在水煤气变换（WGS）与合成气制烯烃（STO）的耦合作用下，氢原子经济性和烯烃收率都得到提升。

本报讯 合成气直接制备烯烃技术是近年来国际上新兴的催化技术路线，旨在通过多功能催化剂将合成气制甲醇及甲醇制烯烃等功能集成，以缩短流程、节约投资、降低物耗及能耗，对我国现代煤化工高质量发展意义重大。通常，烯烃合成要求原料中H₂/CO（氢碳比）>2，导致煤基合成气在水煤气变换工段的CO₂排放量很大。另外，原料中的氢元素与氧元素很大程度上生成了水，相当于把最昂贵的原料成分（氢气）变成了废水。

近日，化工系骞伟中教授、崔超婕助理研究员团队针对过程高转化率、高产品收率、低排放的需求及传统催化剂易被水氧化失效的缺点，报道了一种钠改性的FeCx@Fe₃O₄核壳催化剂，在微观界面上整合了水煤气变换与合成气制烯烃功能。借助前者将过程中产生的水原位转化为氢气，用于合成烯烃，从而将目的产品的氢原子经济性提高至66%~86%，同时显著抑制了水对催化剂的过度氧化副作用。团队通过同位素示踪和阻断实验证实了该耦合机制，定量确定了催化剂上水煤气变换反应的贡献，同时证明了合成气制备烯烃途径生成CO₂的概率很小。

研究团队证明，较高的氢原子经济性与催化剂两种功能的活性匹配度密切相关。水煤气变换反应可低温启动，而制烯烃的活性则依赖于较高的反应温度。在350℃、2MPa的反应条件下，采用氢碳比为1.5原料时，CO单程转化率约为95%，烯烃选择性超过75%（基于烃类产物），烃产率达33wt%（基于原料）。经500小时连续反应测试，催化剂性能稳定。

由于在提升合成气转化的氢原子经济性方面的突破，该催化剂使对应的水煤气变换-合成气制烯烃耦合路线，与传统的水煤气变换-甲醇合成-甲醇制烯烃路线相比，减少了总蒸汽消耗量、总废水生成量与总CO₂排放量，完全环境因子降低了46%。该团队正在推进该技术的中试放大，以期为现有煤制烯烃的生产技术提供替代方案。

研究成果以“高氢原子经济性的合成气制烯烃”为题，在线发表于《科学》（Science）期刊。骞伟中、崔超婕为该论文的共同通讯作者，化工系2022级博士生高昶、2022届博士毕业生宋文龙、2023届博士毕业生王挥遒为共同第一作者。

（化工系）