O processo Fischer-Tropsch é uma coleção de reações químicas que converte uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio em hidrocarbonetos líquidos. Essas reações ocorrem na presença de catalisadores metálicos, tipicamente a temperaturas de 150 a 300 ° C (302 a 572 ° F) e pressões de uma a várias dezenas de atmosferas. O processo foi desenvolvido pela primeira vez por Franz Fischer e Hans Tropsch no Kaiser-Wilhelm-Institut für Kohlenforschung em Mülheim an der Ruhr, Alemanha, em 1925.

Como um dos principais exemplos da química C1, o processo Fischer-Tropsch é uma reação importante tanto na liquefação do carvão como na tecnologia de gás para líquidos para a produção de hidrocarbonetos líquidos. Na implementação usual, o monóxido de carbono e o hidrogênio, as matérias-primas para FT, são produzidos a partir de carvão, gás natural ou biomassa em um processo conhecido como gaseificação. O processo Fischer-Tropsch converte esses gases em um óleo sintético de lubrificação e combustível sintético. O processo Fischer-Tropsch recebeu atenção intermitente como fonte de combustível diesel com baixo teor de enxofre e para tratar do suprimento ou custo de hidrocarbonetos derivados do petróleo.

Mecanismo de reação
O processo de Fischer-Tropsch envolve uma série de reações químicas que produzem uma variedade de hidrocarbonetos, idealmente com a fórmula (C n n + i) (C _n H _{2 n + 2} ). alcanos da seguinte forma:

(2 n + 1) H ₂ + n CO → C _n H _2 n + ₂ + n H ₂ O
onde n é tipicamente 10-20. A formação de metano (n = 1) é indesejada. A maioria dos alcanos produzidos tende a ser de cadeia linear, adequada como combustível diesel. Além da formação de alcanos, reações concorrentes dão pequenas quantidades de alcenos, assim como álcoois e outros hidrocarbonetos oxigenados.

Intermediários de Fischer-Tropsch e reações elementares
Converter uma mistura de H2 e CO em produtos alifáticos obviamente deve ser uma reação em várias etapas com vários tipos de intermediários. O crescimento da cadeia de hidrocarbonetos pode ser visualizado como envolvendo uma sequência repetida em que átomos de hidrogênio são adicionados ao carbono e oxigênio, a ligação C-O é dividida e uma nova ligação C-C é formada.Para um grupo –CH2– produzido por CO + 2 H2 → (CH2) + H2O, várias reações são necessárias:

Adsorção associativa de CO
Divisão da ligação C – O
Adsorção dissociativa de 2 H2
Transferência de 2 H para o oxigênio para produzir H2O
Dessorção de H2O
Transferência de 2 H para o carbono para produzir CH2

A conversão de CO em alcanos envolve a hidrogenação de CO, a hidrogenólise (clivagem com H2) de ligações C-O e a formação de ligações C – C. Presume-se que tais reações ocorrem através da formação inicial de carbonilas metálicas ligadas à superfície. O ligando de CO é especulado para sofrer dissociação, possivelmente em ligandos de óxido e carboneto. Outros potenciais intermediários são vários fragmentos C1 incluindo formilo (CHO), hidroxicarbeno (HCOH), hidroximetilo (CH2OH), metilo (CH3), metileno (CH2), metilidino (CH) e hidroximetilidino (COH).Além disso, e fundamental para a produção de combustíveis líquidos, são reações que formam ligações C – C, como a inserção migratória. Muitas reações estequiométricas relacionadas foram simuladas em clusters metálicos discretos, mas os catalisadores homogêneos de Fischer-Tropsch são pouco desenvolvidos e sem importância comercial.

A adição de álcool isotopicamente marcado ao fluxo de alimentação resulta na incorporação de álcoois no produto. Esta observação estabelece a facilidade de cisão de ligação C-O. A utilização de catalisadores de etileno e propeno marcados com 14C sobre cobalto resulta na incorporação destas olefinas na cadeia em crescimento. A reação de crescimento em cadeia parece envolver tanto a inserção de olefinas quanto a inserção de CO.

