首页 > 资讯 > 科技前沿
高稳定强酸性介孔分子筛的合成项目攻关纪实
http://www.chemequ.cn 2017-12-15 11:00:13 中国石油报

新材料锻造催化利器

 

  该团队创建了“高浓体系晶种法合成介孔分子筛”的新体系,在国际上首次将晶种法引入介孔分子筛的合成,解决了晶种法无法合成介孔分子筛的难题。图为原理示意图。

  近日,记者从2017年中国石油天然气集团公司科技奖励成果公告中获悉,由石油化工研究院负责完成的“基于提高介孔分子筛稳定性和酸量的结构构造与新合成体系创建”项目,荣获集团公司基础研究一等奖。这是今年集团公司颁布新的科技奖励制度、首次设立基础研究奖后,首批获此殊荣的两项成果之一。

  介孔分子筛发展前景如何?提高介孔分子筛的稳定性和酸性的意义在哪里?对集团公司炼化技术进步有什么作用?带着一系列问题,记者走近这个创新团队,多角度深入了解这一创新技术。

  从微孔到介孔

  催化剂研发遭遇“拦路虎”

  在现代炼化技术中,90%的反应过程是催化反应,分子筛材料作为非常重要的一类催化材料,一直是催化材料技术发展的方向。催化裂化催化剂作为最大宗的炼油催化剂,全球年产量达到了90万吨以上。

  1992年,以美国Mobil公司首次开发成功M41S系列介孔分子筛为开端,分子筛孔径从原来的微孔范围拓展到了介孔结构领域,对分子筛发展具有里程碑意义。

  由于炼油厂需要加工的大分子劣质重质原料油越来越多,微孔分子筛的劣势日渐突出,进一步提高重质原料油的转化效率,一直是炼油科技工作者奋斗的目标。

  介孔分子筛作为连接微孔分子筛和大孔载体材料的桥梁,成为增强催化剂性能的潜在利器。

  介孔分子筛的出现,在世界分子筛领域掀起了研究热潮,在基础理论和反应过程等方面取得了许多令人瞩目的成果。随着应用研究的深入,介孔分子筛在催化氧化、吸附分离、汽车尾气处理、生物医药及先进储能材料等领域都体现出广阔的发展前景。

  介孔介于微孔和大孔之间,不同于微孔的结构相对稳定,介孔的结构不太稳定。特别是催化裂化特殊的高温水热反应条件和催化剂对成本敏感的特点,使介孔分子筛在催化裂化催化剂中的应用始终难以突破,水热稳定性差、酸性弱、成本高,成为介孔分子筛应用于催化裂化催化剂的“拦路虎”,也是国际分子筛领域面临的重要挑战和难题。

  2005年,中国石油风险基金项目开始关注催化新材料这一重要基础领域。

  “十多年前即确定开展高性能介孔分子筛应用基础研究并给予长期支持,这体现了集团公司在顶层设计、联合攻关、共享成果等方面的前瞻性和战略布局。”回顾这一重大成果的研发过程,项目负责人、集团公司高级技术专家刘宏海深有感触。因为有了总部对项目研发持续稳定的支持,项目组才能俯下身子、心无旁骛地深入研究。

  从犹疑到坚持

  摘取催化领域“明珠”

  从事应用基础研究,可能很多年都见不到效益,对企业和科研团队都是一个不小的考验。在项目实施过程中,看到其他同事取得了一项项令人羡慕的科研成果,新产品一个个走向市场,为企业创造了巨大效益,“继续坚持做基础研究?这个领域到底有没有前途?”各种困扰不时袭来。

  难得的是,这个团队选择了在无人喝彩的路上坚持执着前行。“纵观历史,国内外催化剂技术的进步,无不是催化材料技术取得突破的结果。既然研发方向正确,所需要的就是甘于淡泊、守住寂寞的心,基础研究工作总得有人去做。”项目组唯一出路就是在催化材料研发上有所突破。

