大连化物所乙烯多相氢甲酰化及其加氢制正丙醇工业装置开车成功

近日，采用大连化物所丁云杰研究员、严丽研究员团队自主研发的乙烯多相氢甲酰化及其加氢技术生产正丙醇工业化装置，在宁波巨化新材料有限公司全流程一次开车成功，产品丙醛和正丙醇的质量均达到国际优级品标准，正丙醇中酸含量只有2～3ppm，远低于美国材料实验协会的标准规定（正丙醇中酸含量小于30ppm）。该技术的核心催化剂采用具有原始创新性的多相单原子催化剂，解决了80多年来均相催化多相化一直没有解决的配体和活性金属组分流失等难题。该装置采用径向固定床反应工艺进行氢甲酰化反应，不仅实现了无溶剂工业化生产，而且实现了催化剂核心技术和工艺关键技术的有机集成，解决了如何有效利用大量低品位反应热的难题。

单原子催化的概念由我所张涛院士等于2011年率先提出。此次首套单原子催化剂乙烯多相氢甲酰化工业装置的成功运行，不光为单原子催化剂的广泛工业应用提供了范例，也进一步丰富了单原子催化理论。

烯烃氢甲酰化反应是将烯烃、氢气和一氧化碳转化为醛类化合物的反应，该过程的原材料利用率接近100%，在优化利用资源方面具有重要意义。醛可以进一步转化成为醇、酸和酯等化学品，而这些化学品是洗涤剂、增塑剂、表面活性剂或医药和香料等高附加值精细化学品的主要原料。目前，全球每年单是通过烯烃氢甲酰化及其加氢技术生产的醛和醇的总产能已经达到了2400万吨左右，其中丙烯氢甲酰化生产丁辛醇的产量就已经达到1600万吨左右，其中我国的消费量就达500万吨的规模。但是，均相烯烃氢甲酰化催化过程中存在诸如催化剂与产物分离困难、贵金属和配体的流失、大量低品位反应热没能得到有效利用和大量使用溶剂等问题。

针对均相氢甲酰化工业生产过程中的上述问题，丁云杰研究团队多年来致力于研究氢甲酰化均相催化多相化技术，成功研发了在负载金属纳米晶粒上通过有机配体的修饰来原位生成均相催化活性位点的多相催化技术，但该技术存在贵金属利用率较低的问题。2012年，丁云杰、严丽研究团队从分子水平上设计并合成出乙烯基官能团化的含磷或氮原子的有机配体单体，制备出以高度裸露的磷或氮原子的骨架为结构单元、具有大比表面积、多级孔结构特点的有机聚合物材料，此类聚合物材料具有载体和配体的双重功能，与氢甲酰化活性金属单原子（铑和钴离子）形成具有多重配位结构和高稳定性的单原子催化剂。2017年乙烯多相氢甲酰化制丙醛/正丙醇中试技术通过了中国石油和化学工业联合会组织的技术鉴定。2018年底，5万吨/年乙烯氢甲酰化制备丙醛/正丙醇工业装置开始建设，2020年8月27日一次投产成功。

乙烯多相氢甲酰化及其加氢生产正丙醇工业装置是由我所提供核心技术、上海寰球工程有限公司设计、宁波巨化新材料有限公司投资进行建设的。与国内外现有烯烃氢甲酰化技术相比较，采用单原子催化剂的烯烃多相氢甲酰化的技术具有以下的技术优势：（1）催化剂活性贵金属流失量可以忽略不计；（2）催化剂与反应体系几乎无分离成本；（3）无溶剂化过程；（4）氢甲酰化反应中大量的低品位热量得到了高效利用。

该项目得到了中国科学院战略性先导科技专项（A类）“变革性洁净能源关键技术与示范”、中国科学院战略性先导科技专项（B类）“能源化学转化的本质与调控”和大连化物所—青岛能源所融合基金的资金支持。（文/图 严丽）