फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एक संग्रह है जो कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रोजन के मिश्रण को तरल हाइड्रोकार्बन में परिवर्तित करती है। ये प्रतिक्रियाएं धातु उत्प्रेरक की उपस्थिति में होती हैं, आमतौर पर 150-300 डिग्री सेल्सियस (302-572 डिग्री फारेनहाइट) के तापमान और वायुमंडल के कई दसियों के दबाव में होती है। इस प्रक्रिया को पहली बार फ्रांज फिशर और हंस ट्रॉप्स द्वारा 1 9 25 में जर्मनी के मुल्हेम ए डर रुहर में कैसर-विल्हेम-इंस्टिट्यूट फर कोहलेनफोर्सचंग में विकसित किया गया था।

सी 1 रसायन विज्ञान के एक प्रमुख उदाहरण के रूप में, फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया तरल हाइड्रोकार्बन के उत्पादन के लिए तरल पदार्थ प्रौद्योगिकी कोयला तरल पदार्थ और गैस दोनों में एक महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया है। सामान्य कार्यान्वयन में, कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रोजन, एफटी के लिए फीडस्टॉक्स, कोयला, प्राकृतिक गैस, या बायोमास से गैस प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है। फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया तब इन गैसों को सिंथेटिक स्नेहन तेल और सिंथेटिक ईंधन में परिवर्तित करती है।फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया को कम सल्फर डीजल ईंधन के स्रोत के रूप में और पेट्रोलियम-व्युत्पन्न हाइड्रोकार्बन की आपूर्ति या लागत को संबोधित करने के लिए अंतःक्रियात्मक ध्यान प्राप्त हुआ है।

प्रतिक्रिया तंत्र
फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया में रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला शामिल होती है जो विभिन्न प्रकार के हाइड्रोकार्बन उत्पन्न करती हैं, आदर्श रूप से फॉर्मूला (सी <सब> <i> n </ i> (सी _एन एच _{2 एन +2} ) होती है। अधिक उपयोगी प्रतिक्रियाएं उत्पन्न होती हैं निम्नानुसार अल्केन:

(2 एन + 1) एच ₂ + एन सीओ → सी _एन एच _{2 एन +2} + एन एच ₂ ओ
जहां एन आमतौर पर 10-20 है। मीथेन (एन = 1) का गठन अवांछित है। उत्पादित अधिकांश अल्केन सीधी श्रृंखला होते हैं, जो डीजल ईंधन के रूप में उपयुक्त होते हैं। क्षारीय गठन के अलावा, प्रतिस्पर्धी प्रतिक्रियाएं छोटी मात्रा में अल्केन, साथ ही अल्कोहल और अन्य ऑक्सीजनयुक्त हाइड्रोकार्बन देती हैं।

फिशर-ट्रॉप्स इंटरमीडिएट्स और मौलिक प्रतिक्रियाएं
एच 2 और सीओ के मिश्रण को अल्फाटिक उत्पादों में परिवर्तित करना स्पष्ट रूप से कई प्रकार के मध्यवर्ती के साथ एक बहु-चरण प्रतिक्रिया होना चाहिए। हाइड्रोकार्बन श्रृंखला के विकास को दोहराया अनुक्रम शामिल करने के रूप में देखा जा सकता है जिसमें हाइड्रोजन परमाणु कार्बन और ऑक्सीजन में जोड़े जाते हैं, सी-ओ बॉन्ड विभाजित होता है और एक नया सी-सी बंधन बनता है। सीओ + 2 एच 2 → (सीएच 2) + एच 2 ओ द्वारा उत्पादित एक -CH2- समूह के लिए, कई प्रतिक्रियाएं आवश्यक हैं:

सीओ के सहयोगी सोखना
सी-ओ बॉन्ड का विभाजन
2 एच 2 का विघटनकारी सोखना
H2O उत्पन्न करने के लिए ऑक्सीजन में 2 एच का स्थानांतरण
एच 2 ओ का अवशोषण
CH2 उत्पन्न करने के लिए कार्बन में 2 एच का स्थानांतरण

सीओ से अल्केन के रूपांतरण में सीओ, हाइड्रोजेनोलिसिस (एच 2 के साथ क्लेवाज) सी-ओ बॉन्ड के हाइड्रोजनीकरण, और सी-सी बॉन्ड का गठन शामिल है। इस तरह की प्रतिक्रियाओं को सतह से बंधे धातु कार्बोनील्स के प्रारंभिक गठन के माध्यम से आगे बढ़ने के लिए माना जाता है। सीओ लिगैंड को संभवतः ऑक्साइड और कार्बाइड लिगैंड्स में विघटन से गुजरना पड़ता है। अन्य संभावित मध्यवर्ती विभिन्न सी 1 टुकड़े होते हैं जिनमें फॉर्मिल (सीएचओ), हाइड्रॉक्सीकार्बेन (एचसीओएच), हाइड्रोक्साइमिथाइल (सीएच 2 ओएच), मिथाइल (सीएच 3), मेथिलिन (सीएच 2), मेथिलिडेन (सीएच), और हाइड्रोक्साइमिथिलीन (सीओएच) शामिल हैं। इसके अलावा, और तरल ईंधन के उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण, प्रतिक्रियाएं हैं जो सी-सी बॉन्ड बनाती हैं, जैसे प्रवासी प्रविष्टि। कई संबंधित स्टॉइचियोमेट्रिक प्रतिक्रियाओं को पृथक धातु समूहों पर अनुकरण किया गया है, लेकिन समरूप फिशर-ट्रॉप्स उत्प्रेरक खराब विकसित हुए हैं और इसका कोई व्यावसायिक महत्व नहीं है।

फीड स्ट्रीम में आइसोटोपिक लेबल वाले अल्कोहल के परिणामस्वरूप उत्पाद में अल्कोहल को शामिल किया जाता है।यह अवलोकन सी-ओ बॉन्ड स्किशन की सुविधा स्थापित करता है। कोबाल्ट उत्प्रेरक पर 14 सी लेबल वाले ईथिलीन और प्रोपेन का उपयोग करने से इन ओलेफ़िन की बढ़ती श्रृंखला में शामिल होता है। इस प्रकार चेन वृद्धि प्रतिक्रिया में ‘ओलेफिन सम्मिलन’ के साथ-साथ ‘सीओ-सम्मिलन’ दोनों शामिल हैं।

