由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所和珠海市福沺能源科技有限公司聯(lián)合開發(fā)的“二氧化碳催化加氫直接合成高品質(zhì)汽油”項(xiàng)目，于近日榮獲2023年度中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會科學(xué)技術(shù)獎科技進(jìn)步一等獎。該技術(shù)為二氧化碳高值利用、“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)支撐。石化聯(lián)合會會長李壽生評價其為：在國際上首創(chuàng)二氧化碳催化加氫直接合成高品質(zhì)汽油的新路線，為二氧化碳加氫制液態(tài)烴研究拓展了新思路。

　　將二氧化碳從溫室氣體轉(zhuǎn)化為高值化學(xué)品和燃料，不僅有助于碳中和的實(shí)現(xiàn)，還能在化石能源枯竭或石油價格劇烈波動的情況下保障能源安全。其難點(diǎn)在于二氧化碳是完全氧化、熱力學(xué)較穩(wěn)定的分子，將它活化為碳?xì)浠�合物本身就很困難。而且二氧化碳在傳統(tǒng)催化劑表面吸附的熱量相對較低，導(dǎo)致在二氧化碳加氫過程中獲得的C/H比值也較低。

　　為解決上述難題，聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)制備出一種新型Na-Fe₃O₄/HZSM-5催化劑，可直接將二氧化碳轉(zhuǎn)化為汽油范圍(C₅~C₁₁)的碳?xì)浠�合物。Fe₃O₄本身就對二氧化碳有良好激活作用，而添加鈉這種堿性金屬，明顯增強(qiáng)了鐵基催化劑的表面堿性和滲碳性，使催化劑在二氧化碳加氫產(chǎn)生輕質(zhì)烯烴時更加活躍。

　　這種多功能催化劑具有三種活性點(diǎn)，表現(xiàn)出互補(bǔ)和兼容的特性。二氧化碳最初通過Fe₃O₄位點(diǎn)被氫氣還原成一氧化碳，隨后通過Fe₅C₂位點(diǎn)將一氧化碳加氫成α-烯烴。烯烴中間體隨后擴(kuò)散到沸石的酸性位點(diǎn)，在這些位點(diǎn)上進(jìn)行酸性催化反應(yīng)。最后，屬于汽油范圍的異構(gòu)烷烴和芳烴選擇性地形成，從沸石孔隙中擴(kuò)散出來。此外，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品的選擇性，可以通過改變Na-Fe₃O₄和沸石的質(zhì)量比來調(diào)節(jié)。

　　該技術(shù)歷經(jīng)實(shí)驗(yàn)室小試、百克級單管評價試驗(yàn)、催化劑噸級放大制備、中試工藝包設(shè)計(jì)等，于2020年在山東鄒城工業(yè)園區(qū)建成全球首套1000噸/年二氧化碳加氫制汽油中試裝置。生產(chǎn)的汽油餾分主要為高辛烷值的異構(gòu)烷烴和芳烴，烴類產(chǎn)物中汽油餾分烴(C₅~C₁₁)的選擇性達(dá)到78%，異構(gòu)烷烴45%，芳烴31%，滿足GB17930-2016車用汽油國六標(biāo)準(zhǔn)，有利于大規(guī)模生產(chǎn)。催化劑具有較好的穩(wěn)定性，可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)3000小時以上，顯示出潛在的應(yīng)用前景。2022年3月4日，該中試裝置通過了科技成果評價，各項(xiàng)考核指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值。以何鳴元院士為組長的評價專家組一致認(rèn)為：該技術(shù)成果屬世界首創(chuàng)，整體技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。

　　二氧化碳催化加氫直接合成高品質(zhì)汽油技術(shù)的成功應(yīng)用，體現(xiàn)出研發(fā)團(tuán)隊(duì)的科技創(chuàng)新性，推進(jìn)了碳捕集、利用與封存(CCUS)在化工利用方向的技術(shù)進(jìn)步，對我國能源安全和環(huán)境保護(hù)具有重要的戰(zhàn)略意義。