El proceso Fischer-Tropsch es un conjunto de reacciones químicas que convierte una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno en hidrocarburos líquidos. Estas reacciones ocurren en presencia de catalizadores metálicos, típicamente a temperaturas de 150–300 ° C (302–572 ° F) y presiones de una a varias decenas de atmósferas. El proceso fue desarrollado por primera vez por Franz Fischer y Hans Tropsch en el Kaiser-Wilhelm-Institut für Kohlenforschung en Mülheim an der Ruhr, Alemania, en 1925.

Como ejemplo principal de la química del C1, el proceso Fischer-Tropsch es una reacción importante tanto en la licuefacción de carbón como en la tecnología de gas a líquidos para producir hidrocarburos líquidos. En la implementación habitual, el monóxido de carbono y el hidrógeno, las materias primas para FT, se producen a partir de carbón, gas natural o biomasa en un proceso conocido como gasificación. El proceso Fischer-Tropsch convierte estos gases en un aceite lubricante sintético y combustible sintético. El proceso Fischer-Tropsch ha recibido atención intermitente como fuente de combustible diesel con bajo contenido de azufre y para abordar el suministro o costo de los hidrocarburos derivados del petróleo.

Mecanismo de reacción
El proceso Fischer-Tropsch involucra una serie de reacciones químicas que producen una variedad de hidrocarburos, idealmente teniendo la fórmula (C <sub> <i> n </i> (C _n H _2 n +2 ). Las reacciones más útiles producen alcanos de la siguiente manera:

(2 n + 1) H ₂ + n CO → C _n H _2 n +2 + n H ₂ O
donde n es típicamente 10-20. La formación de metano (n = 1) no es deseada. La mayoría de los alcanos producidos tienden a ser de cadena recta, adecuados como combustible diesel. Además de la formación de alcanos, las reacciones competitivas dan pequeñas cantidades de alquenos, así como alcoholes y otros hidrocarburos oxigenados.

Fischer-Tropsch intermedios y reacciones elementales.
Convertir una mezcla de H2 y CO en productos alifáticos obviamente debería ser una reacción de varios pasos con varios tipos de intermedios. El crecimiento de la cadena de hidrocarburo se puede visualizar como una secuencia repetida en la que los átomos de hidrógeno se agregan al carbono y al oxígeno, el enlace C – O se divide y se forma un nuevo enlace C – C. Para un grupo –CH2– producido por CO + 2 H2 → (CH2) + H2O, son necesarias varias reacciones:

Adsorción asociativa de CO
División del enlace C – O
Adsorción disociativa de 2 H2
Transferencia de 2 H al oxígeno para producir H2O.
Desorción de H2O
Transferencia de 2 H al carbono para producir CH2.

La conversión de CO en alcanos implica la hidrogenación de CO, la hidrogenólisis (escisión con H2) de los enlaces C – O y la formación de enlaces C – C. Se supone que tales reacciones proceden a través de la formación inicial de carbonilos metálicos unidos a la superficie. Se especula que el ligando de CO experimenta disociación, posiblemente en ligandos de óxido y carburo. Otros intermediarios potenciales son varios fragmentos de C1 que incluyen formilo (CHO), hidroxicarbeno (HCOH), hidroximetilo (CH2OH), metilo (CH3), metileno (CH2), metilidino (CH) e hidroximetilidino (COH). Además, y críticas para la producción de combustibles líquidos, son reacciones que forman enlaces C – C, como la inserción migratoria. Se han simulado muchas reacciones estequiométricas relacionadas en grupos de metales discretos, pero los catalizadores homogéneos Fischer-Tropsch están poco desarrollados y no tienen importancia comercial.

La adición de alcohol marcado isotópicamente a la corriente de alimentación da como resultado la incorporación de alcoholes en el producto. Esta observación establece la facilidad de escisión del enlace C – O. El uso de catalizadores de etileno y propeno marcados con 14C sobre cobalto da como resultado la incorporación de estas olefinas en la cadena en crecimiento. La reacción de crecimiento en cadena parece implicar tanto la «inserción de olefinas» como la «inserción de CO».

