近日，我所催化基础国家重点实验室无机膜与催化新材料组（504组）杨维慎研究员和朱雪峰研究员带领的研究团队在透氧膜反应器同时制备合成氨原料气和合成液体燃料原料气的研究中取得进展，研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.杂志上。
合成氨和Fischer-Tropsch合成制备液体燃料是两个重要的化工过程，相应的合成气制备十分关键。现有工业制备氨合成气(H2/N2=3)至少需要6步，制备液体燃料合成气（H2/CO=2）至少需要3步，工艺复杂且能耗高（以合成氨过程为例，制备氨合成气的能耗占合成氨过程总能耗的84%）。此外，氨合成气制备过程伴随大量二氧化碳的排放。
针对上述问题，该研究团队创造性地提出了在混合导体透氧膜反应器中1步同时制备氨合成气和液体燃料合成气的概念，即：膜I侧(side I)通入水蒸汽和空气，膜II侧(side II)通入天然气(甲烷)。高温下，膜I侧空气中的氧和水分解生成的氧通过透氧膜到达膜II侧与甲烷反应生成液体燃料合成气（H2/CO=2），同时膜I侧流出气体经冷凝干燥后即可得到氨合成气(H2/N2=3)。结果表明，在膜反应器中，可以同时获得18.8 mL cm-2 min-1的氨合成气生成速率和45.6 mL cm-2 min-1的液体燃料合成气生成速率，即：一个同时年产30万吨氨和100万吨甲醇的工厂，所需膜面积约7500m2，反应器体积仅为75m3，体现了高度的过程强化。此外，能耗比现有工业过程降低63%；膜反应器无飞温和爆炸风险；环境友好，无直接CO2排放以及氨合成气清洁，无有害气体，如CO、H2S等。
该项研究得到了国家自然科学重点基金、中国科学院战略性先导科技专项以及我所DMTO项目的资助。（文/图 朱雪峰、李文平）