Matérias-primas: gaseificação
As plantas de Fischer-Tropsch associadas ao carvão ou matérias-primas sólidas relacionadas (fontes de carbono) devem primeiro converter o combustível sólido em reagentes gasosos, isto é, CO, H2 e alcanos. Essa conversão é chamada de gaseificação e o produto é chamado de gás de síntese (“syngas”). O gás de síntese obtido da gaseificação do carvão tende a ter uma razão H2: CO de ~ 0,7 em comparação com a razão ideal de ~ 2. Esta relação é ajustada através da reação de mudança de gás de água. As plantas de Fischer-Tropsch à base de carvão produzem quantidades variáveis ​​de CO2, dependendo da fonte de energia do processo de gaseificação. No entanto, a maioria das usinas à base de carvão depende do carvão para suprir todas as necessidades energéticas do processo Fischer-Tropsch.

Matérias-primas: GTL
O monóxido de carbono para a catálise FT é derivado de hidrocarbonetos. Na tecnologia de gás para líquidos (GTL), os hidrocarbonetos são materiais de baixo peso molecular que muitas vezes seriam descartados ou queimados. O gás encalhado fornece gás relativamente barato. O GTL é viável desde que o gás permaneça relativamente mais barato que o petróleo.

Várias reações são necessárias para obter os reagentes gasosos necessários para a catálise de Fischer-Tropsch. Primeiro, os gases reagentes que entram em um reator de Fischer-Tropsch devem ser dessulfurados. Caso contrário, as impurezas contendo enxofre desativam (“envenenam”) os catalisadores necessários para as reações de Fischer-Tropsch.

Várias reações são empregadas para ajustar a relação H2: CO. O mais importante é a reação de troca de gás de água, que fornece uma fonte de hidrogênio às custas do monóxido de carbono:

H ₂ O + CO → H ₂ + CO ₂
Para as plantas de Fischer-Tropsch que usam metano como matéria-prima, outra reação importante é a reforma a vapor, que converte o metano em CO e H2:

H ₂ O + CH ₄ → CO + 3 H ₂

Condições do processo
Geralmente, o processo Fischer-Tropsch é operado na faixa de temperatura de 150 a 300 ° C (302 a 572 ° F). Temperaturas mais altas levam a reações mais rápidas e taxas de conversão mais altas, mas também tendem a favorecer a produção de metano. Por esse motivo, a temperatura é geralmente mantida na parte baixa a média do intervalo. O aumento da pressão leva a maiores taxas de conversão e também favorece a formação de alcanos de cadeia longa, ambos desejáveis.Pressões típicas variam de uma a várias dezenas de atmosferas. Mesmo pressões mais altas seriam favoráveis, mas os benefícios podem não justificar os custos adicionais dos equipamentos de alta pressão, e pressões mais altas podem levar à desativação do catalisador via formação de coque.

Pode ser utilizada uma variedade de composições de gás de síntese. Para catalisadores à base de cobalto, a relação ótima de H2: CO é de 1,8 a 2,1. Os catalisadores à base de ferro podem tolerar taxas mais baixas, devido à atividade intrínseca da reação de mudança do gás de água do catalisador de ferro. Esta reactividade pode ser importante para o gás de síntese derivado de carvão ou biomassa, que tendem a ter proporções relativamente baixas de H2: CO (& lt; 1). Projeto do reator de processo Fischer-Tropsch A remoção eficiente do calor do reator é a necessidade básica dos reatores Fischer-Tropsch, uma vez que essas reações são caracterizadas por alta exotermicidade. Quatro tipos de reatores são discutidos: Multi reator tubular de leito fixo Este tipo de reator contém um número de tubos com pequeno diâmetro. Estes tubos contêm catalisador e são envolvidos por água fervente que remove o calor da reação. Um reator de leito fixo é adequado para operação a baixas temperaturas e tem um limite superior de temperatura de 530 K. A temperatura excessiva leva à deposição de carbono e, portanto, ao bloqueio do reator. Uma vez que grandes quantidades dos produtos formados estão no estado líquido, este tipo de reator também pode ser referido como um sistema de reator de fluxo gotejante. Reator de fluxo entrinchegado Um requisito importante do reator para o processo de Fischer-Tropsch é remover o calor da reação. Este tipo de reator contém dois bancos de trocadores de calor que removem o calor; o restante é removido pelos produtos e reciclado no sistema. A formação de ceras pesadas deve ser evitada, pois elas se condensam no catalisador e formam aglomerações. Isso leva a fluidização. Portanto, os risers são operados a mais de 570 K. Reatores de polpa A remoção de calor é feita por serpentinas internas de resfriamento. O gás de síntese é borbulhado através dos produtos cerosos e catalisador finamente dividido que é suspenso no meio líquido. Isso também fornece agitação do conteúdo do reator. O tamanho de partícula do catalisador reduz as limitações de transferência de calor e massa difusional. Uma temperatura mais baixa no reactor conduz a um produto mais viscoso e uma temperatura mais elevada (& gt; 570 K) origina um espectro de produto indesejável. Além disso, a separação do produto do catalisador é um problema.

