乙烯多相氫甲醯化及其加氫制正丙醇工業裝置成功投產

近日，乙烯多相氫甲醯化及其加氫技術生產正丙醇工業化裝置在寧波巨化新材料有限公司全流程一次投產成功，該裝置的核心技術由中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱「大連化物所」）丁雲傑研究員、嚴麗研究員團隊自主研發，創造性地採用了單原子催化的烯烴多相氫甲醯化技術。產品丙醛和正丙醇的質量均達到國際優級品標準，正丙醇中酸含量只有2-3ppm，遠低於美國材料實驗協會的標準規定（正丙醇中酸含量小於30ppm）。生產的醛可以進一步轉化成為醇、酸和酯等化學品，這些化學品是生產塑料製品和日用化學品中的增塑劑、洗滌劑、表面活性劑或醫藥和香料等高附加值精細化學品的主要原料。

從實驗室概念提出到工業應用

單原子催化的概念由我國科學家、大連化物所張濤院士等於2011年提出，近年來已成為催化領域研究的前沿熱點。此次投產的乙烯氫甲醯化工業裝置的核心催化劑採用具有的單原子催化劑，讓一個實驗室中的概念，在短短的9年裡就實現了工業生產的實際應用。該裝置的成功投產，不僅為單原子催化劑的廣泛工業應用提供了範例，也進一步豐富了單原子催化理論。同時，該多相氫甲醯化技術可以拓展到其它烯烴的氫甲醯化生產醛的過程中。

破解困擾80多年的均相催化多相化問題

均相烯烴氫甲醯化催化過程中存在諸如催化劑與產物分離困難、貴金屬和配體的流失、大量低品位反應熱沒能得到有效利用、大量使用溶劑等問題。雖然很多學術文章已報導了利用其研發的多相催化劑能夠實現烯烴氫甲醯化過程，但迄今為止，烯烴氫甲醯化工業生產還都只能採用均相催化過程來實現。

丁雲傑、嚴麗研究團隊多年來致力於氫甲醯化均相催化多相化技術的研究，成功研發了在負載金屬納米晶粒上通過有機配體的修飾來原位生成均相催化活性位點的多相催化技術，但該技術存在貴金屬利用率低的問題。2012年，該團隊從分子水平上設計併合成出乙烯基官能團化的含磷或氮原子的有機配體單體，製備出以高度裸露的磷或氮原子的骨架為結構單元、具有大比表面積和多級孔結構特點的有機聚合物材料，此類聚合物材料具有載體和配體的雙重功能，與氫甲醯化活性金屬組分（單銠離子或單鈷離子）形成具有多重配位結構和高穩定性的單原子催化劑。2017年乙烯多相氫甲醯化制丙醛/正丙醇中試技術通過了中國石油和化學工業聯合會組織的技術鑑定。2018年底，5萬噸/年乙烯氫甲醯化製備丙醛/正丙醇工業裝置開始建設，並於近日成功投產。

該裝置採用多相催化技術，解決了80多年來均相催化多相化一直沒有解決的配體和活性金屬組分的流失等難題。裝置採用徑向固定床反應工藝進行氫甲醯化反應，不僅實現了無溶劑工業化生產，而且實現了催化劑核心技術和工藝關鍵技術的有機集成，解決了有效利用大量低品位反應熱等難題。

面向國民經濟主戰場

烯烴氫甲醯化反應是將烯烴、氫氣和一氧化碳轉化為醛類化合物的反應，該過程的原材料利用率接近100%，在優化利用資源方面具有重要意義。目前，全球每年單是通過烯烴氫甲醯化及其加氫技術生產的醛和醇的總產能已經達到了2400萬噸左右，其中丙烯氫甲醯化生產丁辛醇的產量就已經達到1600萬噸左右，其中我國的消費量就達500萬噸的規模。

目前已經實現工業化的乙烯氫甲醯化技術，主要是由DP（Davy Power）和Dow化學（Dow Chemical）及JM （Johnson Matthey）三家公司共同研發，催化劑為油溶性的銠-膦配體絡合物，採用的是均相催化工藝。此次投產的乙烯多相氫甲醯化及其加氫生產正丙醇工業裝置是由大連化物所提供核心技術（催化劑和與工藝包）、上海寰球工程有限公司設計、寧波巨化新材料有限公司投資建設的，具有完全的自主智慧財產權的多相催化工藝，可滿足我國對醛類產品生產自主化的需求。

具有多項技術優越性

與國內外現有烯烴氫甲醯化技術相比，該烯烴多相氫甲醯化技術採用新型催化劑，催化劑上的貴金屬利用率接近100%，即催化劑上的所有貴金屬都起到了催化作用，且催化劑活性組分的流失量可以忽略不計。該技術還有較好的經濟性，催化劑與反應體系無需分離，大大降低反應成本；通過在工程化過程中巧妙的節能設計，使得氫甲醯化反應和加氫反應中大量的低品位熱量可以得到高效利用，反應熱重複利用率達到90%以上。此外，該反應體系中採用無溶劑化的綠色環保過程，不用額外添加溶劑，因此更加環保。

該項目得到了中國科學院戰略性先導科技專項（A類）「變革性潔淨能源關鍵技術與示範」、中國科學院戰略性先導科技專項（B類） 「能源化學轉化的本質與調控」和大連化物所-青島能源所融合基金的資金支持。

5萬噸/年乙烯多相氫甲醯化及其加氫制正丙醇工業裝置夜景

來源：中國科學院大連化學物理研究所