Materias primas: gasificación.
Las plantas Fischer-Tropsch asociadas con carbón o materias primas sólidas relacionadas (fuentes de carbono) primero deben convertir el combustible sólido en reactivos gaseosos, es decir, CO, H2 y alcanos. Esta conversión se llama gasificación y el producto se llama gas de síntesis («gas de síntesis»). El gas de síntesis obtenido a partir de la gasificación del carbón tiende a tener una relación de H2: CO de ~ 0.7 en comparación con la relación ideal de ~ 2. Esta relación se ajusta a través de la reacción de cambio de agua-gas. Las plantas a base de carbón Fischer-Tropsch producen cantidades variables de CO2, dependiendo de la fuente de energía del proceso de gasificación. Sin embargo, la mayoría de las plantas a base de carbón confían en el carbón de alimentación para satisfacer todos los requisitos de energía del proceso Fischer-Tropsch.

Materias primas: GTL
El monóxido de carbono para la catálisis FT se deriva de los hidrocarburos. En la tecnología de gas a líquidos (GTL), los hidrocarburos son materiales de bajo peso molecular que a menudo serían descartados o quemados. El gas trenzado proporciona gas relativamente barato. GTL es viable siempre que el gas siga siendo relativamente más barato que el petróleo.

Se requieren varias reacciones para obtener los reactivos gaseosos requeridos para la catálisis de Fischer-Tropsch. Primero, los gases reactivos que ingresan a un reactor de Fischer-Tropsch deben desulfurarse. De lo contrario, las impurezas que contienen azufre desactivan («envenenan») los catalizadores requeridos para las reacciones de Fischer-Tropsch.

Se emplean varias reacciones para ajustar la relación H2: CO. Lo más importante es la reacción de cambio de gas de agua, que proporciona una fuente de hidrógeno a expensas del monóxido de carbono:

H ₂ O + CO → H ₂ + CO ₂
Para las plantas Fischer-Tropsch que utilizan metano como materia prima, otra reacción importante es el reformado con vapor, que convierte el metano en CO y H2:

H ₂ O + CH ₄ → CO + 3 H ₂

Condiciones de proceso
En general, el proceso Fischer-Tropsch se opera en el rango de temperatura de 150–300 ° C (302–572 ° F). Las temperaturas más altas conducen a reacciones más rápidas y tasas de conversión más altas, pero también tienden a favorecer la producción de metano. Por esta razón, la temperatura generalmente se mantiene en la parte baja a media del rango. El aumento de la presión conduce a mayores tasas de conversión y también favorece la formación de alcanos de cadena larga, ambos son deseables. Las presiones típicas van desde una a varias decenas de atmósferas.Incluso presiones más altas serían favorables, pero los beneficios pueden no justificar los costos adicionales de los equipos de alta presión, y las presiones más altas pueden conducir a la desactivación del catalizador a través de la formación de coque.