Reatores de leito fluidizado e catalisador circulante (riser)
Estes são utilizados para a síntese de Fischer-Tropsch a alta temperatura (quase 340 ° C) para produzir hidrocarbonetos insaturados de baixo peso molecular em catalisadores de ferro fundidos alcalinizados. A tecnologia de leito fluidizado (adaptada do craqueamento catalítico de destilados pesados ​​de petróleo) foi introduzida pela Hydrocarbon Research em 1946-50 e denominada processo Hydrocol. Uma fábrica de grande porte da Fischer-Tropsch Hydrocol (350.000 toneladas por ano) operou durante 1951-57 em Brownsville, Texas. Devido a problemas técnicos e falta de economia devido ao aumento da disponibilidade de petróleo, este desenvolvimento foi descontinuado. A síntese de Fischer-Tropsch em leito fluidizado foi recentemente reinvestida com sucesso pela Sasol. Um reator com capacidade de 500.000 toneladas por ano está agora em operação e ainda estão sendo construídos outros maiores (cerca de 850.000 toneladas por ano). O processo agora é usado principalmente para a produção de alcenos C2 e C7. Este novo desenvolvimento pode ser considerado um progresso importante na tecnologia da Fischer-Tropsch.Um processo a alta temperatura com um catalisador de ferro circulante (‘leito fluidizado circulante’, ‘reactor ascendente’, ‘processo de catalisador arrastado’) foi introduzido pela Kellogg Company e uma respectiva fábrica construída em Sas56 em 1956. Foi melhorado pela Sasol para operação bem sucedida. Em Secunda, na África do Sul, a Sasol operou 16 reatores avançados deste tipo com capacidade de aproximadamente 330.000 toneladas por ano cada. Agora, o processo de catalisador circulante está sendo substituído pela avançada tecnologia de leito fluidizado avançada da Sasol.Experiências iniciais com partículas de catalisador de cobalto suspensas em óleo foram realizadas por Fischer. O reator de coluna de bolhas com um catalisador de pasta de ferro em pó e um gás sintético rico em CO foi desenvolvido especialmente para a planta piloto de Kölbel na Rheinpreuben Company em 1953. Recentemente (desde 1990) processos de baixa temperatura de Fischer-Tropsch estão sob investigação para a utilização de catalisadores de ferro e cobalto, particularmente para a produção de uma cera de hidrocarboneto, ou para ser hidrocraqueada e isomerizada para produzir combustível diesel, pela Exxon e pela Sasol. Atualmente, a síntese de Fischer-Tropsch de baixa temperatura em fase de lama (coluna de bolhas) é considerada por muitos autores como o processo mais eficiente para a produção de diesel limpo da Fischer-Tropsch. Essa tecnologia da Fischer-Tropsch também está sendo desenvolvida pela Statoil Company (Noruega) para uso em uma embarcação para converter gás associado em campos de petróleo offshore em um líquido de hidrocarboneto.