फीडस्टॉक्स: गैसीफिकेशन
कोयले या संबंधित ठोस फीडस्टॉक्स (कार्बन के स्रोत) से जुड़े फिशर-ट्रॉप्स संयंत्रों को पहले ठोस ईंधन को गैसीय प्रतिक्रियाशील, यानी, सीओ, एच 2, और अल्केन में परिवर्तित करना चाहिए। इस रूपांतरण को गैसीफिकेशन कहा जाता है और उत्पाद को संश्लेषण गैस (“सिंजस”) कहा जाता है। कोयला गैसीकरण से प्राप्त संश्लेषण गैस में एच 2: सीओ अनुपात ~ 0.7 के आदर्श अनुपात की तुलना में ~ 0.7 होता है। यह अनुपात जल गैस शिफ्ट प्रतिक्रिया के माध्यम से समायोजित किया जाता है। कोयला आधारित फिशर-ट्रॉप्स संयंत्र पौधों की प्रक्रिया के ऊर्जा स्रोत के आधार पर सीओ 2 की अलग-अलग मात्रा का उत्पादन करते हैं। हालांकि, अधिकांश कोयले आधारित पौधे फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया की सभी ऊर्जा आवश्यकताओं को आपूर्ति करने के लिए फ़ीड कोयले पर भरोसा करते हैं।

फीडस्टॉक्स: जीटीएल
एफटी उत्प्रेरण के लिए कार्बन मोनोऑक्साइड हाइड्रोकार्बन से लिया गया है। तरल पदार्थ (जीटीएल) प्रौद्योगिकी के लिए गैस में, हाइड्रोकार्बन कम आणविक वजन सामग्री होती है जिसे अक्सर त्याग दिया या फहराया जाएगा। फंसे गैस अपेक्षाकृत सस्ते गैस प्रदान करता है। जीटीएल व्यवहार्य है बशर्ते गैस तेल से तुलनात्मक रूप से सस्ता रहे।

फिशर-ट्रॉप्स कैटलिसिस के लिए आवश्यक गैसीय प्रतिक्रियाओं को प्राप्त करने के लिए कई प्रतिक्रियाएं आवश्यक हैं।सबसे पहले, एक फिशर-ट्रॉप्स रिएक्टर में प्रवेश करने वाले प्रतिक्रियाशील गैसों को विलुप्त होना चाहिए। अन्यथा, सल्फर-युक्त अशुद्धता फिशर-ट्रॉप्स प्रतिक्रियाओं के लिए आवश्यक उत्प्रेरक को निष्क्रिय (“जहर”) निष्क्रिय करती है।

H2: CO अनुपात समायोजित करने के लिए कई प्रतिक्रियाएं नियोजित की जाती हैं। सबसे महत्वपूर्ण जल गैस शिफ्ट प्रतिक्रिया है, जो कार्बन मोनोऑक्साइड की कीमत पर हाइड्रोजन का स्रोत प्रदान करती है:

एच ₂ ओ + सीओ → एच ₂ + सीओ ₂
फिशर-ट्रॉप्स संयंत्रों के लिए जो फीथेस्टॉक के रूप में मीथेन का उपयोग करते हैं, एक और महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया स्टीम सुधार है, जो मीथेन को सीओ और एच 2 में परिवर्तित करती है:

एच ₂ ओ + सीएच ₄ → सीओ + 3 एच ₂

प्रक्रिया की स्थिति
आम तौर पर, फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया 150-300 डिग्री सेल्सियस (302-572 डिग्री फारेनहाइट) की तापमान सीमा में संचालित होती है। उच्च तापमान तेजी से प्रतिक्रियाओं और उच्च रूपांतरण दर का कारण बनता है लेकिन यह मीथेन उत्पादन का पक्ष लेता है। इस कारण से, तापमान आमतौर पर सीमा के निम्न से मध्य भाग में बनाए रखा जाता है। दबाव बढ़ाना उच्च रूपांतरण दर की ओर जाता है और यह भी लंबे समय तक जंजीर अल्केन के गठन का पक्ष लेता है, जिनमें से दोनों वांछनीय हैं। विशिष्ट दबाव एक से कई दस वायुमंडल तक होते हैं। यहां तक ​​कि उच्च दबाव भी अनुकूल होंगे, लेकिन लाभ उच्च दबाव वाले उपकरणों की अतिरिक्त लागत को उचित नहीं ठहरा सकते हैं, और उच्च दबाव कोक गठन के माध्यम से उत्प्रेरक निष्क्रियता का कारण बन सकता है।

