中國科學院大連化學物理研究所開發基于固體氧化物電解池的乙烷電化學脫氫制乙烯技術

作為重要的石油化工原料，乙烯主要通過石腦油蒸汽裂解制得。近年來。隨著乙烯需求量的增加以及大規模頁巖氣的開采，乙烷脫氫制乙烯反應由于其高選擇性和經濟可行性而受到廣泛關注。由于受熱力學限制，乙烷無氧脫氫制乙烯過程反應溫度較高，且伴隨有積炭生成。而乙烷有氧脫氫反應(ODE)能夠克服熱力學限制，反應溫度較低，但反應氣中氧氣的存在會誘發碳氫化合物的深度氧化，進而導致乙烯選擇性下降，且乙烷和氧氣混合氣存在一定的安全隱患。因此，開發新型高效的乙烷脫氫制乙烯工藝對于石油化工行業至關重要。

近日，中國科學院大連化學物理研究所的研究人員利用固體氧化物電解池(SOEC)，在SOEC陽極上實現了高選擇性乙烷電化學脫氫制乙烯過程。相關結果發表在德國《應用化學》雜志上。

該技術中，乙烷通入SOEC陽極，利用陰極CO2電解生成的氧物種催化轉化乙烷制乙烯。并通過在LSCF-SDC陽極表面修飾γ-Al2O3進一步提高了ODE活性，在γ-Al2O3負載量為0.390 mgcm2時，600℃條件下，乙烯選擇性最高達到92.5%，乙烷轉化率最高為29.1%，且在乙烯選擇性為90%的條件下連續運行200h無明顯衰減且無積炭生成。原位XPS表征結果以及DFT理論計算結果表明，LSCF-SDC陽極表面修飾Al2O3之后，電極表面氧空位以及吸附氧物種數量減少，而且界面處Al-O-Fe的形成促進了乙烷的吸附，從而提升了乙烯選擇性和乙烷轉化率。同時，陰極CO2電解制CO的法拉第效率達到約100%。該過程利用SOEC同時實現了CO2和乙烷的高選擇性電催化轉化，為低碳分子催化轉化提供了新的研究思路。

[中國石化有機原料科技情報中心站供稿]