Matérias primas no processo

Carvão como matéria-prima
Para fornecer o gás de síntese para a síntese de Fischer-Tropsch foi originalmente carvão sozinho a temperaturas acima de 1000 ° C na gaseificação do carvão, por exemplo, no gaseificador de pressão Lurgi, gerador Winkler ou reator Koppers-Totzek, com vapor de água e ar ou oxigênio convertido para gás de síntese. Como somente uma proporção de monóxido de hidrogênio para carbono de 0.7 é obtida nesta reação na primeira etapa, uma porção do monóxido de carbono é convertida com água em uma reação de mudança de gás de água para dióxido de carbono e hidrogênio, até uma proporção de 2: 1 é atingido. O gás de síntese é arrefecido, separando-se o fenol e o amoníaco, e submetendo-se a Rectisolwäsche, em que o dióxido de carbono, o sulfureto de hidrogénio, o cianeto de hidrogénio e os componentes orgânicos são removidos. Os catalisadores são sensíveis ao enxofre, o conteúdo de sulfeto de hidrogênio é geralmente a um teor de volume inferior a 30 ppb reduzido. O gás limpo ainda contém cerca de 12% de metano, etano, nitrogênio e gases nobres, bem como cerca de 86% de monóxido de carbono e hidrogênio na proporção de 1: 2.

Gás natural, biomassa e resíduos como matéria prima
A grande vantagem do processo Fischer-Tropsch é que toda matéria-prima de alta energia é basicamente adequada para o processo. Além do carvão e do gás natural, estes incluem o biogás, madeira, resíduos agrícolas ou resíduos domésticos. A primeira planta de biomassa sólida do mundo foi construída em 2005 em Choren, perto de Freiberg. Em 2011, ela se tornou insolvente.

Em 2009, a aprovação geral dos combustíveis Fischer-Tropsch (FT-SPK) pela ASTM como combustível de aviação. Em 2014, companhias aéreas como British Airways e Cathay Pacific preferiram a produção de combustíveis FT a partir de resíduos domésticos e começaram a construir essas instalações em Londres e Hong Kong.

Distribuição de produtos
Em geral, a distribuição do produto de hidrocarbonetos formados durante o processo de Fischer-Tropsch segue uma distribuição de Anderson-Schulz-Flory, que pode ser expressa como:

W _n / n = (1 – α ) ² α ^n −1

onde Wn é a fração de peso de hidrocarbonetos contendo n átomos de carbono, e α é a probabilidade de crescimento da cadeia ou a probabilidade de que uma molécula continue reagindo para formar uma cadeia mais longa. Em geral, α é largamente determinado pelo catalisador e pelas condições específicas do processo.

O exame da equação acima revela que o metano será sempre o maior produto isolado, desde que α seja menor que 0,5; no entanto, aumentando α próximo de um, a quantidade total de metano formado pode ser minimizada em comparação com a soma de todos os vários produtos de cadeia longa. O aumento de α aumenta a formação de hidrocarbonetos de cadeia longa. Os hidrocarbonetos de cadeia muito longa são ceras, que são sólidas à temperatura ambiente.Portanto, para a produção de combustíveis para transporte de líquidos, pode ser necessário quebrar alguns dos produtos da Fischer-Tropsch. De modo a evitar isto, alguns investigadores propuseram a utilização de zeólitos ou outros substratos de catalisador com poros de tamanho fixo que podem restringir a formação de hidrocarbonetos mais do que algum tamanho característico (normalmente n & lt; 10). Desta forma, eles podem conduzir a reação de modo a minimizar a formação de metano sem produzir lotes de hidrocarbonetos de cadeia longa. Tais esforços tiveram apenas sucesso limitado.

