国际首创！丁奎岭院士团队二氧化碳变"万能溶剂" 千吨级中试装置建成

金属有机化学国家重点实验室丁奎岭院士团队研究创新的二氧化碳催化转化新方法——从二氧化碳到“万能溶剂”N,N—二甲基甲酰胺(DMF)新路径获得重大突破。

2019年8月6日，中国石油和化学工业联合会组织专家在北京召开了“CO2资源化利用合成DMF成套技术、工艺和装备”科技成果鉴定会。鉴定委员会由何鸣元院士、周其林院士、席振峰院士、徐春明教授、李景虹教授、李殿卿教授、李明丰教授级高工等组成。石化联合会胡迁林副秘书长、金属有机化学国家重点实验室丁奎岭院士、中国科学院上海有机化学研究所所长唐勇院士、山东潍焦控股集团有限公司刘良玉董事长出席了科技成果鉴定会。鉴定委员会听取了项目单位所作的研究报告、工艺开发与运行报告及现场考核报告等，鉴定委员会专家一致认为“该成果属国际首创，整体技术居国际领先水平，同意通过鉴定”

以CO2、氢气和二甲胺为原料合成DMF的新工艺，项目组开发了CO2催化转化合成DMF的成套新技术和新装备，建成了1000吨/年的中试装置，装置已经稳定运行1200多个小时。经过石化联合会组织的72小时考核结果表明：运行稳定，产品纯度高于99.5%，选择性大于99.97%，单程转化率高于59%，吨产品消耗催化剂低于0.65克、二甲胺640.42千克、氢气320.1标方、二氧化碳331.7标方。

经过质询和讨论，鉴定委员会认为该项目的主要创新点集中体现在以下三方面：

(1)催化反应体系和催化剂体系具有原创性。通过催化机制的研究和催化剂的分子设计，突破了均相催化剂催化选择性、活性和稳定性难以兼优的限制，变革了CO为原料的传统工艺。核心技术已申请国际专利(PCT/CN2016/072342)并进入美国、欧洲和日本。

(2)反应器设计与关键装备具有创新性。根据催化反应的“两快一慢”过程和串级特点，创新性地提出了喷射与鼓泡耦合的反应器设计思想，研制了新型均相催化反应器核心设备;针对两个放热快反应的特点，开发了高精度温控系统;集成了脱轻、脱水、精制以及安全管控等单元和系统，实现了工艺和装置灵活控制、安全平稳运行。

(3)工艺路线合理、高效。新工艺反应条件温和，过程绿色环保。能效高，转化效率达53.8%;单位产品综合能耗0.3064tce/t、废气排放6.67Nm3/t，无固废产生，可实现废水零排放。

(上图为千吨级中试平台)

作为有机化学家，丁奎岭长期关注二氧化碳温室气体资源化利用问题，基于多年来在催化氢化方面的研究积累，通过发展新型金属有机催化剂，实现了在温和条件下将二氧化碳作为“碳资源”，化学转化制备出甲醇、DMF等常用化工原料，为二氧化碳的资源化利用提供了“绿色化学”解决方案，改变了以“煤气”一氧化碳作为原料的传统途径。

背景资料：

Angew：从二氧化碳到万能溶剂DMF，Ru催化的二氧化碳高效氢化合成甲酰胺衍生物

Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 6186–6189

中科院上海有机所金属有机化学国家重点实验室丁奎岭课题组以pincer型钌络合物为催化剂，成功开发了一种以二氧化碳、氢气与有机伯胺或者仲胺为原料，高效合成甲酰胺类化合物的方法。该方法具有反应条件较温和(反应温度为80-120℃、二氧化碳和氢气总压力不高于70 atm)、催化效率高(单釜转化数高达194万)、选择性好以及底物适用范围广等优点。尤其是在N,N-二甲基甲酰胺(DMF,一种万能的溶剂)的合成中，催化剂可以方便地实现重复利用，经12次循环使用，其催化活性仍基本保持不变，显示了该催化体系优异的催化性能及良好的应用前景。

这一研究成果发表于Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 6186–6189，也是该课题组继2012年在温和条件下实现钌催化氢化碳酸乙烯酯合成甲醇和1，2-乙二醇(Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 13041-13045)后，在二氧化碳的化学利用方面取得的又一重要进展。