संश्लेषण-गैस संरचनाओं की एक किस्म का उपयोग किया जा सकता है। कोबाल्ट आधारित उत्प्रेरक के लिए इष्टतम एच 2: सीओ अनुपात लगभग 1.8-2.1 है। आयरन उत्प्रेरक की आंतरिक जल गैस शिफ्ट प्रतिक्रिया गतिविधि के कारण आयरन आधारित उत्प्रेरक कम अनुपात सहन कर सकते हैं। कोयले या बायोमास से प्राप्त संश्लेषण गैस के लिए यह प्रतिक्रियाशीलता महत्वपूर्ण हो सकती है, जो अपेक्षाकृत कम एच 2: सीओ अनुपात (& lt; 1) होता है। फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया रिएक्टर का डिजाइन रिएक्टर से गर्मी की कुशल हटाने को फिशर-ट्रॉप्स रिएक्टरों की मूल आवश्यकता है क्योंकि इन प्रतिक्रियाओं को उच्च exothermicity द्वारा विशेषता है। चार प्रकार के रिएक्टरों पर चर्चा की जाती है: मल्टी ट्यूबलर फिक्स्ड-बेड रिएक्टर इस प्रकार के रिएक्टर में छोटे व्यास वाले कई ट्यूब होते हैं। इन ट्यूबों में उत्प्रेरक होते हैं और उबलते पानी से घिरे होते हैं जो प्रतिक्रिया की गर्मी को हटा देते हैं। एक निश्चित बिस्तर रिएक्टर कम तापमान पर ऑपरेशन के लिए उपयुक्त है और इसकी ऊपरी तापमान सीमा 530 के है। अतिरिक्त तापमान कार्बन जमावट और इसलिए रिएक्टर की बाधा उत्पन्न करता है। चूंकि गठित उत्पादों की बड़ी मात्रा में तरल अवस्था में हैं, इस प्रकार के रिएक्टर को ट्रिकल फ्लो रिएक्टर सिस्टम के रूप में भी संदर्भित किया जा सकता है। प्रक्षेपित प्रवाह रिएक्टर फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया के लिए रिएक्टर की एक महत्वपूर्ण आवश्यकता प्रतिक्रिया की गर्मी को दूर करना है। इस प्रकार के रिएक्टर में गर्मी एक्सचेंजर्स के दो किनारे होते हैं जो गर्मी को हटाते हैं; जिनमें से शेष उत्पादों द्वारा हटा दिया जाता है और सिस्टम में पुनर्नवीनीकरण किया जाता है। भारी मोमों के गठन से बचा जाना चाहिए, क्योंकि वे उत्प्रेरक पर गठन करते हैं और agglomerations फार्म। यह तरलता की ओर जाता है। इसलिए, risers 570 के ऊपर संचालित होते हैं। स्लरी रिएक्टर हीट हटाने आंतरिक शीतलन कॉइल्स द्वारा किया जाता है। संश्लेषण गैस को मोम उत्पादों और बारीक से विभाजित उत्प्रेरक के माध्यम से बुलबुला किया जाता है जिसे तरल माध्यम में निलंबित किया जाता है। यह रिएक्टर की सामग्री का आंदोलन भी प्रदान करता है। उत्प्रेरक कण आकार diffusional गर्मी और जन हस्तांतरण सीमाओं को कम कर देता है।रिएक्टर में कम तापमान एक अधिक चिपचिपा उत्पाद होता है और उच्च तापमान (& gt; 570 के) एक अवांछित उत्पाद स्पेक्ट्रम देता है। इसके अलावा, उत्प्रेरक से उत्पाद को अलग करना एक समस्या है।

द्रव-बिस्तर और परिसंचरण उत्प्रेरक (riser) रिएक्टर
इन्हें उच्च तापमान वाले फिशर-ट्रॉप्स संश्लेषण (लगभग 340 डिग्री सेल्सियस) के लिए उपयोग किया जाता है ताकि कम आणविक-भारित असंतृप्त हाइड्रोकार्बन का उत्पादन क्षारीकृत मिश्रित लौह उत्प्रेरक पर किया जा सके। द्रव-बिस्तर प्रौद्योगिकी (भारी पेट्रोलियम डिस्टिलेट्स की उत्प्रेरक क्रैकिंग से अनुकूलित) को 1 946-50 में हाइड्रोकार्बन रिसर्च द्वारा पेश किया गया था और ‘हाइड्रोकॉल’ प्रक्रिया का नाम दिया गया था। ब्राउनविले, टेक्सास में 1 9 51-57 के दौरान एक बड़े पैमाने पर फिशर-ट्रॉप्स हाइड्रोकॉल प्लांट (प्रति वर्ष 350,000 टन) संचालित किया गया था। तकनीकी समस्याओं के कारण, और पेट्रोलियम उपलब्धता में वृद्धि के कारण अर्थव्यवस्था की कमी, यह विकास बंद कर दिया गया था। फ्लूइड-बिस्तर फिशर-ट्रॉप्स संश्लेषण हाल ही में सासोल द्वारा पुनः सफलतापूर्वक पुनर्निवेश किया गया है। प्रति वर्ष 500,000 टन की क्षमता वाला एक रिएक्टर अब संचालन में है और यहां तक ​​कि बड़े लोगों को भी बनाया जा रहा है (लगभग 850,000 टन सालाना)। प्रक्रिया अब मुख्य रूप से सी 2 और सी 7 एलकेन उत्पादन के लिए उपयोग की जाती है। फिशर-ट्रॉप्स प्रौद्योगिकी में इस नए विकास को एक महत्वपूर्ण प्रगति के रूप में माना जा सकता है। एक परिसंचारी लौह उत्प्रेरक (‘परिसंचारी तरल बिस्तर’, ‘रिज़र रिएक्टर’, ‘प्रक्षेपित उत्प्रेरक प्रक्रिया’) के साथ उच्च तापमान की प्रक्रिया केलॉग कंपनी और 1 9 56 में सासोल में बने एक संबंधित संयंत्र द्वारा पेश की गई थी। इसे सासोल द्वारा सुधार किया गया था सफल ऑपरेशन दक्षिण अफ्रीका के सिकुंडा में, सासोल ने इस प्रकार के 16 उन्नत रिएक्टरों को प्रति वर्ष लगभग 330,000 टन की क्षमता के साथ संचालित किया। अब परिसंचारी उत्प्रेरक प्रक्रिया को बेहतर सासोल-उन्नत तरल पदार्थ-बिस्तर प्रौद्योगिकी द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है। तेल में निलंबित कोबाल्ट उत्प्रेरक कणों के साथ शुरुआती प्रयोग फिशर द्वारा किए गए हैं। पाउडर लोहा स्लरी उत्प्रेरक और एक सीओ समृद्ध सिंजस के साथ बबल कॉलम रिएक्टर विशेष रूप से 1 9 53 में राइनेप्रुबेन कंपनी में कोल्बेल द्वारा पौधे के पैमाने को पायलट करने के लिए विकसित किया गया था। हाल ही में (1 99 0 से) निम्न तापमान फिशर-ट्रॉप्स स्लरी प्रक्रियाओं की जांच चल रही है लोहे और कोबाल्ट उत्प्रेरक का उपयोग, खासतौर पर एक हाइड्रोकार्बन मोम के उत्पादन के लिए, या एक्सक्सन और सासोल द्वारा डीजल ईंधन का उत्पादन करने के लिए हाइड्रोक्रैक्ड और आइसोमेरिज्ड होना। आज स्लरी-चरण (बबल कॉलम) कम तापमान फिशर-ट्रॉप्स संश्लेषण कई लेखकों द्वारा फिशर-ट्रॉप्स स्वच्छ डीजल उत्पादन के लिए सबसे प्रभावी प्रक्रिया के रूप में माना जाता है। इस फिशर-ट्रॉप्स तकनीक को स्टेटोइल कंपनी (नॉर्वे) द्वारा ऑफशोर तेल क्षेत्रों में एक हाइड्रोकार्बन तरल में संबंधित गैस को परिवर्तित करने के लिए एक जहाज पर उपयोग के लिए भी विकास किया जा रहा है।

