日本开发出可合成不同飞机燃料的“按需催化剂”

环境能源 2018年09月24日
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日本富山大学研究生院理工学研究部的椿范立教授等人,利用费托(Fischer-Tropsch,FT)合成法,直接合成了喷气飞机燃料。

FT合成是利用合成气(一氧化碳和氢气的混合气体)合成轻油或轻质烯烃的催化反应。合成气可通过对天然气(包括页岩气和甲烷水合物)、生物质、煤炭、可燃性垃圾、重油等多种原料进行热分解获得,是工业领极为重要的一种制造方法。实际上,各大石油公司主要利用天然气或者煤炭制造合成轻油。

椿教授等人从大约10年前开始开发胶囊催化剂,几年前通过采用该催化剂的FT合成法直接合成了汽油。不过,此前一直难以利用该催化剂直接合成飞机喷气燃料。原因是,拥有多个分支的烃结构(同分异构体烃)才能满足飞机喷气燃料要求的高发热量、良好的燃烧性和稳定性等标准,但该催化剂对这种烃的选择率非常低。

椿教授的研发小组为解决这个课题,重新调整了催化剂设计,开发了在精确控制酸性点和细孔结构的沸石上,负载稀土类元素镧和金属钴的新型酸性沸石负载催化剂。利用该催化剂,FT合成中的同分异构体烃的选择率显著提高,喷气燃料的选择率达到72%,实现了非常高的催化性能。另外,利用二氧化碳和氢气也获得很高的反应结果。

研发小组还发现,将该催化剂的负载金属由镧换成铈的话能合成汽油,换成钾则能合成轻油。因此,可以将该催化剂作为“按需催化剂”使用,对制造各种燃料非常有用。

由于欧盟(EU)决定从2020年开始将生物喷气燃料投入商用,生物喷气燃料或者源自二氧化碳的喷气燃料的实用化成为航空行业的一大课题。此次开发成功的喷气燃料制造法也能使用生物质或二氧化碳作为原料,因此预计能迅速响应航空行业的要求。

相关研究成果于2018年9月17日在英国科学杂志《Nature Catalysis》的在线速报版公开。

日本开发出可合成不同飞机燃料的按需催化剂

合成气(syngas)通过负载钴(Co)的中孔Y型沸石催化剂,被转换成各种液体燃料。催化剂上有镧(La)共存时合成喷气燃料,有铈(Ce)共存时合成汽油。有钾(K)共存时合成轻油。

文 客观日本编辑部

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