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。