在全球化工产业版图中，丙烯作为合成材料的核心原料，其生产技术的革新始终牵动着产业链的神经。2025年5月，福州大学鲍晓军教授团队联合多机构宣布，在丙烷脱氢（PDH）催化剂领域取得重大突破——研发出超稳定铂基催化剂，首次实现纯丙烷原料下550℃反应条件中连续运行超6个月，打破了该领域由国外企业长期主导的技术壁垒。
一、催化技术攻坚：铂基催化剂耐久性的世界新突破
丙烷脱氢工艺是当前丙烯生产的核心路径，2024年国内PDH装置总产能已达2300万吨/年。然而，铂基催化剂在高温（550℃以上）环境中易发生金属颗粒烧结团聚，导致活性位点减少、选择性下降。数据显示，传统铂基催化剂平均稳定运行周期仅为3-4个月，频繁的停工再生不仅增加能耗，更制约装置长周期运行。如何通过结构设计抑制铂粒子烧结，成为全球催化领域的"卡脖子"问题。
铂基催化剂运行超 6 个月！中国团队刷新丙烷脱氢耐久性世界纪录
研究团队发现，MFI型分子筛封装铂粒子的稳定性与其晶体b轴长度密切相关。当b轴长度超过2微米时，铂粒子在分子筛孔道内的扩散路径延长，促使其在孔道内部发生可控聚集。聚集后的铂粒子因尺寸大于孔道出口直径，被牢牢"锁定"在孔道中，形成稳定的"核-壳"结构。这种"扩散-聚集-自锁"机制，使铂粒子平均粒径从传统工艺的8纳米降至3纳米，且在6个月运行中粒径增幅小于15%，从根本上解决了烧结失活问题。
二、全球技术图谱：国外PDH工艺的竞争格局
在福州大学团队突破之前，全球PDH技术主要由国外企业垄断。这些技术按工艺类型可分为移动床、固定床和流化床三类，其核心差异体现在催化剂体系与反应工程的匹配性上。
移动床技术：UOP Oleflex的工业化标杆
UOP的Oleflex工艺是移动床技术的代表，采用Pt/Al₂O₃催化剂，通过连续再生系统实现催化剂活性维持。截至2021年，全球24套装置采用该工艺，总产能达1000万吨/年。其技术特点包括：反应温度600-630℃，氢烃摩尔比0.5-1.0，通过氢气稀释抑制结焦。但移动床反应器存在塞网结焦问题，需每年停车检修，且催化剂损耗率达0.1-0.3 kg/h，贵金属成本较高。
固定床技术：Lummus Catofin的铬基路线
Lummus的Catofin工艺采用Cr₂O₃/Al₂O₃非贵金属催化剂，在540-640℃、0.05 MPa条件下实现丙烷单程转化率45%。国内8家企业采用该工艺，产能占全国PDH总产能的22.6%。其优势在于催化剂成本低、循环量少，但需频繁切换反应器（25分钟/周期），对高温阀门密封性要求严苛，且铬元素存在环境风险。
流化床技术：STAR工艺的氧化脱氢创新
ThyssenKrupp的STAR工艺创新性引入氧化反应器，通过氧气与氢气反应放热，使脱氢平衡右移，丙烯收率提升10%-15%。该工艺采用PtSn/ZnAl₂O₄催化剂，反应温度500-580℃，但需水蒸气稀释（蒸汽/丙烷=5-10），能耗较其他工艺高15%-20%，后处理流程复杂。
三、国内技术突围：从跟跑到自主创新的跨越
面对国外技术封锁，国内科研机构与企业近年加速PDH催化剂国产化进程，形成了固定床、移动床、流化床多路线并行的研发格局。
固定床技术：中石化SDH的工艺突破
中石化开发的SDH工艺采用Cr₂O₃/Al₂O₃催化剂，在560-630℃、30-60 kPa负压条件下，丙烷单程转化率达45%，丙烯选择性超90%。其核心创新在于时序控制系统实现反应器自动切换，再生周期缩短至4小时，且通过吸收解吸系统回收C4烃，原料利用率提升至95%以上。目前600 kt/a工艺包已完成开发，千吨级中试装置在建。
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移动床技术：SPDH的催化剂再生革新
中石化石油科学研究院开发的SPDH工艺，采用Pt基催化剂与移动床反应器串联，通过"干、冷"循环再生技术（再生气含水量＜50 ppm），避免催化剂比表面积下降。其独创的"无阀输送"闭锁料斗设计，使催化剂磨损率降低至0.05 kg/h，较Oleflex工艺下降60%。该技术已实现工业许可，配套催化剂在国内某PDH装置成功应用。
流化床技术：ADHO的非贵金属探索
中国石油大学（华东）开发的ADHO工艺，采用非贵金属氧化物催化剂，在580-630℃、118-147 kPa条件下，丙烷转化率41.28%，丙烯选择性80.01%。其优势在于对原料硫含量容忍度高（＜100 ppm），无需深度脱硫预处理，降低前端投资。50 kt/a工业试验装置正在呼和浩特建设，预计2026年投产。
四、产业影响：催化剂突破背后的技术生态重构
福州大学团队的超稳定铂基催化剂，不仅是单一技术的突破，更预示着PDH产业技术生态的变革。其采用的分子筛限域技术，为催化剂设计提供了全新思路，可拓展至丁烷脱氢、芳烃异构化等领域。
新催化剂的稳定运行周期较国外同类产品延长50%以上，意味着每年可减少2次停工再生，单套100万吨/年装置可节省检修成本超2000万元。同时，由于无需频繁通入氢气稀释，氢气消耗量从0.15 Nm³/kg丙烯降至0.08 Nm³/kg，按当前氢价计算，年成本节约达3000万元。
与Cr基催化剂相比，铂基催化剂无重金属污染风险，且再生过程无需氯化物活化，废水处理负荷降低70%。生命周期评估显示，新催化剂生产过程碳足迹较传统工艺降低42%，契合"双碳"目标下化工行业绿色转型需求。
该催化剂与移动床工艺结合，可开发"长周期运行+在线再生"的新一代PDH装置。目前团队正与清源创新实验室合作，开展催化剂与反应器流场匹配研究，目标将单床层催化剂装填量提升至80吨，进一步降低设备投资强度。
结语：催化材料的"中国方案"
从依赖进口到自主创新，中国在丙烷脱氢催化剂领域的突破，是化工核心材料国产化的缩影。当分子筛限域技术打破铂粒子烧结的"热力学宿命"，当移动床工艺实现催化剂零磨损输送，这些创新正在重塑全球PDH技术的竞争格局。
对于产业而言，这不仅是成本与效率的提升，更是从"技术跟随"到"标准引领"的跨越。随着国内催化剂生产线的建成（如润和催化2000吨/年铂系装置），预计2027年国产催化剂市场份额将突破40%，逐步替代UOP、BASF等国际供应商。
在"卡脖子"技术攻坚的征程中，福州大学团队的成果证明：通过基础研究与工程应用的深度融合，中国完全有能力在高端催化领域开辟出自主可控的技术路径。而这，或许只是中国化工材料创新的又一个起点——更多突破，正在实验室与生产线的联动中悄然孕育。
文章来源于——www.xianjichina.com
