基于过程分离的级联催化技术实现高效的烷烃向芳香烃转化

《Nature Communications》：Process-separated cascade catalysis for highly efficient alkane-to-aromatic conversion

　　

摘要

双功能催化在工业异相催化过程中起着关键作用，但其性能会受到不同反应步骤之间的动力学相互影响的限制。在将轻质烷烃转化为芳香烃的过程中，有一种有前景的非石脑油路线可用于生产苯、甲苯和二甲苯（BTX），本文介绍了一种过程分离级联催化（PSCC）方法，该方法注重在双功能系统中实现动力学解耦，而非活性位点之间的空间接近性。我们采用了空间上分离的金属-沸石催化剂，在550℃下进行连续反应-再生循环时，能够实现超过95%的丙烷转化率以及82.3%的芳香烃选择性，且几乎只生成BTX。原位光谱分析和动力学研究表明，PSCC方法在第一阶段将烷烃脱氢生成烯烃中间体（乙烯、丙烯）的反应与动力学解耦，同时在第二阶段使该反应与聚合和芳香化反应同步进行。这种同步处理使得两个阶段的反应速率相匹配，从而减少了裂解副产物，显著提高了BTX的产量。结合较高的催化稳定性以及技术经济性分析，这种PSCC策略为烷烃（C₂–C₄）转化为BTX以及更复杂的双功能催化过程提供了可靠的解决方案。