कार्यवाही में कच्चे माल

कच्चे माल के रूप में कोयला
फिशर-ट्रॉप्स संश्लेषण के लिए संश्लेषण गैस प्रदान करने के लिए मूल रूप से कोयले गैसीफिकेशन में 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर तापमान पर कोयला अकेला था, उदाहरण के लिए लर्गी प्रेशर गैसीफायर, विंकलर जनरेटर या कोपर-टोट्ज़ेक रिएक्टर में, वाटर वाष्प और वायु या ऑक्सीजन में परिवर्तित संश्लेषण गैस चूंकि पहले चरण में इस प्रतिक्रिया में केवल 0.7 के कार्बन मोनोऑक्साइड अनुपात के लिए एक हाइड्रोजन प्राप्त होता है, कार्बन डाइऑक्साइड का एक हिस्सा कार्बन डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन को जल गैस शिफ्ट प्रतिक्रिया में पानी के साथ परिवर्तित किया जाता है, 2: 1 के अनुपात तक पहुंच गया। संश्लेषण गैस को ठंडा किया जाता है, ले जाने से फेनोल और अमोनिया अलग हो जाते हैं, और रेक्टिसोलवास्के के अधीन होते हैं, जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड, हाइड्रोजन सल्फाइड, हाइड्रोजन साइनाइड और कार्बनिक घटक हटा दिए जाते हैं। उत्प्रेरक सल्फर के प्रति संवेदनशील होते हैं, हाइड्रोजन सल्फाइड सामग्री आम तौर पर 30 पीपीबी से कम की मात्रा की मात्रा में होती है। स्वच्छ गैस में अभी भी 12% मीथेन, इथेन, नाइट्रोजन और महान गैसों के साथ-साथ लगभग 86% कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रोजन अनुपात 1: 2 में होता है।

कच्चे माल के रूप में प्राकृतिक गैस, बायोमास और अपशिष्ट
फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया का बड़ा लाभ यह है कि प्रत्येक उच्च ऊर्जा कच्ची सामग्री मूल रूप से प्रक्रिया के लिए उपयुक्त होती है। कोयले और प्राकृतिक गैस के अलावा, इसमें बायोगैस, लकड़ी, कृषि अपशिष्ट या घरेलू अपशिष्ट शामिल हैं। दुनिया का पहला ठोस बायोमास प्लांट 2005 में फ्रीबर्ग के पास चोरन में बनाया गया था। 2011 में वह दिवालिया हो गई।

200 9 में, एएसटीएम द्वारा फिशर-ट्रॉप्स ईंधन (एफटी-एसपीके) की सामान्य स्वीकृति विमानन ईंधन के रूप में। 2014 में, ब्रिटिश एयरवेज और कैथे पैसिफ़िक जैसी एयरलाइनों ने घरेलू अपशिष्ट से एफटी ईंधन के उत्पादन को प्राथमिकता दी और लंदन और हांगकांग में ऐसी सुविधाओं का निर्माण शुरू कर दिया था।

उत्पाद वितरण
आम तौर पर फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया के दौरान गठित हाइड्रोकार्बन का उत्पाद वितरण एंडरसन-शूलज़-फ्लोरी वितरण का पालन करता है, जिसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

डब्ल्यू _एन / एन = (1 – α ) ² α ^एन -1

जहां डब्ल्यू एन कार्बन परमाणु युक्त हाइड्रोकार्बन का वज़न अंश होता है, और α श्रृंखला वृद्धि संभावना या संभावना है कि एक अणु लंबी श्रृंखला बनाने के लिए प्रतिक्रिया जारी रखेगा। आम तौर पर, α मुख्य रूप से उत्प्रेरक और विशिष्ट प्रक्रिया की स्थितियों द्वारा निर्धारित किया जाता है।

उपर्युक्त समीकरण की परीक्षा से पता चलता है कि मीथेन हमेशा सबसे बड़ा एकल उत्पाद होगा जब तक α 0.5 से कम न हो; हालांकि, एक के करीब α बढ़कर, गठित मीथेन की कुल मात्रा को विभिन्न प्रकार के लंबे समय तक बने उत्पादों के योग की तुलना में कम किया जा सकता है। बढ़ते α लंबे-जंजीर हाइड्रोकार्बन के गठन को बढ़ाता है। बहुत लंबे समय तक बने हाइड्रोकार्बन वैक्स होते हैं, जो कमरे के तापमान पर ठोस होते हैं। इसलिए, तरल परिवहन ईंधन के उत्पादन के लिए फिशर-ट्रॉप्स उत्पादों में से कुछ को तोड़ना आवश्यक हो सकता है। इससे बचने के लिए, कुछ शोधकर्ताओं ने ज़ीलाइट्स या अन्य उत्प्रेरक सबस्ट्रेट्स का उपयोग निश्चित आकार के छिद्रों के साथ करने का प्रस्ताव दिया है जो कुछ विशेष आकार (आमतौर पर एन & lt; 10) से अधिक लंबे समय तक हाइड्रोकार्बन के गठन को प्रतिबंधित कर सकते हैं। इस तरह वे प्रतिक्रिया को ड्राइव कर सकते हैं ताकि बहुत लंबे समय तक बने हाइड्रोकार्बन के उत्पादन के बिना मीथेन गठन को कम किया जा सके। इस तरह के प्रयासों में केवल सीमित सफलता थी।