Se puede usar una variedad de composiciones de gas de síntesis. Para los catalizadores a base de cobalto, la proporción óptima de H2: CO es de alrededor de 1.8–2.1. Los catalizadores basados ​​en hierro pueden tolerar relaciones más bajas, debido a la actividad de reacción de cambio de gas de agua intrínseca del catalizador de hierro. Esta reactividad puede ser importante para el gas de síntesis derivado del carbón o la biomasa, que tienden a tener relaciones relativamente bajas de H2: CO (& lt; 1). Diseño del reactor del proceso Fischer-Tropsch La eliminación eficiente del calor del reactor es la necesidad básica de los reactores Fischer-Tropsch, ya que estas reacciones se caracterizan por una alta exotermia. Se discuten cuatro tipos de reactores: Reactor multisubular de lecho fijo Este tipo de reactor contiene una serie de tubos con un diámetro pequeño. Estos tubos contienen catalizador y están rodeados por agua hirviendo que elimina el calor de reacción. Un reactor de lecho fijo es adecuado para funcionar a bajas temperaturas y tiene un límite de temperatura superior a 530 K. El exceso de temperatura conduce a la deposición de carbono y, por lo tanto, al bloqueo del reactor. Dado que las grandes cantidades de los productos formados están en estado líquido, este tipo de reactor también puede denominarse un sistema de reactor de flujo por goteo. Reactor de flujo arrastrado Un requisito importante del reactor para el proceso Fischer-Tropsch es eliminar el calor de la reacción. Este tipo de reactor contiene dos bancos de intercambiadores de calor que eliminan el calor; el resto de los cuales es eliminado por los productos y reciclado en el sistema. Debe evitarse la formación de ceras pesadas, ya que se condensan en el catalizador y forman aglomeraciones. Esto conduce a la fluidización. Por lo tanto, los elevadores se operan a más de 570 K. Reactores de lodos La eliminación de calor se realiza mediante serpentines de enfriamiento interno. El gas de síntesis se burbujea a través de los productos cerosos y el catalizador finamente dividido que se suspende en el medio líquido. Esto también proporciona agitación de los contenidos del reactor. El tamaño de partícula del catalizador reduce el calor de difusión y las limitaciones de transferencia de masa. Una temperatura más baja en el reactor conduce a un producto más viscoso y una temperatura más alta (& gt; 570 K) da un espectro de producto indeseable. Además, la separación del producto del catalizador es un problema.

Reactores de lecho fluido y catalizador circulante (elevador)
Estos se utilizan para la síntesis de Fischer-Tropsch a alta temperatura (casi 340 ° C) para producir hidrocarburos insaturados de bajo peso molecular sobre catalizadores de hierro fundido alcalizado.La tecnología de lecho fluido (adaptada del craqueo catalítico de los destilados pesados ​​de petróleo) fue introducida por Hydrocarbon Research en 1946–50 y se denominó proceso «Hidrocolo». Una planta a gran escala Fischer-Tropsch Hydrocol (350,000 toneladas por año) operada durante 1951–57 en Brownsville, Texas. Debido a problemas técnicos y falta de economía debido al aumento de la disponibilidad de petróleo, este desarrollo se suspendió. Sasol ha reinvertido con mucho éxito la síntesis de Lecho Fluido-Tropsch con lecho fluido. Actualmente se encuentra en funcionamiento un reactor con una capacidad de 500,000 toneladas por año y se están construyendo incluso más grandes (casi 850,000 toneladas por año). El proceso ahora se utiliza principalmente para la producción de alqueno C2 y C7. Este nuevo desarrollo puede considerarse como un progreso importante en la tecnología Fischer-Tropsch. Kellogg Company y una planta respectiva construida en Sasol en 1956 introdujeron un proceso de alta temperatura con un catalizador de hierro circulante (‘lecho fluido circulante’, ‘reactor de elevación’, ‘proceso de catalizador arrastrado’). Fue mejorado por Sasol para operación exitosa. En Secunda, Sudáfrica, Sasol operaba 16 reactores avanzados de este tipo con una capacidad de aproximadamente 330,000 toneladas por año cada uno. Ahora, el proceso del catalizador circulante está siendo reemplazado por la tecnología superior de lecho fluido avanzada de Sasol. Los primeros experimentos con partículas de catalizador de cobalto suspendidas en aceite han sido realizados por Fischer. El reactor de columna de burbuja con un catalizador de suspensión de hierro en polvo y un gas de síntesis rico en CO fue desarrollado particularmente a escala de planta piloto por Kölbel en la Rheinpreuben Company en 1953. Recientemente (desde 1990) se están investigando los procesos de lodos Fischer-Tropsch a baja temperatura para El uso de catalizadores de hierro y cobalto, en particular para la producción de una cera de hidrocarburo, o para ser hidrocraqueado e isomerizado para producir combustible diesel, por Exxon y Sasol. Hoy en día, muchos autores consideran que la síntesis de baja temperatura Fischer-Tropsch en fase de suspensión (columna de burbujas) es el proceso más eficiente para la producción de diesel limpio de Fischer-Tropsch. Esta tecnología Fischer-Tropsch también está siendo desarrollada por la Compañía Statoil (Noruega) para su uso en un recipiente para convertir el gas asociado en los campos petroleros costa afuera en un líquido de hidrocarburo.

