产时,配方稳定性又出现问题,通过细致观察,林泉发现有冷却水渗漏,导致原料流失。团队紧急更换密封材质,问题得以解决。“每一次失败之后,低碳院都没有放弃我们,还是一如既往地给予支持。”回看来路,林泉始终深怀感恩之情。

  “干活就完了” 用创新推动行业水平提升

  CNFT-1费托合成催化剂先后在国家能源集团宁夏煤业400万吨/年煤间接液化装置和潞安化工集团100万吨/年合成油装置上推广应用。“CNFT-1催化剂优良的耐磨性能延长了反应器内过滤器使用寿命,装置产能提高5%,装置检修周期由1年延长至3年,高附加值油蜡产量比同类催化剂提升14%。”低碳院煤间接液化技术研究中心吕毅军博士补充道,“此外,技术突破倒逼同行升级,带动了行业整体水平快速提升。”

  CNFT-1催化剂研发成功后,团队继续前行。2021年,针对煤化工行业面临的高二氧化碳排放瓶颈问题,团队创新开发了新一代低二氧化碳选择性CNFT-2催化剂技术。CNFT-2催化剂在工业装置应用后,二氧化碳选择性相比上一代催化剂降低4个百分点,百万吨油品二氧化碳年排放量降低15万吨。

  回顾研发过程,项目团队在工厂一待就是小半年,经常要爬上六七十米高的装置,在大风呼啸中检查、分析、解决问题。催化剂生产出现堵塞时,他们掏管道,研究原因。回忆起这些困难时,林泉感慨道:“当时也没想太多,干活就完了。”

  正是这种不怕困难、勇往直前的科研精神,才让团队在经历多次失败后,仍旧持续坚持、创新不止,在煤制油催化剂领域闯出一片新天地。


相关推荐

中空纤维膜污染检测工艺获认可

6月19日,天津膜天膜科技股份有限公司开发的“中空纤维膜污染检测工艺研发”项目获得天津经开区群团工作部主办的2025年创新工作室创新成果二等奖。

2025-07-11     ​中化新网

江西省化学化工学会九江科技服务站落地彭泽

中化新网讯 7月4日,江西省化学化工学会九江科技服务站签约仪式在彭泽县举行。江西省化学化工学会与九江科技服务站依托单位江西贝特利新材料有限公司现场签约了合作协议,依托江西省化学化工学会人才和技术优势....

2025-07-11     中化新网

中国科协发布2025重大科技问题难题多项化学化工项目入选

  7月6日,第27届中国科协年会主论坛在北京举行。

2025-07-11     中国化工报

寰球河北公司OPC程序通过测试

  近日,寰球河北公司自主研发的OPC程序通过抚顺乙烯智能PID项目组百张智能图纸压力测试,成功上线。

2025-07-11     中国化工报

“苏超”赛场掀起“材料革命”

  当前,江苏城市足球超级联赛(以下简称“苏超”)正如火如荼地进行,不仅点燃了球迷的热情,也为化工科技提供了展示舞台。值得关注的是,一批江苏化工企业正将高分子材料与体育产业深度融合,从运动装备到场馆设...

2025-07-11     中国化工报