प्रक्रिया

दबाव और तापमान
शुद्ध क्रूड गैस, जिसमें लगभग 2 से 2.2 के हाइड्रोजन से कार्बन मोनोऑक्साइड का अनुपात होता है, को पैराफिन, ओलेफ़िन और अल्कोहल जैसे हाइड्रोकार्बन के संश्लेषण प्रतिक्रिया में विषम रूप से उत्प्रेरक प्रतिक्रिया दी जाती है। अंत उत्पाद रासायनिक उद्योग के लिए गैसोलीन (सिंथेटिक गैसोलीन), डीजल, हीटिंग तेल और कच्चे माल हैं। प्रतिक्रिया पहले से ही वायुमंडलीय दबाव और 160 से 200 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर होती है; तकनीकी रूप से, प्रक्रिया के आधार पर उच्च दबाव और तापमान का उपयोग किया जाता है। संश्लेषण निम्नलिखित प्रतिक्रिया योजना के अनुसार आता है:

 (Alkanes)
 (Alkenes)
 (अल्कोहल)
लगभग 1.25 किलोग्राम पानी प्रति किलोग्राम ईंधन का उत्पादन होता है, इसके उत्पादन के लिए उपयोग किए जाने वाले लगभग आधे हाइड्रोजन का उपयोग किया जाता है। लौह युक्त उत्प्रेरक जल-गैस शिफ्ट प्रतिक्रिया उत्प्रेरित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप पानी के बजाय कार्बन डाइऑक्साइड होता है:

उत्प्रेरक
फिशर-ट्रॉप्स संश्लेषण में, विभिन्न उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है। सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला संक्रमण धातु कोबाल्ट, लौह, निकल और रथिनियम पर आधारित होता है। इस्तेमाल किए गए वाहक छिद्रित धातु ऑक्साइड होते हैं जिनमें बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्रों जैसे किज़लगुहर, एल्यूमीनियम ऑक्साइड, ज़ीलाइट्स और टाइटेनियम डाइऑक्साइड होते हैं।

उत्प्रेरक धातु नमक समाधान और बाद में कैल्सीनेशन के साथ छिद्रित धातु ऑक्साइड के प्रजनन द्वारा तैयार किए जा सकते हैं। उत्प्रेरक गतिविधि प्रमोटरों द्वारा की जाती है, ये स्वयं उत्प्रेरक सक्रिय उत्प्रेरक घटक नहीं होते हैं जैसे कि क्षार धातु या तांबे के टुकड़े। इसके अलावा, समर्थन का पोर आकार वितरण, कैल्सीनेशन और कमी की स्थिति और सक्रिय उत्प्रेरक धातु के परिणामी कण आकार उत्प्रेरक गतिविधि को प्रभावित करते हैं। अल्काली धातुओं जैसे पदार्थ, जो लौह उत्प्रेरक के लिए अच्छे प्रमोटर हैं, उत्प्रेरक जहर के रूप में कार्य करते हैं, उदाहरण के लिए कोबाल्ट उत्प्रेरक के मामले में। प्रतिक्रिया के दौरान कोबाल्ट, निकल और रथिनियम धातु के राज्य में रहते हैं, जबकि लौह ऑक्साइड और कार्बाइड की एक श्रृंखला बनाता है। हालांकि, ऐसा माना जाता है कि कोबाल्ट ऑक्साइड, जो नमक के अपूर्ण कमी से पीछे छोड़ दिया जाता है, प्रमोटर भूमिका निभाते हैं।

लौह- और कोबाल्ट युक्त उत्प्रेरक आमतौर पर वर्षा से प्राप्त होते हैं, अक्सर अन्य धातुओं और अन्य प्रमोटरों के साथ मिलकर। फिशर और ट्रॉप्स का मूल उत्प्रेरक कोबाल्ट, थोरियम और मैग्नीशियम नाइट्रेट के सह-वर्षा द्वारा तैयार किया गया था, जिसमें डायमैमोसियस पृथ्वी ताजा प्रक्षेपित उत्प्रेरक में जोड़ा गया था। कोबाल्ट नमक को आकार देने, सूखने और घटाने जैसे आगे के कदम महत्वपूर्ण उत्प्रेरक की गतिविधि को प्रभावित करते हैं। कोबाल्ट उत्प्रेरक जल-गैस शिफ्ट प्रतिक्रिया में केवल कम गतिविधि दिखाते हैं, जबकि लौह उत्प्रेरक उन्हें उत्प्रेरित करते हैं।

प्रक्रिया
प्रक्रिया प्रति घन मीटर प्रति घन मीटर प्रति घन मीटर की प्रतिक्रिया की बड़ी गर्मी को हटाने की आवश्यकता से निर्धारित होती है। तापमान पानी से विलुप्त हो जाता है जिसका तापमान दबाव समायोजित करके नियंत्रित होता है। अत्यधिक उच्च तापमान उत्प्रेरक के मीथेन गठन और तेजी से कोकिंग का कारण बनता है।

उत्पाद
ठेठ फिशर-ट्रॉप्स उत्पाद में लगभग 10-15% तरलीकृत गैस (प्रोपेन और ब्यूटेन), 50% गैसोलीन, 28% केरोसिन (डीजल तेल), 6% मुलायम पैराफिन (पैराफिन गपशप) और 2% हार्ड पैराफिन होते हैं। कोयला, प्राकृतिक गैस या बायोमास से बड़े पैमाने पर पेट्रोल और तेलों के उत्पादन के लिए प्रक्रिया महत्वपूर्ण है। प्रतिक्रिया के दौरान गठित हाइड्रोकार्बन की श्रृंखला लंबाई वितरण एक शूलज़-फ्लोरी वितरण का पालन करता है। चेन लंबाई वितरण निम्नलिखित समीकरण द्वारा वर्णित किया जा सकता है:

 ।
जहां डब्ल्यू एन कार्बन परमाणुओं के साथ हाइड्रोकार्बन अणुओं का वजन अंश होता है और α श्रृंखला वृद्धि संभावना है।सामान्य रूप से, α उत्प्रेरक और विशिष्ट प्रक्रिया की स्थितियों द्वारा निर्धारित किया जाता है। प्रक्रिया की स्थिति और उत्प्रेरक के डिजाइन को बदलकर, रासायनिक उत्पादों के लिए कच्चे माल के रूप में ओलेफ़िन जैसे विभिन्न उत्पादों की चुनिंदाता को नियंत्रित किया जा सकता है।

प्रक्रिया प्रकार

एज संश्लेषण
प्रक्रिया कई रूपों में की जाती है। फिशर और ट्रॉप्स द्वारा विकसित सामान्य दबाव प्रक्रिया के अतिरिक्त, पिचलर द्वारा विकसित मध्यम दबाव प्रक्रिया, जिसे उच्च लोड या आर्गन संश्लेषण के रूप में भी जाना जाता है, को रुहरचेमी और लूर्गी के एक संघ द्वारा वाणिज्यिकीकृत किया गया था। इस मामले में, कोयले गैसीफिकेशन उत्पादों को तांबे और पोटेशियम कार्बोनेट में लोहे के संपर्कों को 220 से 240 डिग्री सेल्सियस के तापमान और 25 बार तक दबाव पर तय बिस्तर प्रक्रिया में परिवर्तित किया जाता है। हाइड्रोजन अनुपात में कार्बन मोनोऑक्साइड 1 से 1.7 है। प्राप्त उत्पाद पैराफिन / ओलेफ़िन मिश्रण, तथाकथित गत्शेक हैं।

प्रतिक्रिया 250 डिग्री सेल्सियस पर बने सीएच 2 समूह के 158 किलोोज्यूल प्रति मोल के साथ exothermic है:

एक समस्या हाइड्रोजनीकरण की उच्च गर्मी को हटाने के लिए सबसे अधिक आइसोथर्मल प्रतिक्रिया सुनिश्चित करने के लिए है। आर्गे रिएक्टर के मूल रूप से तीन मीटर का व्यास था और 2052 उत्प्रेरक ट्यूबों से लैस था, जिसमें लगभग 35 टन या 40 घन मीटर उत्प्रेरक थे। उत्प्रेरक को पानी के पाइप से संकीर्ण, संकीर्ण में व्यवस्थित किया जाता है। दबाव में गर्मी दबाव में उबलते पानी से हटा दी जाती है। अपर्याप्त गर्मी हटाने उत्प्रेरक बिस्तर में तापमान ढाल की ओर जाता है और संपर्कों के मीथेन उत्पादन या कोकिंग में वृद्धि कर सकता है। संपर्क तापमान में वृद्धि से संपर्कों की कम उत्प्रेरक गतिविधि को मुआवजा दिया जाता है।

आधुनिक रिएक्टरों में उत्प्रेरक मात्रा लगभग 200 एम 3 है। कई रिएक्टरों के साथ एक फिशर-ट्रॉप्स प्लांट को संश्लेषण गैस की मानक स्थितियों के तहत 1,500,000 मीटर प्रति घंटे की आवश्यकता होती है और प्रति वर्ष 2,000,000 टन हाइड्रोकार्बन पैदा करती है। संश्लेषण लगभग 3 9% के कुल रूपांतरण के साथ तीन चरणों में किया जाता है। फिक्स्ड बेड रिएक्टर में कार्यान्वयन के अलावा तरल पदार्थ बिस्तर प्रक्रिया (हाइड्रोकॉल प्रक्रिया) के साथ प्रोसेस वेरिएंट हैं, एक फ्लू गैस संश्लेषण के रूप में, जिसमें उत्प्रेरक तरल पदार्थ वाली फ्लाई ऐश के रूप में मौजूद है, या एक तेल निलंबन (रिनेप्रुसेन – कोपर विधि) में मौजूद है। ।

सिंथोल प्रक्रिया
एक प्रतिक्रिया संस्करण सिसोल और केलोगग कंपनियों द्वारा विकसित सिंथोल संश्लेषण है। फिशर और ट्रॉप्स द्वारा विकसित एक ही नाम की विधि से भ्रमित नहीं होना चाहिए। प्रक्रिया एक फ्लू-गैस संश्लेषण है; उसमें उत्प्रेरक प्रतिक्रिया गैस के साथ एक पाउडर के रूप में metered है। प्रक्रिया 25 बार और 300 डिग्री सेल्सियस से ऊपर तापमान पर काम करती है। नतीजतन, अधिमानतः कम आणविक वजन हाइड्रोकार्बन बनाते हैं। कार्बन मोनोऑक्साइड से हाइड्रोजन का अनुपात लगभग 1: 2 है।

कोबाल्ट
कोबाल्ट आधारित उत्प्रेरक अत्यधिक सक्रिय हैं, हालांकि लोहा कुछ अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त हो सकता है।फीडस्टॉक प्राकृतिक गैस होने पर कोबाल्ट उत्प्रेरक फिशर-ट्रॉप्स संश्लेषण के लिए अधिक सक्रिय होते हैं। प्राकृतिक गैस में कार्बन अनुपात में उच्च हाइड्रोजन होता है, इसलिए कोबाल्ट उत्प्रेरक के लिए पानी-गैस-शिफ्ट की आवश्यकता नहीं होती है। लौह उत्प्रेरक को कोयले या बायोमास जैसे निम्न गुणवत्ता वाले फीडस्टॉक्स के लिए प्राथमिकता दी जाती है। इन हाइड्रोजन-खराब फीडस्टॉक्स से व्युत्पन्न संश्लेषण गैसों में कम हाइड्रोजन-सामग्री होती है और पानी-गैस शिफ्ट प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया (सह, नी, रु) के लिए उपयोग की जाने वाली अन्य धातुओं के विपरीत, जो संश्लेषण के दौरान धातु राज्य में रहते हैं, लौह उत्प्रेरक प्रतिक्रिया के दौरान विभिन्न ऑक्साइड और कार्बाइड समेत कई चरणों का निर्माण करते हैं। उत्प्रेरक गतिविधि को बनाए रखने और उत्प्रेरक कणों के टूटने को रोकने में इन चरण परिवर्तनों का नियंत्रण महत्वपूर्ण हो सकता है।