Materias primas en los procedimientos.

El carbón como materia prima
El gas de síntesis para la síntesis de Fischer-Tropsch fue originalmente carbón solo a temperaturas superiores a 1000 ° C en la gasificación del carbón, por ejemplo en el gasificador de presión Lurgi, generador Winkler o reactor Koppers-Totzek, con vapor de agua y aire u oxígeno convertido gas de síntesis. Dado que solo se logra una relación de hidrógeno a monóxido de carbono de 0.7 en esta reacción en la primera etapa, una porción del monóxido de carbono se convierte con agua en una reacción de cambio de gas de agua a dióxido de carbono e hidrógeno, hasta una relación de 2: 1 es alcanzado. El gas de síntesis se enfría, tomando Fenol y el amoníaco se separan y se someten a Rectisolwäsche, donde se eliminan el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno, el cianuro de hidrógeno y los constituyentes orgánicos. Los catalizadores son sensibles al azufre, el contenido de sulfuro de hidrógeno generalmente se reduce a un contenido de menos de 30 ppb. El gas limpio aún contiene aproximadamente 12% de metano, etano, nitrógeno y gases nobles, así como aproximadamente 86% de monóxido de carbono e hidrógeno en una proporción de 1: 2.

Gas natural, biomasa y residuos como materia prima.
La gran ventaja del proceso Fischer-Tropsch es que todas las materias primas de alta energía son básicamente adecuadas para el proceso. Además del carbón y el gas natural, estos incluyen biogás, madera, residuos agrícolas o residuos domésticos. La primera planta de biomasa sólida del mundo se construyó en 2005 en Choren, cerca de Freiberg. En 2011 se convirtió en insolvente.

En 2009, la aprobación general de los combustibles Fischer-Tropsch (FT-SPK) por parte de la ASTM como combustible de aviación. En 2014, aerolíneas como British Airways y Cathay Pacific prefirieron la producción de combustibles FT a partir de desechos domésticos y comenzaron a construir tales instalaciones en Londres y Hong Kong.

La distribución del producto
En general, la distribución del producto de los hidrocarburos formados durante el proceso Fischer-Tropsch sigue una distribución de Anderson-Schulz-Flory, que se puede expresar como:

W _n / n = (1 – α ) ² α ^n −1

donde Wn es la fracción en peso de hidrocarburos que contienen n átomos de carbono, y α es la probabilidad de crecimiento de la cadena o la probabilidad de que una molécula continúe reaccionando para formar una cadena más larga. En general, α está determinada en gran medida por el catalizador y las condiciones específicas del proceso.

El examen de la ecuación anterior revela que el metano siempre será el producto individual más grande siempre que α sea menor que 0.5; sin embargo, al aumentar α cerca de uno, la cantidad total de metano formado se puede minimizar en comparación con la suma de todos los diversos productos de cadena larga. El aumento de α aumenta la formación de hidrocarburos de cadena larga. Los hidrocarburos de cadena muy larga son ceras, que son sólidas a temperatura ambiente.Por lo tanto, para la producción de combustibles líquidos para el transporte puede ser necesario romper algunos de los productos de Fischer-Tropsch. Para evitar esto, algunos investigadores han propuesto el uso de zeolitas u otros sustratos catalíticos con poros de tamaño fijo que pueden restringir la formación de hidrocarburos por más tiempo que algún tamaño característico (generalmente n & lt; 10). De esta manera, pueden impulsar la reacción para minimizar la formación de metano sin producir muchos hidrocarburos de cadena larga. Tales esfuerzos han tenido un éxito limitado.

