上海高研院在煤制乙炔研究取得重要进展

乙炔（C2H2）和一氧化碳(CO)是制备各种化学品的重要平台化合物。电石（碳化钙，CaC2）法煤制乙炔工艺提供了一种将包括煤炭在内的各种固体碳(C)直接转化为乙炔和一氧化碳的方法，是乙炔化工的龙头工艺。然而，电石合成温度高（2000℃~2300℃）、废气废渣排放大，是典型的能源密集和高碳排放、高污染的大化工过程，极大地限制了电石工业以及下游乙炔化工的发展。设计和开发绿色的煤制乙炔新工艺对推动乙炔化工的可持续发展具有十分重要的现实意义。 

近日，中国科学院上海高等研究院赵虹研究员和姜标研究员团队采用BaC2替代CaC2作为煤制乙炔的关键中间体，通过碳酸钡（BaCO3）-碳化钡（BaC2）-氢氧化钡（Ba(OH)2）-碳酸钡（BaCO3）的循环，实现低能耗、低排放的C2H2和CO联产新工艺，有望从源头解决电石法煤制乙炔工艺存在的种种问题，实现煤制乙炔绿色低碳工艺流程再造。该成果以”Reengineering of the carbon-to-acetylene process featuring negative carbon emission”为题，发表在英国皇家学会期刊Green Chemistry上。 

该工作设计并实现了一种基于钡循环的乙炔和一氧化碳联产的新工艺，可以在1450-1550℃的较温和条件下将煤炭、生物质炭等各种碳源物质转化为C2H2并联产高纯度CO。BaC2合成动力学研究表明，与CaC2合成相比，固相合成BaC2反应温度低、反应速度快，且无CO2生成和排放。在此基础上，进行了实验室规模的钡的回收过程，研究结果表明，BaC2与水发气放出乙炔后的副产物Ba(OH)2容易回收并吸收CO2转化为BaCO3，可以直接用于BaC2的再生产，实现了钡资源的循环利用，极大地减少了固废排放。 

同时，与以制CO和H2的合成气为目的的碳气化工艺相比，该技术可以更加便捷、高效、绿色地将各种固体碳、水、二氧化碳转化为更加高级的C2H2和CO, 为煤炭、生物质炭等各种固体碳资源转化为有用化学品提供了新的技术路线。该技术在煤化工和生物质高效利用中有良好的应用前景。 


图1基于钡循环的碳制乙炔联产一氧化碳新工艺 

本论文的第一作者为上海高研院硕士研究生李淼。该研究感谢上海高研院上海光源侯晨博士在SEM扫描电镜表征方面的合作支持。该研究得到洁净能源创新研究院-榆林学院联合基金和国家自然科学基金的支持。