सक्रिय धातु के अलावा उत्प्रेरक में आमतौर पर पोटेशियम और तांबा समेत कई “प्रमोटर” होते हैं। पोटेशियम समेत ग्रुप 1 क्षार धातु, कोबाल्ट उत्प्रेरक के लिए जहर हैं लेकिन लोहा उत्प्रेरक के लिए प्रमोटर हैं। उत्प्रेरक उच्च सतह वाले क्षेत्र बाइंडर्स / सिलिका, एल्यूमिना, या ज़ीओलाइट्स जैसे समर्थन पर समर्थित हैं। प्रमोटरों का भी गतिविधि पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। क्षार धातु ऑक्साइड और तांबे आम प्रमोटर हैं, लेकिन फॉर्मूलेशन प्राथमिक धातु, लौह बनाम कोबाल्ट पर निर्भर करता है। कोबाल्ट उत्प्रेरक पर क्षार ऑक्साइड आमतौर पर बहुत कम क्षार भार के साथ भी गंभीर रूप से गिरने का कारण बनता है। सीए 5 और सीओ 2 चुनिंदाता बढ़ती है जबकि मीथेन और सी 2-सी 4 चुनिंदाता कम हो जाती है। इसके अलावा, अल्केन अनुपात के लिए alkene बढ़ जाती है।

फिशर-ट्रॉप्स उत्प्रेरक सल्फर युक्त यौगिकों द्वारा जहरीले होने के प्रति संवेदनशील होते हैं। कोबाल्ट आधारित उत्प्रेरक उनके लौह समकक्षों की तुलना में अधिक संवेदनशील होते हैं।

लोहा
फिशर-ट्रॉप्स लोहा उत्प्रेरक को उच्च गतिविधि और स्थिरता प्राप्त करने के लिए क्षार पदोन्नति की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए 0.5 वाट% के 2 ओ)। कमी पदोन्नति के लिए सीयू का जोड़ा, संरचनात्मक पदोन्नति के लिए SiO2, Al2O3 के अतिरिक्त और शायद कुछ मैंगनीज को चुनिंदाता नियंत्रण (जैसे उच्च olefinicity) के लिए लागू किया जा सकता है। कामकाजी उत्प्रेरक केवल तब प्राप्त किया जाता है जब संश्लेषण की प्रारंभिक अवधि में हाइड्रोजन के साथ कमी के बाद कई लोहा कार्बाइड चरण और मौलिक कार्बन बनते हैं जबकि लौह ऑक्साइड अभी भी कुछ धातु लोहे के अलावा मौजूद होते हैं। लोहा उत्प्रेरक के साथ चयनशीलता के दो दिशाओं का पीछा किया गया है। एक दिशा का लक्ष्य कम आणविक-भार ओलेफ़िनिक हाइड्रोकार्बन मिश्रण को एक चरणबद्ध चरण या द्रव बिस्तर प्रक्रिया (सासोल-सिंथोल प्रक्रिया) में उत्पादित किया जाना है। अपेक्षाकृत उच्च प्रतिक्रिया तापमान (लगभग 340 डिग्री सेल्सियस) के कारण, उत्पाद का औसत आणविक भार इतना कम है कि प्रतिक्रिया शर्तों के तहत कोई तरल उत्पाद चरण नहीं होता है। रिएक्टर में घूमने वाले उत्प्रेरक कण छोटे होते हैं (कण व्यास 100 माइक्रोन) और उत्प्रेरक पर कार्बन जमावट रिएक्टर ऑपरेशन को परेशान नहीं करता है। इस प्रकार हाइड्रोजन के साथ कमी के बाद मिश्रित मैग्नेटाइट (प्लस प्रमोटर) से प्राप्त छोटे छिद्र व्यास वाले कम उत्प्रेरक porosity उपयुक्त है। कुल गैसोलीन उपज को अधिकतम करने के लिए, सी 3 और सी 4 अल्केन को सासोल में ओलिगोमेराइज्ड किया गया है। हालांकि, रसायनों के रूप में उपयोग के लिए ओलेफ़िन को पुनर्प्राप्त करना, उदाहरण के लिए, बहुलक प्रक्रियाएं आज फायदेमंद हैं। लौह उत्प्रेरक विकास की दूसरी दिशा का उद्देश्य निम्न प्रतिक्रिया तापमान पर उच्च उत्प्रेरक गतिविधि का उपयोग करना है, जहां अधिकांश हाइड्रोकार्बन उत्पाद प्रतिक्रिया स्थितियों के तहत तरल चरण में होता है। आम तौर पर, ऐसे उत्प्रेरक नाइट्रेट समाधान से वर्षा के माध्यम से प्राप्त होते हैं। एक वाहक की एक उच्च सामग्री छिद्र भरने वाले तरल उत्पाद में प्रतिक्रियाशीलों के आसान द्रव्यमान स्थानांतरण के लिए यांत्रिक शक्ति और व्यापक छिद्र प्रदान करती है। मुख्य उत्पाद अंश तब पैराफिन मोम होता है, जो सासोल में विपणन योग्य मोम सामग्री के लिए परिष्कृत होता है; हालांकि, यह एक उच्च गुणवत्ता वाले डीजल ईंधन के लिए बहुत चुनिंदा हाइड्रोक्रैक भी हो सकता है। इस प्रकार, लौह उत्प्रेरक बहुत लचीला होते हैं।