Procedimiento

Presión y temperatura
El gas crudo purificado, que tiene una relación de hidrógeno a monóxido de carbono de aproximadamente 2 a 2,2, reacciona de manera heterogénea catalíticamente en una reacción de síntesis a hidrocarburos como las parafinas, olefinas y alcoholes. Los productos finales son gasolina (gasolina sintética), diesel, combustible para calefacción y materias primas para la industria química.La reacción tiene lugar ya a presión atmosférica y a una temperatura de 160 a 200 ° C;Técnicamente, se utilizan presiones y temperaturas más altas dependiendo del proceso. La síntesis procede de acuerdo con el siguiente esquema de reacción:

 (Alcanos)
 (Alquenos)
 (Alcoholes)
Alrededor de 1,25 kilogramos de agua se producen por kilogramo de combustible, aproximadamente la mitad del hidrógeno utilizado se utiliza para su producción. Los catalizadores que contienen hierro catalizan la reacción de cambio de gas y agua, dando como resultado dióxido de carbono en lugar de agua:

Catalizadores
En la síntesis de Fischer-Tropsch, se utiliza una variedad de catalizadores. Los más utilizados son los metales de transición cobalto, hierro, níquel y rutenio. Los portadores utilizados son óxidos metálicos porosos con grandes superficies específicas, como kieselguhr, óxido de aluminio, zeolitas y dióxido de titanio.

Los catalizadores pueden prepararse por impregnación de los óxidos metálicos porosos con soluciones de sal metálica y posterior calcinación. La actividad del catalizador es por promotores, estos no son componentes catalizadores activos autocatalíticos tales como metales alcalinos o cobre incrementado. Además, la distribución del tamaño de los poros del soporte, las condiciones de calcinación y reducción y los tamaños de partículas resultantes del metal catalizador activo afectan la actividad catalítica. Sustancias como los metales alcalinos, que son buenos promotores de los catalizadores de hierro, actúan como veneno del catalizador, por ejemplo en el caso de los catalizadores de cobalto. El cobalto, el níquel y el rutenio permanecen en el estado metálico durante la reacción, mientras que el hierro forma una serie de óxidos y carburos. Sin embargo, se cree que los óxidos de cobalto, que son dejados por la reducción incompleta de la sal utilizada, desempeñan un papel de promotor.

Los catalizadores que contienen hierro y cobalto generalmente se obtienen por precipitación, a menudo junto con otros metales y otros promotores. El catalizador original de Fischer y Tropsch se preparó mediante co-precipitación de cobalto, torio y nitrato de magnesio, con tierra de diatomeas agregada al catalizador recién precipitado. Otros pasos, como la conformación, el secado y la reducción de la sal de cobalto, influyen significativamente en la actividad del catalizador. Los catalizadores de cobalto muestran solo una baja actividad en la reacción de cambio de agua-gas, mientras que los catalizadores de hierro los catalizan.

Procedimiento
El proceso es dictado por la necesidad de eliminar el gran calor de reacción de aproximadamente 3000 kilojulios por metro cúbico de gas de síntesis convertido. La temperatura es disipada por el agua cuya temperatura se controla ajustando la presión. Las temperaturas excesivamente altas conducen a la formación de metano y la rápida coquificación del catalizador.

Productos
El producto típico de Fischer-Tropsch contiene aproximadamente 10-15% de gases licuados (propano y butanos), 50% de gasolina, 28% de queroseno (diesel), 6% de parafina blanda (parafina) y 2% de parafinas duras. El proceso es importante para la producción a gran escala de gasolina y aceites a partir de carbón, gas natural o biomasa. La distribución de la longitud de la cadena de los hidrocarburos formados durante la reacción sigue una distribución de Schulz-Flory. La distribución de la longitud de la cadena se puede describir mediante la siguiente ecuación:

 .
donde W n es la fracción de peso de las moléculas de hidrocarburo con n átomos de carbono y α es la probabilidad de crecimiento de la cadena. En general, α está determinado por el catalizador y las condiciones específicas del proceso. Al variar las condiciones del proceso y el diseño del catalizador, se puede controlar la selectividad a varios productos, como las olefinas como materias primas para la industria química.

