图丙烷脱氢耦合选择性氢燃烧生产丙烯

实现“双碳”战略目标对我国化工行业绿色低碳转型提出了重要要求。推动丙烯这一重要的化工基础原料的低碳化生产，具有十分重要的科学和战略意义。在丙烯生产工艺中，丙烷脱氢（Propane dehydrogenation）技术因其产品单一性好、经济性效益高、石油依赖性低等备受瞩目。然而，丙烷脱氢是热力学平衡受限的强吸热反应，需在较高温度下（＞600 ℃）才能得到较高转化率，能耗和碳排放量高。因此，如何创新丙烯生产工艺，实现体系热量自给并突破热力学平衡限制，是提升丙烯生产能效的关键。

巩金龙教授带领的研究团队提出“反应微区原位供热”概念，在微尺度将吸热反应与放热反应耦合，创新了丙烯生产工艺的供热方式，突破了丙烷脱氢热力学平衡限制，实现了从微观反应体系到宏观反应工艺的系统创新。本研究创制的串联型反应体系，通过对氧化钒-钒酸铁间“毗邻度”的精准调控，实现氢中间物种定向传递-燃烧的协同匹配。通过氢燃烧为脱氢过程提供热量，有效降低碳排放；同时，通过原位移除副产物氢气拉动反应向目标产物方向移动，提升了丙烯收率。在550℃反应温度下，获得42.7%丙烷转化率和81.3%丙烯选择性，在超过200次脱氢-再生循环测试中性能保持稳定。在微观层面，阐明了反应体系“毗邻度”与丙烯收率之间的定量关系，提出了氢溢流介导串联反应的耦合机制。

该研究工作开发的耦合丙烷脱氢与选择性氢燃烧的新工艺，有效提升了丙烯生产效率，变革了丙烯生产技术，为推动化工过程的绿色低碳转型，助力实现“双碳”目标提供了新的研究思路。

本研究得到了科技部重点研发项目、国家自然科学基金和中国石油合作研发项目等的资助。