天津大学揭示丙烷脱氢机制 助力丙烯增产提效

日前，天津大学在丙烷脱氢制丙烯催化反应机理研究中取得新进展，通过向原料中添加适量的氢气，即可在氧化物催化剂表面形成活性更强的金属氢化物催化位点，提升丙烯生产效率，相关成果已于1月2日发表于国际权威期刊《自然·化学》。

亚稳态氢化物促进丙烷脱氧机理示意图。天津大学供图

丙烯是一种重要的基础化工原料，是制造塑料、合成橡胶和合成纤维等“三大合成材料”的基本原料，其下游产品广泛应用于涂料、医药、电器、汽车等领域，在国民经济中占据重要地位。

烯烃的生产技术是衡量一个国家石油化工行业科学技术水平的重要标志。丙烷脱氢是目前我国第二大丙烯制备工艺，也是市场占有率增长最快、最具前景的丙烯生产新技术。在此技术中，催化剂发挥着重要作用。目前丙烷脱氢工业普遍使用的催化剂包括铂基和铬基两种，其中铂基催化剂价格昂贵；铬基催化剂虽然较为廉价，但其具有毒性，且饱受“结焦失活快”的困扰，反应十几分钟便需再生一次。丙烷脱氢所需的高温会加剧反应过程中催化剂的结焦失活，也导致了对生产设备的极高要求，极大限制了设备生产能力。因此，在不降低催化剂活性的前提下抑制结焦以降低再生频率，对于提升丙烯生产效率具有重要意义。

天津大学新能源化工团队提出了“金属氢化物介导的丙烷脱氢反应”新机制：在丙烷原料中存在适量氢气的反应条件下，金属氧化物表面在反应过程中形成金属氢化物活性位点。新产生的位点参与丙烷脱氢催化循环，在抑制焦炭产生的同时大幅提升催化本征活性，加快了反应进程。基于此，团队开发了环境友好的负载型氧化镓基催化剂及临氢脱氢工艺，显著提升了丙烷脱氢反应性能，实现优于国际同类产品的丙烷转化率、丙烯选择性及反应和再生稳定性。

近年来，天津大学新能源化工团队探索形成“理性设计—精准构筑—应用引领”的催化剂研究范式，攻克了丙烯生产过程中的若干科学和技术难题，建立了相对完整的具有自主知识产权的新型高效丙烷脱氢催化剂及工艺专利体系，部分技术已进入产业化阶段，未来有望在全国范围内推广应用，对加速打破国外技术垄断具有重要意义。