Variantes del proceso

Síntesis de arge
El proceso se lleva a cabo en varias variantes. Además del proceso de presión normal desarrollado por Fischer y Tropsch, el proceso de presión media desarrollado por Pichler, también conocido como alta carga o síntesis de argón, fue comercializado por un consorcio de Ruhrchemie y Lurgi. En este caso, la conversión de los productos de gasificación de carbón a hierro dopado con carbonato de cobre y potasio en el lecho fijo se procesa a temperaturas de alrededor de 220 a 240 ° C y presiones de hasta 25 bar. La relación monóxido de carbono a hidrógeno es de 1 a 1,7. Los productos obtenidos son mezclas de parafina / olefina, llamadas Gatsch.

La reacción es exotérmica con 158 kilojoules por mol de grupo CH 2 formado a 250 ° C:

Un problema es la eliminación del alto calor de hidrogenación para garantizar la reacción más isotérmica posible. El reactor Arge originalmente tenía un diámetro de tres metros y estaba equipado con 2052 tubos de catalizador, que contienen aproximadamente 35 toneladas o 40 metros cúbicos de catalizador. El catalizador está dispuesto en estrecho, lapeado por tuberías de agua. El calor de reacción se elimina hirviendo agua a presión. La extracción de calor insuficiente conduce a un gradiente de temperatura a través del lecho del catalizador y puede conducir a un aumento de la producción de metano o la coquización de los contactos. Una actividad catalítica decreciente de los contactos se compensa con un aumento en la temperatura de reacción.

El volumen de catalizador en los reactores modernos es de unos 200 m3. Una planta de Fischer-Tropsch con varios reactores requiere aproximadamente 1,500,000 m 3 por hora en condiciones estándar de gas de síntesis y produce aproximadamente 2,000,000 t de hidrocarburos por año. La síntesis se lleva a cabo en tres etapas con una conversión total de alrededor del 94%. Además de la implementación en el reactor de lecho fijo, hay variantes del proceso con el proceso de lecho fluidizado (proceso Hydrocol), como una síntesis de gas de combustión en la que el catalizador está presente como ceniza volante fluidizada, o en una suspensión de aceite (método Rheinpreußen – Koppers) .

Proceso de sintetol
Una variante de reacción es la síntesis Synthol desarrollada por las compañías Sasol y Kellogg. No debe confundirse con el método del mismo nombre desarrollado por Fischer y Tropsch. El proceso es una síntesis de gases de combustión; en él se dosifica el catalizador en forma de polvo con el gas de reacción. El proceso funciona a 25 bar y temperaturas superiores a 300 ° C. Como resultado, preferiblemente se forman hidrocarburos de bajo peso molecular. La relación de monóxido de carbono a hidrógeno es de aproximadamente 1: 2.

Cobalto
Los catalizadores a base de cobalto son altamente activos, aunque el hierro puede ser más adecuado para ciertas aplicaciones. Los catalizadores de cobalto son más activos para la síntesis de Fischer-Tropsch cuando la materia prima es gas natural. El gas natural tiene una alta relación de hidrógeno a carbono, por lo que el cambio de agua-gas no es necesario para los catalizadores de cobalto. Se prefieren los catalizadores de hierro para materias primas de menor calidad, como carbón o biomasa. Los gases de síntesis derivados de estas materias primas pobres en hidrógeno tienen un bajo contenido de hidrógeno y requieren la reacción de cambio de agua-gas. A diferencia de los otros metales utilizados para este proceso (Co, Ni, Ru), que permanecen en el estado metálico durante la síntesis, los catalizadores de hierro tienden a formar varias fases, incluidos varios óxidos y carburos durante la reacción. El control de estas transformaciones de fase puede ser importante para mantener la actividad catalítica y prevenir la descomposición de las partículas del catalizador.

