多相觸媒反應與多相反應器最新發展

 

刊登日期:2018/2/26
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杜子邦/工研院材化所

摘要
國際觸媒研討會 “The 10th International Symposium on Catalysis in Multiphase Reactors (CAMURE-10) and the 9th International Symposium on Multifunctional Reactors (ISMR-9)”,是一場關於多相觸媒反應與多相反應器發展之產業、技術、產品交流之研討會,且涵括最新的觸媒開發研究,與會學者來自四面八方。針對研討會各國學者發表之內容,筆者歸納成四個分類進行分享。(1).產業訊息類:包括中國大陸MTO年產能達1,313萬噸、CPL產能達300萬噸,佔全球一半、PODEn柴油替代品產能達1萬噸等。(2).研發新知類:包括新式連續反應器的開發取代固定床、SMB系統的應用開發、木質素轉化成芳香化學品、以發泡金屬作為批式攪拌器的葉片,及利用攪拌流體床之死角現象用於創新的固液分離及CO2捕捉。(3)..研究參考類:包括Pt觸媒因積碳而劣化,可透過兩個機制來選擇Promoter的添加,一為降低產生積碳的Propene吸附(加入Cu、Ga),另一為增加積碳的被氧化速度(加入TiO2、CeO2)、Bi光觸媒透過Mo的添加來提高穩定性、Co-N觸媒用於還原胺化,及觸媒製作選擇奈米粒子分散再含浸,反應效果比直接鹽類溶液含浸的觸媒好、以Co-Ag/γ-Al2O3觸媒進行固定床進行高壓還原胺化的實驗。(4).發展領域類:主要有光觸媒在水處理及CO2轉化的應用、Cavitation技術在化工製程的應用具新穎性。

產業訊息類
中國科學院大連化學物理研究所發表Methanol to Olefins (MTO): from Fundamental to Commercialization,說明該研發單位開發的DMTO製程在大陸量產化的過程,改良後的製程主要產物C2=及C3=總合產率達86% 。除了利用商業生產的ZSM-5觸媒,也自行合成SAPO觸媒。MTO程序中最主要的謎題是第一個碳的形成機制,該研究單位透過高溫固態NMR解開了。目前中國大陸有23座DMTO生產線,年產能1,313萬噸。後續正在開發的方向是Coal to Olefin,據悉將利用自有的DMTO技術結合美、英的Syngas的技術(圖一~二)。

圖一、中國科學院大連化學物理研究所推動大陸DMTO產業化過程及MTO反應機制
圖一、中國科學院大連化學物理研究所推動大陸DMTO產業化過程及MTO反應機制

圖二、中國科學院大連化學物理研究所推動Coal to Olefin技術
圖二、中國科學院大連化學物理研究所推動Coal to Olefin技術

中國石油化工股份有限公司研究院(Sinopec)發表The Green Caprolactam(CPL) Production Technology,說明中國發展CPL的過程,全球6百萬噸的產量中,目前中國大陸已佔了一半,達3百萬噸。主要發展的技術具有綠色製程的特色,包括環己烷酮化反應、環己酮肟化反應、環己酮肟重排反應及CPL純化反應,相較於傳統製程,均具綠色製程之功效。各製程不但降低原有製程的污染,並提昇轉化效率。如環己烷酮化反應,傳統製程將苯完全氫化成環己烷,然後先進行過氧化,再進行脫羥得到環己酮,其碳利用率僅80%,而新製程透過苯氫化的控制,保留一組雙鍵與乙酸加成反應成環己酮酯,再進行氫化後得到環己酮,碳利用率達100%。此外,環己酮的肟化反應,原本透過四個反應步驟,使用NOx及SOx作為催化及反應試劑,新製程則透過一步反應直接與雙氧水及氨反應,而重排及純化反應,則利用觸媒的突破,避免硫酸的使用,以Magnetically Stabilized Bed Reactor來取得固定床及流體化床的優點,提昇製程效率(圖三~四)。

圖三、中國石油化工股份有限公司研究院開發CPL綠色製程技術
圖三、中國石油化工股份有限公司研究院開發CPL綠色製程技術

圖四、中國石油化工股份有限公司研究院開發Magnetically Stabilized Bed Reactor技術
圖四、中國石油化工股份有限公司研究院開發Magnetically Stabilized Bed Reactor技術

綠色反應工程與工藝北京市重點實驗室發表Synthesis of Polyoxymethylene Dimethyl Ethers (PODEn): from Fundamental Study to Industrial Demonstration以dimethoxymethane (DMM,二甲氧基甲烷)及paraformaldehyde(PF,多聚甲醛) 合成聚甲氧基二甲醚PODE的製程及發展過程。主要用於---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


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