  “早在上世纪90年代,在国内外都少人问津的情况下,当时在兰州工作的高雄厚教授敏锐地选择研究通过增加壁厚提高介孔分子筛稳定性的技术,并使该技术走到了领域前列。”作为高雄厚教授的博士生的刘洪涛回忆道。

  然而,高雄厚很快被调到了北京工作。在集团公司的支持下,石化院兰州中心刘宏海与北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室刘洪涛教授组成课题项目组。在后来的项目研发过程中,已任石化院副院长的高雄厚多次组织技术交流会,对母液回用和晶种法合成技术在降低成本、环保清洁化生产以及提高生产效率等方面提出了具体而翔实的意见。

  正是总部持续不断的资金支持和一代代科技人员的技术积累,项目组充分汲取前期工作经验和成果,明晰攻关目标,以深入扎实的基础研究摘取了催化材料领域的这颗“明珠”。

  新型介孔分子筛工业牌号名为MASTER-1,意为Mesopore Acidity Stability Technology for Efficient Reaction,组合词充分体现了分子筛材料的特点,也包含了项目组的“心意”。

  MASTER的一个含义是硕士,项目组成员全部是硕士以上的研究生,取这个牌号是为纪念这段共同攻关的难忘岁月,也期望自己成为分子筛领域的MASTER(master另一个含义是专家)。

  如今,他们的梦想实现了,不但在构造高性能介孔分子筛结构的基础研究方面取得了重要突破,也实现了连续化规模生产。

  这是介孔分子筛合成领域的重大突破,也是中国石油在前沿、热点、关键催化基础材料技术开发方面取得的重要成果。

  由“土墙”到“砖墙”

  为中国锻造新材料基础利器

  科研的道路上少不了沟沟坎坎,创新,是新时代科技工作者永恒的使命。

  历经十二年,项目组凭借责任感和使命感的支撑,在水热稳定性、酸性和成本等难题系统性攻关中取得重大突破,并完成了从实验室小试、中试放大、吨级放大、工业试生产及工业化规模连续化生产,最终形成了具有完整自主知识产权的介孔分子筛工业化生产成套技术。特别是介孔分子筛高性能低成本合成技术、连续规模化生产工程技术和应用技术实现质的飞跃,成套技术达到国际领先水平。

  针对介孔分子筛稳定性差的技术难题,项目组构建了“拟晶态组装法”,实现了孔壁构筑由“垒土墙”向“砌砖墙”的结构性跨越。

  由于杂原子引入量受限,导致酸性位缺失,项目组创制了在拟晶态结构单元中预置高含量四配位铝,将其植入孔壁后大幅提高介孔分子筛的酸量。基础研究成果能否走出实验室,成本问题也是关键。项目组首创了“高浓体系晶种法合成介孔分子筛”新方法,使介孔分子筛合成高性能化、绿色化、低成本化和生产连续规模化成为现实。

  目前,介孔分子筛工业化生产完成,已成功应用到催化裂化催化剂配方中。工业结果验证:与其他介孔分子筛相比,本技术合成的介孔分子筛水热稳定性提高264%,酸量提高85%,原料成本降低60%以上,在催化裂化反应中性能优异,首次实现在催化裂化催化剂中的应用。新材料不但为介孔分子筛应用于催化裂化、加氢裂化等炼油催化剂创造了条件,同时可为提高精细化工、环境保护等催化过程的反应效率提供新途径,将有力推动催化领域的技术进步,为加快提高集团公司炼化技术国际竞争力发挥重要的先导性引领作用。

  截至目前,他们的研究成果在国际著名学术期刊发表SCI收录论文9篇,申报发明专利8件,涉及合成、改性、应用的4件核心发明专利已获授权。他们的论文被美国哈佛大学Joanna Aizenberg教授等学者多次引用并给予了高度评价。 

文章关键字:
投稿箱:
        如果您有原创企业新闻、技术文档、化工设备图书、管理理念、安全知识、选购指南、成功案例或进行资讯发布相关合作,欢迎联系本网编辑,投稿邮箱: zxn@netsun.com。 投稿电话:024-83959307

客服
热线

024-83959307
网站服务热线

生意
名片

微营销
拥有自己的手机名片