費托合成催化劑的研發與放大生產技術是煤間接液化工業技術開發中的核心內容,而基礎研究在技術研發及工業放大過程中具有至關重要的作用。中科合成油技術有限公司基礎研究工作涉及以下幾個方面:
(1)費托合成活性相、費托反應機理及針對費托油品加工催化劑結構及性能的理論研究:利用并發展密度泛函方法預測Fe基(Fe-O, Fe-C及Fe-C-O體系)及Co基催化劑結構(貴金屬催化劑體系)的化學及物理性質,結合合理的計算方法系統研究真實反應條件下催化劑結構、電子性質及譜學性質,在合理的催化劑結構基礎上研究物種(合成氣,烴類,烯烴類及含氧物種等)的吸附、解離及相應的化學反應熱力學及動力學過程,并研究助劑效應、載體效應及催化劑失活機理等,為實驗提供理論信息及支持,并指導實驗基礎研究。
(2)費托合成鐵基和鈷基催化劑及油品加工催化劑的制備化學研究、催化劑表面與體相的結構表征:利用納米材料及薄膜研究領域的最新成果,并結合已有的催化劑制備技術,合成并制備納米級及薄層模型化催化劑(Fe 基,Co 基及油品加工催化劑體系),結合中科合成油技術有限公司目前所擁有的先進表征儀器(UHV,STM, TEM, LEED, NMR, Raman, IR, in-situ XRD,Mossbauer等),對模型催化劑的結構及譜學性質進行表征,結合相應的理論研究結果,進而深入揭示催化反應活性中心及反應機理,并為篩選工業化催化劑提供線索。
(3)費托合成詳細機理的反應動力學模型的研究:針對費托合成催化劑結構及反應機理,結合采用多級兩相CSTR穩態等溫模型,建立漿態床反應器模型。結合CFD流體力學對漿態床反應器內部流場分析與冷態模擬反應器的試驗,以及工業中試和工業示范廠數據,建立煤炭間接液化全流程模擬設計軟件,并配合費托合成催化劑及反應特點,建立以適用于工藝集成優化和大型漿態床反應器。
(4)費托合成反應器的理論模擬研究:結合費托反應動力學模型及熱力學數據,依據反應器內流場分析和傳質傳熱分析,結合漿態床合成催化劑的顆粒特性與抗物理化學磨損性,設計蠟-催化劑過濾器、換熱器、氣體分布器、自控系統等,解決產品分離和反應器移熱控溫的問題。
截止目前,中科合成油研發團隊已在J. Am. Chem. Soc.,Angew. Chem. Int. Ed. J. Catal., ACS catalysis, J. Phys. Chem. A(B,C), Surf. Sci.,等發表研究論文500余篇,撰寫英文專著3章,中文專著1章。