दयाता
रूटेनियम एफटी उत्प्रेरक का सबसे सक्रिय है। यह सबसे कम प्रतिक्रिया तापमान पर काम करता है, और यह उच्च आणविक वजन हाइड्रोकार्बन पैदा करता है। यह फिशर ट्रॉप्स उत्प्रेरक के रूप में शुद्ध धातु के रूप में कार्य करता है, बिना किसी प्रमोटर के, इस प्रकार फिशर ट्रॉप्स संश्लेषण की सबसे सरल उत्प्रेरक प्रणाली प्रदान करता है, जहां यांत्रिक निष्कर्ष सबसे आसान होना चाहिए – उदाहरण के लिए, उत्प्रेरक के रूप में लौह के मुकाबले ज्यादा आसान होना चाहिए।निकल के साथ, चुनिंदाता मुख्य रूप से ऊंचा तापमान पर मीथेन में बदल जाती है। इसकी उच्च कीमत और सीमित विश्व संसाधन औद्योगिक अनुप्रयोग को बाहर कर देते हैं। रथिनियम उत्प्रेरक के साथ व्यवस्थित फिशर ट्रॉप्स अध्ययन, फिशर ट्रॉप्स संश्लेषण के मूलभूत सिद्धांतों की आगे की खोज में काफी योगदान देना चाहिए। विचार करने के लिए एक दिलचस्प सवाल है: धातुओं को निकल, लोहे, कोबाल्ट और रथिनियम में आम तौर पर उन्हें क्या करने के लिए सामान्य विशेषताएं हैं- और केवल उन्हें फिशर-ट्रॉप्स उत्प्रेरक बनें, सीओ / एच 2 मिश्रण को अल्फाटिक (लंबी श्रृंखला) हाइड्रोकार्बन में परिवर्तित करना एक ‘एक कदम प्रतिक्रिया’ में। शब्द ‘एक चरण प्रतिक्रिया’ का अर्थ है कि प्रतिक्रिया मध्यवर्ती उत्प्रेरक सतह से वंचित नहीं हैं। विशेष रूप से, यह आश्चर्यजनक है कि अधिक कार्बाइड अल्कलाइज्ड लौह उत्प्रेरक केवल धातु रथिनियम उत्प्रेरक के समान प्रतिक्रिया देता है।

एचटीएफटी और एलटीएफटी
उच्च तापमान फिशर-ट्रॉप्स (या एचटीएफटी) 330-350 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर संचालित होता है और लोहा आधारित उत्प्रेरक का उपयोग करता है। इस प्रक्रिया का इस्तेमाल अपने कोयले से तरल पौधों (सीटीएल) में सासोल द्वारा बड़े पैमाने पर किया जाता था। कम तापमान फिशर-ट्रॉप्स (एलटीएफटी) कम तापमान पर संचालित होता है और लोहे या कोबाल्ट आधारित उत्प्रेरक का उपयोग करता है। यह प्रक्रिया पहले एकीकृत जीटीएल-प्लांट में संचालित और मलेशिया के बिंटुलू में शैल द्वारा निर्मित के लिए सबसे अच्छी तरह से जाना जाता है।

अनुसंधान विकास
कोरियन इंडस्ट्रीज ने जर्मनी में एक संयंत्र बनाया है जो शेल फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया संरचना का उपयोग करके बायोमास को सिंज और ईंधन में परिवर्तित करता है। प्रक्रिया में अव्यवहारिकता के कारण 2011 में कंपनी दिवालिया हो गई।

बायोमास गैसीफिकेशन (बीजी) और फिशर-ट्रॉप्स (एफटी) संश्लेषण सिद्धांत रूप से नवीकरणीय परिवहन ईंधन (जैव ईंधन) के उत्पादन के लिए संयुक्त किया जा सकता है।

यूएस वायुसेना प्रमाणन
सार्वजनिक रूप से व्यापार वाली संयुक्त राज्य अमेरिका कंपनी, सिंट्रोलियम ने तुलसा, ओकलाहोमा के पास अपने प्रदर्शन संयंत्र में प्राकृतिक गैस और कोयले का उपयोग करके फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया से 400,000 यूएस गैलन (1,500,000 एल) डीजल और जेट ईंधन का उत्पादन किया है। सिंट्रोलियम संयुक्त राज्य अमेरिका, चीन और जर्मनी के साथ-साथ गैस-टू-तरल पौधों को अंतरराष्ट्रीय स्तर पर कोयले से तरल पौधों के माध्यम से अपनी लाइसेंस प्राप्त फिशर-ट्रॉप्स तकनीक का व्यावसायीकरण करने के लिए काम कर रहा है। फीडस्टॉक के रूप में प्राकृतिक गैस का उपयोग करके, अल्ट्रा-क्लीन, कम सल्फर ईंधन का परीक्षण संयुक्त राज्य अमेरिका ऊर्जा विभाग (डीओई) और संयुक्त राज्य अमेरिका परिवहन विभाग (डीओटी) द्वारा किया गया है।

कार्बन डाइऑक्साइड पुन: उपयोग करें
कार्बन डाइऑक्साइड एफटी उत्प्रेरण के लिए एक विशिष्ट फीडस्टॉक नहीं है। हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड एक कोबाल्ट आधारित उत्प्रेरक पर प्रतिक्रिया करता है, जो मीथेन का उत्पादन करता है। लौह आधारित उत्प्रेरक असंतृप्त शॉर्ट-चेन हाइड्रोकार्बन भी उत्पादित होते हैं। उत्प्रेरक के समर्थन के परिचय पर, सीरिया एक रिवर्स वॉटर गैस शिफ्ट उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है, और प्रतिक्रिया की उपज में वृद्धि करता है। शॉर्ट-चेन हाइड्रोकार्बन को ठोस एसिड उत्प्रेरक, जैसे कि जिओलाइट्स पर तरल ईंधन में अपग्रेड किया गया था।

प्रक्रिया दक्षता
परंपरागत एफटी प्रौद्योगिकी का उपयोग प्रक्रिया में कार्बन दक्षता में 25 से 50 प्रतिशत और सीटीएल सुविधाओं के लिए लगभग 50% की थर्मल दक्षता जीटीएल सुविधाओं के साथ 60% पर आदर्श 60% दक्षता पर 80% दक्षता के लिए आदर्शीकृत है।

प्रकृति में फिशर-ट्रॉप्स
एक फिशर-ट्रॉप्स-प्रकार की प्रक्रिया का भी सुझाव दिया गया है ताकि क्षुद्रग्रहों के भीतर डीएनए और आरएनए के कुछ बिल्डिंग ब्लॉक तैयार किए जा सकें। इसी प्रकार, स्वाभाविक रूप से होने वाली एफटी प्रक्रियाओं को एबीोजेनिक पेट्रोलियम के गठन के लिए भी महत्वपूर्ण बताया गया है।