近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室無(wú)機(jī)膜與催化新材料組研究員楊維慎和朱雪峰帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在透氧膜反應(yīng)器同時(shí)制備合成氨原料氣和合成液體燃料原料氣的研究中取得進(jìn)展，研究成果發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.雜志上。
合成氨和Fischer-Tropsch合成制備液體燃料是兩個(gè)重要的化工過(guò)程，相應(yīng)的合成氣制備十分關(guān)鍵。現(xiàn)有工業(yè)制備氨合成氣(H2/N2=3)至少需要6步，制備液體燃料合成氣（H2/CO=2）至少需要3步，工藝復(fù)雜且能耗高（以合成氨過(guò)程為例，制備氨合成氣的能耗占合成氨過(guò)程總能耗的84%）。此外，氨合成氣制備過(guò)程伴隨大量二氧化碳的排放。
針對(duì)上述問(wèn)題，該研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出了在混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器中1步同時(shí)制備氨合成氣和液體燃料合成氣的概念，即：膜I側(cè)(side I)通入水蒸汽和空氣，膜II側(cè)(side II)通入天然氣(甲烷)。高溫下，膜I側(cè)空氣中的氧和水分解生成的氧通過(guò)透氧膜到達(dá)膜II側(cè)與甲烷反應(yīng)生成液體燃料合成氣（H2/CO=2），同時(shí)膜I側(cè)流出氣體經(jīng)冷凝干燥后即可得到氨合成氣(H2/N2=3)。結(jié)果表明，在膜反應(yīng)器中，可以同時(shí)獲得18.8 mL cm-2min-1的氨合成氣生成速率和45.6 mL cm-2 min-1的液體燃料合成氣生成速率，即：一個(gè)同時(shí)年產(chǎn)30萬(wàn)噸氨和100萬(wàn)噸甲醇的工廠，所需膜面積約7500m2，反應(yīng)器體積僅為75m3，體現(xiàn)了高度的過(guò)程強(qiáng)化。此外，能耗比現(xiàn)有工業(yè)過(guò)程降低63%；膜反應(yīng)器無(wú)飛溫和爆炸風(fēng)險(xiǎn)；環(huán)境友好，無(wú)直接CO2排放以及氨合成氣清潔，無(wú)有害氣體，如CO、H2S等。
該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)重點(diǎn)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)以及大連化物所煤代油基金的資助。
大連化物所反應(yīng)-分離-反應(yīng)耦合催化膜反應(yīng)器研究取得進(jìn)展
