化學(xué)化工界30多年的努力終于變成現(xiàn)實(shí)。近日，美國(guó)Siluria技術(shù)公司為其在得克薩斯州的試驗(yàn)工廠舉行盛大開(kāi)車(chē)儀式，成為世界上第一家實(shí)現(xiàn)將天然氣直接工業(yè)化大規(guī)模轉(zhuǎn)化為乙烯的企業(yè)。
化學(xué)界的“圣杯”
除北美和中東，世界上的大部分國(guó)家和地區(qū)以石腦油為原料，采用蒸汽裂解法制乙烯。該方法不僅耗能高、排放溫室氣體多、成本高，而且由于原料來(lái)自于石油，還需要擠占寶貴的石油資源。
為減少石油依賴(lài)，各國(guó)開(kāi)展以主要成分為甲烷的天然氣制烯烴的研究。天然氣制乙烯的路線(xiàn)分直接法和間接法兩種。相比間接法冗長(zhǎng)煩瑣的過(guò)程，直接法只需一步即可將甲烷轉(zhuǎn)化成乙烯，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，非常具有吸引力。
但由于甲烷的選擇活化和定向轉(zhuǎn)化是世界級(jí)難題，被譽(yù)為整個(gè)化學(xué)界的“圣杯”，因而從上世紀(jì)80年代至本世紀(jì)初，學(xué)界始終沒(méi)能開(kāi)發(fā)出工業(yè)可行的甲烷直接制乙烯工藝。
突破的關(guān)鍵在催化劑。2010年，Siluria公司創(chuàng)造性地使用生物模板精確合成納米線(xiàn)催化劑，使用高通量技術(shù)從大量備選催化劑中篩選出最合適的元素組成，開(kāi)發(fā)出工業(yè)可行的甲烷直接制成乙烯催化劑。
該催化劑可在低于傳統(tǒng)蒸汽裂解法操作溫度200℃至300℃的情況下，在5至10個(gè)大氣壓下，高效催化甲烷轉(zhuǎn)化成乙烯，活性是傳統(tǒng)催化劑的100倍以上。
Siluria公司設(shè)計(jì)的反應(yīng)器分為兩部分，一部分用于將甲烷轉(zhuǎn)化成乙烯和乙烷，另一部分用于將副產(chǎn)物乙烷裂解成乙烯，裂解反應(yīng)所需的熱量來(lái)自甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)放出的熱量。這種設(shè)計(jì)使反應(yīng)器的給料既可以是天然氣也可能是乙烷，同時(shí)最大化地節(jié)約了能源。
對(duì)石油替代戰(zhàn)略的推進(jìn)
Siluria公司開(kāi)發(fā)的天然氣直接制乙烯工藝(以下簡(jiǎn)稱(chēng)新路線(xiàn))的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在五個(gè)方面：與傳統(tǒng)的石腦油裂解制乙烯相比，成本低、溫室氣體排放少、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高;乙烯可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為液體燃料，進(jìn)一步提高了整條路線(xiàn)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值;原料要求不苛刻，甲烷可來(lái)自天然氣也可來(lái)自生物質(zhì)，氧源可以是純氧也可以是富氧空氣、壓縮空氣等;能利用已有的乙烯生產(chǎn)裝置和回收設(shè)備，改造成本低;對(duì)于天然氣資源豐富的國(guó)家，具有重要戰(zhàn)略?xún)r(jià)值。
除了對(duì)烯烴工業(yè)的影響，新路線(xiàn)還將影響包括汽油、柴油和航空燃油在內(nèi)的液體燃料生產(chǎn)。Siluria公司同時(shí)開(kāi)發(fā)了乙烯制液體燃料技術(shù)，這條路線(xiàn)不需要經(jīng)過(guò)高耗能的費(fèi)托合成，僅投資成本便可節(jié)省25%至30%。
2014年6月，全球最大的氣體和工程集團(tuán)德國(guó)林德集團(tuán)與Siluria公司達(dá)成合作協(xié)議，雙方將在得克薩斯州的試驗(yàn)工廠合作進(jìn)行該技術(shù)最后的放大和驗(yàn)證過(guò)程。根據(jù)協(xié)議，雙方將把各自的技術(shù)和專(zhuān)業(yè)方案優(yōu)化整合成一攬子方案，林德集團(tuán)將負(fù)責(zé)向石化行業(yè)授權(quán)這個(gè)一攬子方案的使用許可，授權(quán)工作預(yù)計(jì)從2015年下半年開(kāi)始。
2014年8月，世界領(lǐng)先的一體化能源化工企業(yè)—沙特阿美石油公司投資Siluria公司，并計(jì)劃在沙特阿拉伯率先部署新路線(xiàn)。
不只在海外，新路線(xiàn)也同樣引起了美國(guó)政府的注意。2014年3月，Siluria公司CEO受邀參加高級(jí)別的“2020能源政策論壇”并發(fā)表演講，隨后，Siluria公司高管受邀赴白宮與美國(guó)能源部部長(zhǎng)等官員討論美國(guó)未來(lái)能源政策問(wèn)題。
美國(guó)政府已經(jīng)意識(shí)到新路線(xiàn)可能對(duì)其能源和制造業(yè)的戰(zhàn)略?xún)r(jià)值，并正在考慮制定有關(guān)促進(jìn)就業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的政策。