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用”

　　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的“芯片”。

　　該技術相關專利“低溫費托合成催化劑及其制備方法和應用”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，探訪這一技術背后的攻堅故事。

　　面向國家需求　研發高抗磨催化劑

　　我國具有富煤、貧油、少氣的能源稟賦，發展煤制油技術對保障能源安全具有重大意義。其中，煤間接液化制油技術是煤制油技術的重要方向，而費托合成催化劑又是煤間接液化制油技術的核心。

　　2006年，國家能源集團自主開展費托合成催化劑的研發。低碳院首席專家林泉博士勇挑重擔，投身于費托合成催化劑的研發工作。

　　“當時，催化劑面臨抗磨損性和穩定性不足、活性和高附加值產品收率低等問題。抗磨損性不足會導致反應器堵塞，影響裝置運行，產品也會混有催化劑的細粉，導致品質降低，而過濾其中的雜質又會產生大量固廢，增加處理成本。”林泉回憶道。

　　“傳統提升催化劑強度的方法是加大黏結劑用量，但這會覆蓋催化劑活性表面，導致性能降低，高溫制備方法也會導致催化劑孔結構致密化，降低傳遞效率。”林泉進一步解釋說，“我們摒棄了傳統鐵基催化劑的思路方法，通過調控鐵表面吸附性質和硅羥基特性，讓鐵和硅在合適條件下結合，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。”

　　經過十年攻關，研發團隊研發出具有高抗磨性和多產油蠟特性的新型鐵硼系CNFT費托合成催化劑。

　　“三蒸三曬”　實現千噸級工業放大

　　從實驗室走向產業化，這條路布滿荊棘。

　　“釀造醬油需三蒸三曬，我們也是如此。催化劑的產業化經歷了三次從實驗室到工業化的‘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，卻在噸級工業放大中出現了問題。工業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認識開始進行第二次“長征”。

　　2016年，團隊開展百噸級工業放大試驗，卻遭遇產物輕質組分偏多，無法滿足工業應用性能要求的問題。此時，質疑的聲音再次傳來：“這已經是第二次失敗了，是不是創新的方向錯了。”

　　面對這些質疑，林泉沒有氣餒，依然堅持原創之路。“誰說問題只有一個解決方案。”林泉說。她帶領團隊重返實驗室進行梳理，終于發現了癥結所在，原來是工業裝置循環氣帶來的氣體組成變化影響了反應。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小時的長周期運轉試驗。

　　更大的挑戰在千噸級產線上。在生產實踐中，因催化劑漿料黏稠，輸送和噴成小球困難，難以進行連續化生產。研究團隊與設備廠家反復討論設計方案，定制特殊設備，才使得產線平穩運行。在連續生產時，配方穩定性又出現問題，通過細致觀察，林泉發現有冷卻水滲漏，導致原料流失。團隊緊急更換密封材質，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”　用創新推動行業水平提升

　　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用。“CNFT-1催化劑優良的耐磨性能延長了反應器內過濾器使用壽命，裝置產能提高5%，裝置檢修周期由1年延長至3年，高附加值油蠟產量比同類催化劑提升14%。”低碳院煤間接液化技術研究中心呂毅軍博士補充道，“此外，技術突破倒逼同行升級，帶動了行業整體水平快速提升。”

　　CNFT-1催化劑研發成功后，團隊繼續前行。2021年，針對煤化工行業面臨的高二氧化碳排放瓶頸問題，團隊創新開發了新一代低二氧化碳選擇性CNFT-2催化劑技術。CNFT-2催化劑在工業裝置應用后，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。

　　回顧研發過程，項目團隊在工廠一待就是小半年，經常要爬上六七十米高的裝置，在大風呼嘯中檢查、分析、解決問題。催化劑生產出現堵塞時，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，才讓團隊在經歷多次失敗后，仍舊持續堅持、創新不止，在煤制油催化劑領域闖出一片新天地。