乙炔选择性加氢催化剂及其制备方法

1. 痛点问题

乙烯是重要的化工基础原料，石油裂解路线生产的乙烯中常含有少量的乙炔（0.5——2%），少量的乙炔会毒化下游聚乙烯生产过程中使用的Ziegler-Natta催化剂，因此需要乙炔的含量降低至5 ppm以下。选择性加氢能够将杂质乙炔氢化为目标产物乙烯，具有极高的原子利用率，因此被广泛用于工业生产过程。目前工业生产中使用的是负载型钯基催化剂，通过使用助剂银稀释钯位点的方法弱化钯对乙烯的吸附能以提升选择性，但这也降低了金属钯对乙炔和氢气的活化能力，从而严重降低催化活性。因此，开发出兼具高乙烯选择性和高加氢活性的乙炔选择性加氢催化剂具有广泛的应用前景。

2. 解决方案

本项目预期开发出兼具高乙烯选择性和高加氢活性的乙炔半加氢催化剂，主要技术核心包括两点：

（1）利用“掺杂-析出”策略构筑包覆型钙钛矿催化剂，实现催化加氢位点的隔离，即活性金属解离活化氢气，钙钛矿基底活化乙炔，从而在弱化乙烯的吸附能的同时能够维持活性金属的活化氢分子能力，实现双位点协同加氢。

（2）利用氮碳化物作为基底抑制合金纳米颗粒表面活性氢的溢流扩散，有效提升活性位点的局部氢物种密度，使得催化剂在乙炔加氢反应中具有优异的选择性和活性。

图1. 已开发的催化剂的透射电镜图

相关催化剂主要应用于乙炔选择性加氢制乙烯以及乙烯中炔烃杂质净化脱除等领域，预期在乙烯流股中乙炔杂质波动较大的具体场景中有较好的应用。

目前已经在实验室完成催化剂原始配方的开发和工艺优化，未来进一步优化配方并降低催化剂中金属的使用量，提升催化剂的经济性，增大催化剂的制备规模。

催化剂活性测试条件为20 mg样品，气体流速为20 mL/min，气体组成为1% C2H2、10% H2、20% C2H4和69% Ar，反应温度为70 ℃，对比产品1（某国产乙炔加氢催化剂）的乙炔转化率为100%，乙烯选择性低于60%，对比产品2（某进口乙炔加氢催化剂）的乙炔转化率为100%，乙烯选择性低于70%，本项目优化的催化剂乙炔转化率为100%，选择性高于90%，且随着反应温度升高，乙烯选择性维持高于90%。