近日,由中國石油大學(華東)、山東京博石油化工有限公司、青島惠城環保科技集團股份有限公司、翰逸神飛新材料有限公司聯合完成的“催化裂解制低碳烯烴關鍵催化材料的創制與應用”項目獲得2024年度山東省科學技術進步獎二等獎。
該項目針對傳統石化行業低碳烯烴收率低、甲烷和焦炭收率高的瓶頸,以及重油資源利用效率低、廢塑料處理難的問題,開發出一套創新性的耦合催化裂解技術,實現了重油與廢塑料的協同轉化高效制備乙烯、丙烯等低碳烯烴,為化工原料生產開辟了新路徑。 在石油化工領域,乙烯、丙烯等低碳烯烴是重要的基礎原料,但其傳統制備方式面臨原料依賴度高、生產工藝復雜等問題。與此同時,隨著塑料制品廣泛使用,廢塑料的處理成為全球環境治理難題。我國每年產生大量廢塑料,傳統填埋、焚燒等處理方式不僅浪費資源,還帶來環境污染風險。 在此背景下,項目團隊從2018年起,圍繞重油與廢塑料的資源化利用展開攻關,通過跨學科協作,將石油化工與材料回收領域的技術進行融合,通過三大創新,開發出一種高效、環保的低碳烯烴制備技術。 一是開發雙功能復合催化劑提升裂解效率。團隊通過創新合成方法,制備出具有獨特孔道結構與酸性位點分布的雙功能復合催化劑。該催化劑基于傳質強化的多級孔ZSM-5合成新方法,耦合金屬改性制備出“脫氫—裂解”雙功能催化材料,能夠有效降低重油與廢塑料的裂解反應活化能,促進分子在催化劑表面的吸附、活化與轉化。實驗結果表明,該催化劑使低碳烯烴收率提升0.8~1.5個百分點,甲烷和焦炭收率降低0.5個百分點,顯著優于傳統催化劑。 二是優化耦合裂解工藝實現協同轉化。項目團隊設計了一套先進的耦合裂解工藝流程,精準調控反應溫度、壓力、停留時間等參數,實現了重油與廢塑料在同一反應體系中的協同轉化。通過巧妙調整兩種原料的配比,不僅解決了廢塑料單獨裂解時產物分布不均的問題,還利用重油裂解過程中的放熱為廢塑料裂解提供能量,降低了整體能耗。經測算,該工藝相較于傳統工藝節能15%以上,大幅提升了資源利用效率。 三是建立產物分離與精制系統保障產品質量。為了從復雜的裂解產物中高效分離出高純度的低碳烯烴,團隊研發了一套集成精餾、吸附、膜分離等技術的產物分離與精制系統。該系統能夠有效去除產物中的雜質,使乙烯、丙烯的純度分別達到99.9%和99.5%以上,滿足了高端化工產品生產的嚴苛要求。同時,系統對副產物進行綜合利用,進一步提高了資源利用率與經濟效益。 截至目前,該項目已獲授權美國發明專利1項,中國發明專利20項,發表論文87篇。在應用層面,該項目已在山東京博石油化工有限公司實現工業化應用,建成的示范裝置年處理重油5萬噸、廢塑料1萬噸,每年新增產值2億元以上,新增利潤5000余萬元。
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