Además del metal activo, los catalizadores contienen típicamente una serie de «promotores», que incluyen potasio y cobre. Los metales alcalinos del grupo 1, incluido el potasio, son un veneno para los catalizadores de cobalto, pero son promotores de los catalizadores de hierro. Los catalizadores se apoyan en aglutinantes / soportes de alta área de superficie, como sílice, alúmina o zeolitas. Los promotores también tienen una importante influencia en la actividad. Los óxidos de metales alcalinos y el cobre son promotores comunes, pero la formulación depende del metal primario, el hierro y el cobalto. Los óxidos alcalinos sobre catalizadores de cobalto generalmente hacen que la actividad caiga severamente incluso con cargas alcalinas muy bajas. La selectividad de C≥5 y CO2 aumenta mientras que la selectividad de metano y C2-C4 disminuye. Además, la proporción de alqueno a alcano aumenta.

Los catalizadores Fischer-Tropsch son sensibles al envenenamiento por compuestos que contienen azufre. Los catalizadores a base de cobalto son más sensibles que sus homólogos de hierro.

Planchar
Los catalizadores de hierro de Fischer-Tropsch necesitan promoción de álcali para lograr una alta actividad y estabilidad (por ejemplo, 0.5% en peso de K2O). La adición de Cu para la promoción de la reducción, la adición de SiO2, Al2O3 para la promoción estructural y quizás algo de manganeso se puede aplicar para el control de la selectividad (por ejemplo, alta olefinicidad). El catalizador de trabajo solo se obtiene cuando, después de la reducción con hidrógeno, en el período inicial de síntesis, se forman varias fases de carburo de hierro y carbono elemental, mientras que los óxidos de hierro todavía están presentes además de algo de hierro metálico. Con los catalizadores de hierro se han seguido dos direcciones de selectividad. Una dirección ha apuntado a una mezcla de hidrocarburos olefínicos de bajo peso molecular que se producirá en una fase arrastrada o en un proceso de lecho fluido (proceso Sasol-Synthol). Debido a la temperatura de reacción relativamente alta (aproximadamente 340 ° C), el peso molecular promedio del producto es tan bajo que no se produce ninguna fase de producto líquido en condiciones de reacción. Las partículas de catalizador que se mueven en el reactor son pequeñas (diámetro de partícula 100 µm) y la deposición de carbono sobre el catalizador no perturba la operación del reactor. Por lo tanto, es apropiada una baja porosidad del catalizador con diámetros de poros pequeños como los obtenidos a partir de magnetita fusionada (más promotores) después de la reducción con hidrógeno. Para maximizar el rendimiento global de gasolina, los alquenos C3 y C4 se han oligomerizado en Sasol. Sin embargo, la recuperación de las olefinas para su uso como productos químicos en, por ejemplo, los procesos de polimerización es ventajosa en la actualidad. La segunda dirección del desarrollo del catalizador de hierro ha apuntado a que la actividad catalítica más alta se use a baja temperatura de reacción donde la mayor parte del producto de hidrocarburo está en la fase líquida en condiciones de reacción. Típicamente, tales catalizadores se obtienen por precipitación a partir de soluciones de nitrato. Un alto contenido de un portador proporciona resistencia mecánica y poros anchos para una fácil transferencia de masa de los reactivos en el producto líquido que llena los poros. La fracción principal del producto es una cera de parafina, que se refina a materiales de cera comercializables en Sasol; sin embargo, también puede ser hidrocraqueado muy selectivamente a un combustible diesel de alta calidad. Así, los catalizadores de hierro son muy flexibles.