Procedimento

Pressão e temperatura
O gás bruto purificado, que tem uma proporção de hidrogénio para monóxido de carbono de cerca de 2 a 2,2, reage de forma heterogénea cataliticamente numa reacção de síntese a hidrocarbonetos, tais como parafinas, olefinas e álcoois. Os produtos finais são gasolina (gasolina sintética), diesel, óleo de aquecimento e matérias-primas para a indústria química. A reação ocorre já à pressão atmosférica e a uma temperatura de 160 a 200 ° C; Tecnicamente, pressões e temperaturas mais altas são usadas dependendo do processo. A síntese prossegue de acordo com o seguinte esquema de reação:

 (Alcanos)
 (Alkenes)
 (Álcoois)
Cerca de 1,25 kg de água são produzidos por quilograma de combustível, cerca de metade do hidrogênio usado é usado para sua produção. Catalisadores contendo ferro catalisam a reação de troca água-gás, resultando em dióxido de carbono em vez de água:

Catalisadores
Na síntese de Fischer-Tropsch, uma variedade de catalisadores é usada. Os mais utilizados são baseados nos metais de transição cobalto, ferro, níquel e rutênio. Os transportadores utilizados são óxidos metálicos porosos com grandes áreas superficiais específicas tais como kieselguhr, óxido de alumínio, zeólitos e dióxido de titânio.

Os catalisadores podem ser preparados por impregnação dos óxidos metálicos porosos com soluções de sal de metal e subsequente calcinação. A actividade do catalisador é por promotores, estes não são componentes catalisadores activos auto-catalíticos, tais como metais alcalinos ou cobre aumentados. Além disso, a distribuição do tamanho dos poros do suporte, as condições de calcinação e redução e os tamanhos de partículas resultantes do metal catalisador ativo afetam a atividade catalítica. Substâncias como metais alcalinos, que são bons promotores para catalisadores de ferro, actuam como veneno de catalisador, por exemplo, no caso de catalisadores de cobalto.Cobalto, níquel e rutênio permanecem no estado metálico durante a reação, enquanto o ferro forma uma série de óxidos e carbonetos. No entanto, acredita-se que os óxidos de cobalto, que são deixados para trás pela redução incompleta do sal utilizado, desempenham um papel promotor.

Os catalisadores contendo ferro e cobalto são normalmente obtidos por precipitação, frequentemente em conjunto com outros metais e outros promotores. O catalisador original de Fischer e Tropsch foi preparado por co-precipitação de nitrato de cobalto, tório e magnésio, com terra de diatomáceas adicionada ao catalisador recém-precipitado. Etapas adicionais, tais como moldagem, secagem e redução do sal de cobalto influenciam significativamente a atividade do catalisador. Os catalisadores de cobalto mostram apenas baixa atividade na reação de troca água-gás, enquanto os catalisadores de ferro os catalisam.

Procedimento
O processo é ditado pela necessidade de remover o grande calor de reação de cerca de 3.000 quilojoules por metro cúbico de gás de síntese convertido. A temperatura é dissipada pela água cuja temperatura é controlada pelo ajuste da pressão. Temperaturas excessivamente altas levam à formação de metano e à rápida coqueificação do catalisador.

Produtos
O produto típico de Fischer-Tropsch contém cerca de 10-15% de gases liquefeitos (propano e butano), 50% de gasolina, 28% de querosene (óleo diesel), 6% de parafina mole (parafina mexicana) e 2% de parafina dura. O processo é importante para a produção em larga escala de gasolina e óleos de carvão, gás natural ou biomassa. A distribuição do comprimento da cadeia dos hidrocarbonetos formados durante a reação segue uma distribuição de Schulz-Flory. A distribuição do comprimento da cadeia pode ser descrita pela seguinte equação:

 .
onde W n é a fração de peso das moléculas de hidrocarboneto com n átomos de carbono e α é a probabilidade de crescimento da cadeia. Em geral, α é determinado pelo catalisador e pelas condições específicas do processo. Variando as condições do processo e o projeto do catalisador, a seletividade para vários produtos, tais como olefinas como matérias-primas para a indústria química, pode ser controlada.

Variantes de processo

Síntese de Arge
O processo é realizado em várias variantes. Além do processo de pressão normal desenvolvido por Fischer e Tropsch, o processo de média pressão desenvolvido pela Pichler, também conhecido como síntese de alta carga ou argônio, foi comercializado por um consórcio da Ruhrchemie e Lurgi.Neste caso, a conversão dos produtos de gaseificação de carvão em contatos de ferro dopado com carbonato de cobre e potássio no processo de leito fixo a temperaturas entre 220 e 240 ° C e pressões de até 25 bar. A proporção de monóxido de carbono para hidrogênio é de 1 a 1,7. Os produtos obtidos são misturas de parafina / olefina, denominadas Gatsch.

