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节能减排,从高品质等级孔石油催化材料及其绿色制备出发
发布时间:2019-5-16  阅读次数:113  字体大小: 【】 【】【

作者:张孜翰 张净铭

     “一带一路”战略提出后,我国石油化工行业在取得显著发展成果的基础之上,逐渐走向世界,面向国际合作。中国石油集团经济技术研究院发布的《2018年国内外油气行业发展报告》数据显示,2018年中国的炼油能力达8.3亿吨,预计将在2019年继续净增3200万吨。

    随着炼油行业的不断发展,能源问题也逐步彰显。近年来,国家对于推进绿色发展愈发重视,而《工业和信息化部关于印发石化和化学工业发展规划(2016-2020)》中明确要求推动石化和化学工业由大变强,注重科技创新能力与节能减排。因此,改善石油化工行业的能源和环境问题是十分重要的。

    石油炼制除常减压、焦化等少数几个过程外,80%以上的过程为催化反应过程,催化剂技术成为实现原油高效转化和清洁利用的关键核心技术,是炼油技术进步最活跃的领域之一。据《中石油集团行业发展报告》得知2020年我国石油催化剂需求量预计达到20万吨,但是我国的炼油产业绿色化技术仍处于起步阶段。当前工业应用催化裂化催化剂行业存在着以下不足:(1)制备工艺污染严重。目前催化剂的制备工艺排放了大量的废液,造成了严重的环境污染,不利于催化裂化行业的“绿色化”发展;(2)催化剂材料的品质较低。目前使用的催化剂材料催化效率低、寿命短以及稳定性差,不利于催化裂化行业的“高效化”发展;(3)国外技术封锁,当前的催化剂严重依赖进口。


图片来源:pexels网

    基于以上背景,立足国家环保导向,力求解决实际问题,来自武汉理工大学的张净铭、刘一航、张孜翰、雷坤皓、吴思佳、高成凤、邹进成7位本科生组成的节能减排小组在材料科学与工程学院的苏宝连院士与陈丽华教授的指导下采用醇铝水解一步液滴法和干凝胶结晶制备技术分别制备出了一系列高效稳定的等级孔γ–Al2O3和等级孔分子筛催化材料,与现有的工艺及产品相比,其制备过程具有无废气废液排放,绿色无污染,制备工艺简单,重复性高,更利于推广的特点,产品具有高比表面积、高稳定性和高催化效率,可根据成本与性能需求定向设计的优点。

获奖证书
    团队基于对当前高品质氧化铝的工业制备存在的问题综合分析,采用一步液滴法制备γ-Al2O3,这一过程是由水解过程和缩合过程相互协同的过程,项目组通过调整水解过程和缩合过程的匹配度,调节产物孔道属性,从而制备出性能更为优异的石油催化材料。整个制备过程中,滤液可再次作为有机溶剂循环利用,故其制备过程无三废“废气、废液、废渣”产生,杂质引入量少,整体循环利用简单,基本实现制备简单化,绿色化。

   分子筛是一种具有均匀且有序微孔孔道的材料,因其独特的孔道属性,被广泛应用于有机催化领域,但在工业应用中常被赋予催化剂择形催化性能,但其微孔孔道较小,使得大分子难以传输扩散,对有大分子参与或生成的反应,容易导致积炭现象的产生,限制了催化剂的寿命,且传统水热合成法制备分子筛,结晶后体系中剩余大量的碱性废液,会对环境造成污染。因此团队成员采用干凝胶结晶技术制备ZSM-5分子筛,利用水蒸气辅助结晶,全程无三废“废气、废液、废渣”产生,制备过程绿色化。

    除此之外,该制备技术应用前景广阔,受益于其可根据成本与性能需求定向设计材料的优点,可扩展到不同类型的分子筛材料进行应用。改变实验参数可对γ-Al2O3和ZSM-5分子筛产品的比表面积和硅铝比进行调控,最终制成一整套不同属性的产品。不同的比表面积和硅铝比的催化材料可以应用到不同的催化过程,进而适应其在实际石油加工过程中不同催化反应对催化剂比表面积的不同需求,推广前景良好。

    据中国石油集团经济技术研究院发布的《2018年国内外油气行业发展报告》中的数据计算得,若传统催化剂有25%被替换为项目组的催化材料,每年石油产量将增加700万吨,同时每年将额外增加131.1亿元的经济效益,这将为国内的石油化工产业带来巨大的经济效益。


项目成员合照

    以上是该团队的阶段性成果,据悉,该团队在校选拔赛中荣获一等奖,将代表武汉理工大学参加第十二届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛国赛环节。

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