Rutenio
El rutenio es el más activo de los catalizadores de FT. Funciona a las temperaturas de reacción más bajas y produce los hidrocarburos de mayor peso molecular. Actúa como un catalizador de Fischer Tropsch como el metal puro, sin ningún promotor, proporcionando así el sistema catalítico más simple de la síntesis de Fischer Tropsch, donde las conclusiones mecanísticas deberían ser las más fáciles, por ejemplo, mucho más fáciles que con el hierro como catalizador. Al igual que con el níquel, la selectividad cambia principalmente a metano a temperatura elevada. Su alto precio y recursos mundiales limitados excluyen la aplicación industrial. Los estudios sistemáticos de Fischer Tropsch con catalizadores de rutenio deberían contribuir sustancialmente a la exploración adicional de los fundamentos de la síntesis de Fischer Tropsch. Hay una pregunta interesante a considerar: qué características tienen los metales níquel, hierro, cobalto y rutenio en común para permitir que ellos, y solo ellos, sean catalizadores Fischer-Tropsch, convirtiendo la mezcla de CO / H2 en hidrocarburos alifáticos (cadena larga). en una ‘reacción de un paso’. El término ‘reacción de un paso’ significa que los intermedios de reacción no se desorben de la superficie del catalizador. En particular, es sorprendente que el catalizador de hierro alcalinizado mucho carburado produzca una reacción similar a la del catalizador de rutenio metálico.

HTFT y LTFT
Fischer-Tropsch (o HTFT) de alta temperatura se opera a temperaturas de 330–350 ° C y utiliza un catalizador a base de hierro. Este proceso fue utilizado extensivamente por Sasol en sus plantas de carbón a líquido (CTL). Fischer-Tropsch (LTFT) de baja temperatura se opera a temperaturas más bajas y utiliza un catalizador a base de hierro o cobalto. Este proceso es mejor conocido por ser utilizado en la primera planta integrada de GTL operada y construida por Shell en Bintulu, Malasia.

Desarrollos de investigación
Choren Industries ha construido una planta en Alemania que convierte biomasa en gas de síntesis y combustibles utilizando la estructura del proceso Shell Fischer-Tropsch. La compañía quebró en 2011 debido a impracticaciones en el proceso.

La síntesis de gasificación de biomasa (BG) y Fischer-Tropsch (FT) se puede combinar en principio para producir combustibles renovables para el transporte (biocombustibles).

Certificación de la fuerza aérea de Estados Unidos
Syntroleum, una compañía que cotiza en bolsa en los Estados Unidos, ha producido más de 400,000 galones en Estados Unidos (1,500,000 L) de diesel y combustible para aviones del proceso Fischer-Tropsch con gas natural y carbón en su planta de demostración cerca de Tulsa, Oklahoma.Syntroleum está trabajando para comercializar su tecnología Fischer-Tropsch con licencia a través de plantas de carbón a líquido en los Estados Unidos, China y Alemania, así como plantas de gas a líquido a nivel internacional. Utilizando gas natural como materia prima, el combustible ultra limpio y bajo en azufre ha sido probado extensivamente por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) y el Departamento de Transporte de los Estados Unidos (DOT).

Reutilización de dióxido de carbono
El dióxido de carbono no es una materia prima típica para la catálisis FT. El hidrógeno y el dióxido de carbono reaccionan sobre un catalizador a base de cobalto, produciendo metano. Con catalizadores a base de hierro también se producen hidrocarburos de cadena corta insaturados.Tras la introducción al soporte del catalizador, ceria funciona como un catalizador de cambio de gas de agua inverso, aumentando aún más el rendimiento de la reacción. Los hidrocarburos de cadena corta se actualizaron a combustibles líquidos sobre catalizadores ácidos sólidos, como las zeolitas.

Eficiencia del proceso
Usando la tecnología FT convencional, el proceso varía en eficiencia de carbono de 25 a 50 por ciento y una eficiencia térmica de aproximadamente 50% para las instalaciones de CTL idealizadas al 60% con instalaciones de GTL con aproximadamente 60% de eficiencia idealizada al 80% de eficiencia.

Fischer-Tropsch en la naturaleza
También se ha sugerido que un proceso tipo Fischer-Tropsch ha producido algunos de los componentes básicos del ADN y el ARN en los asteroides. De manera similar, los procesos de FT que ocurren naturalmente también se han descrito como importantes para la formación de petróleo abiogénico.