A reação é exotérmica com 158 kilojoules por mole do grupo CH 2 formado a 250 ° C:

Um problema é a remoção do calor elevado da hidrogenação para garantir a reação mais isotérmica possível. O reator de Arge originalmente tinha um diâmetro de três metros e estava equipado com 2052 tubos de catalisador, que comportam cerca de 35 toneladas ou 40 metros cúbicos de catalisador. O catalisador é disposto em estreito, banhado por canos de água. O calor da reação é removido por água fervente sob pressão. A remoção insuficiente de calor leva a um gradiente de temperatura no leito do catalisador e pode levar ao aumento da produção de metano ou à coqueificação dos contatos. Uma atividade catalítica decrescente dos contatos é compensada por um aumento na temperatura de reação.

O volume de catalisador nos reatores modernos é de cerca de 200 m3. Uma planta da Fischer-Tropsch com vários reatores requer cerca de 1.500.000 m3 por hora sob condições padrão de gás de síntese e produz cerca de 2.000.000 t de hidrocarbonetos por ano. A síntese é realizada em três etapas com uma conversão total de cerca de 94%. Além da implementação em reator de leito fixo, há variantes de processo com processo de leito fluidizado (processo Hydrocol), como uma síntese de gás de combustão na qual o catalisador está presente como cinza volante fluidizada, ou em suspensão a óleo (método Rheinpreußen – Koppers) .

Processo Synthol
Uma variante de reação é a síntese de Synthol desenvolvida pelas empresas Sasol e Kellogg. Não deve ser confundido com o método do mesmo nome desenvolvido por Fischer e Tropsch. O processo é uma síntese de gases de combustão; nele o catalisador é medido como um pó com o gás de reação. O processo funciona a 25 bar e a temperaturas superiores a 300 ° C. Como resultado, forma preferencialmente hidrocarbonetos de baixo peso molecular. A proporção de monóxido de carbono para hidrogênio é de cerca de 1: 2.

Cobalto
Os catalisadores à base de cobalto são altamente ativos, embora o ferro possa ser mais adequado para certas aplicações. Os catalisadores de cobalto são mais ativos para a síntese de Fischer-Tropsch quando a matéria-prima é o gás natural. O gás natural tem uma alta proporção de hidrogênio para carbono, portanto, o deslocamento de gás-água não é necessário para os catalisadores de cobalto. Os catalisadores de ferro são preferidos para matérias-primas de menor qualidade, como carvão ou biomassa. Os gases de síntese derivados dessas matérias-primas com baixo teor de hidrogênio têm um baixo teor de hidrogênio e requerem a reação de troca água-gás.Ao contrário dos outros metais utilizados para este processo (Co, Ni, Ru), que permanecem no estado metálico durante a síntese, os catalisadores de ferro tendem a formar várias fases, incluindo vários óxidos e carbonetos durante a reação. O controle dessas transformações de fase pode ser importante na manutenção da atividade catalítica e na prevenção da quebra das partículas do catalisador.

Além do metal activo, os catalisadores contêm tipicamente um certo número de “promotores”, incluindo potássio e cobre. Os metais alcalinos do grupo 1, incluindo o potássio, são um veneno para os catalisadores de cobalto, mas são promotores para os catalisadores de ferro. Os catalisadores são suportados em ligantes / suportes de alta área de superfície, como sílica, alumina ou zeólitos. Os promotores também têm uma influência importante na atividade. Óxidos de metal alcalino e cobre são promotores comuns, mas a formulação depende do metal primário, ferro versus cobalto. Óxidos alcalinos em catalisadores de cobalto geralmente causam atividade para cair severamente mesmo com cargas muito baixas de álcalis. A seletividade de C≥5 e CO2 aumenta enquanto a seletividade de metano e C2-C4 diminui. Além disso, a proporção de alceno para alcano aumenta.

