科学技术进步一等奖答辩PPT案例——低品位碳资源(CO/CO₂)的高值化转化技术

双碳战略背景下，钢铁、电石等行业副产大量含一氧化碳和二氧化碳的尾气，将这类低品位碳资源转化为高值化学品，是兼顾碳减排与资源利用的现实路径。现有技术存在三方面短板：一是低浓度尾气多直接排放或简单燃烧，碳资源没有得到有效利用；二是传统费托合成工艺对二氧化碳耐受度低，需要预先通过高能耗分离工序脱除二氧化碳；三是一氧化碳与二氧化碳共存气氛下，铁物相经历还原、碳化、氧化的多重动态循环，催化剂结构调控难度大。本项目围绕这些问题开展攻关。

基础理论层面，项目针对一氧化碳与二氧化碳活化差异大、协同机制不明的难题，联合多种工况表征手段，系统揭示了二者在铁基多活性相界面的协同活化机制，首次证实共转化遵循逆水煤气变换与费托合成串联的反应路径，为催化剂设计提供了理论依据。

核心技术层面，项目基于上述机制认识，开发了锰钾双助剂协同的铁锰钾催化剂体系，在反应气氛中原位构筑三相共存的活性结构。锰掺杂调控碳化程度并稳定碳化亚铁相、抑制甲烷生成，钾促进碳链增长，催化剂的长链烃选择性有所提升，二氧化碳转化能力增强，稳定运行时间也得到延长。在此基础上，项目开发了一氧化碳与二氧化碳共转化制绿色液体燃料的工艺，可高选择性生产汽柴油与航煤馏分，原料适应性较强，产物比例可以调节。

系统集成层面，项目针对传统工艺中转化、分离、循环各单元分立、能耗偏高的瓶颈，提出转化与分离一体化的集成方案，将催化转化、产物分离和尾气循环进行系统耦合，产物在反应器内原位移出以打破反应平衡，未反应气体富集后直接循环返回，反应热实现梯级利用，综合能耗相比传统工艺有所降低，碳资源利用率得到提升。

项目形成了从机制解析、材料开发、工艺构建到系统集成的完整技术链条，知识产权覆盖催化剂、工艺和装置，已在化工、冶金、能源等领域开展应用推广。