Os catalisadores de Fischer-Tropsch são sensíveis ao envenenamento por compostos contendo enxofre. Os catalisadores à base de cobalto são mais sensíveis que seus correspondentes de ferro.

Ferro
Os catalisadores de ferro Fischer-Tropsch precisam de promoção alcalina para atingir alta atividade e estabilidade (por exemplo, 0,5% em peso de K2O). Adição de Cu para promoção de redução, adição de SiO2, Al2O3 para promoção estrutural e talvez algum manganês pode ser aplicado para controle de seletividade (por exemplo, alta olefinicidade). O catalisador de trabalho só é obtido quando – após a redução com hidrogênio – no período inicial de síntese várias fases de carboneto de ferro e carbono elementar são formadas enquanto os óxidos de ferro ainda estão presentes além de algum ferro metálico. Com catalisadores de ferro, duas direções de seletividade foram buscadas.Uma direção tem como objetivo uma mistura de hidrocarbonetos olefínicos de baixo peso molecular a ser produzida em um processo de fase arrastada ou de leito fluidizado (processo Sasol-Synthol).Devido à temperatura de reação relativamente alta (aprox. 340 ° C), o peso molecular médio do produto é tão baixo que nenhuma fase de produto líquido ocorre sob condições de reação. As partículas de catalisador que se movimentam no reator são pequenas (diâmetro de partícula de 100 µm) e a deposição de carbono no catalisador não perturba a operação do reator. Assim, uma baixa porosidade de catalisador com pequenos diâmetros de poros, obtidos a partir de magnetite fundida (mais promotores) após redução com hidrogénio, é apropriada. Para maximizar o rendimento global da gasolina, os alcenos C3 e C4 foram oligomerizados na Sasol. No entanto, recuperar as olefinas para uso como produtos químicos em, por exemplo, processos de polimerização é vantajoso hoje em dia. A segunda direção do desenvolvimento do catalisador de ferro tem como objetivo a mais alta atividade de catalisador a ser usada em baixa temperatura de reação, onde a maior parte do produto de hidrocarboneto está na fase líquida sob condições de reação. Tipicamente, tais catalisadores são obtidos através de precipitação a partir de soluções de nitrato. Um alto conteúdo de um transportador fornece resistência mecânica e poros largos para facilitar a transferência de massa dos reagentes no produto líquido que preenche os poros. A principal fração do produto é então uma cera de parafina, que é refinada para materiais de cera comercializáveis ​​na Sasol; no entanto, também pode ser muito hidrocraqueado seletivamente para um combustível diesel de alta qualidade. Assim, os catalisadores de ferro são muito flexíveis.

Rutênio
O rutênio é o mais ativo dos catalisadores de FT. Trabalha nas temperaturas de reação mais baixas e produz os hidrocarbonetos de maior peso molecular. Atua como um catalisador de Fischer Tropsch como o metal puro, sem nenhum promotor, fornecendo assim o mais simples sistema catalítico da síntese de Fischer Tropsch, onde conclusões mecanísticas devem ser as mais fáceis – por exemplo, muito mais fáceis do que com o ferro como catalisador. Como com o níquel, a seletividade muda para principalmente o metano a temperatura elevada. Seu alto preço e recursos mundiais limitados excluem a aplicação industrial. Estudos sistemáticos de Fischer Tropsch com catalisadores de rutênio devem contribuir substancialmente para a exploração adicional dos fundamentos da síntese de Fischer Tropsch. Há uma questão interessante a considerar: que características têm os metais níquel, ferro, cobalto e rutênio em comum para permitir que eles – e somente eles – sejam catalisadores de Fischer-Tropsch, convertendo a mistura CO / H2 em hidrocarbonetos alifáticos (cadeia longa) em uma “reação de um passo”. O termo “reação de um passo” significa que os intermediários da reação não são dessorvidos da superfície do catalisador.Em particular, é espantoso que o catalisador de ferro alcalinizado com muito carboneto dê uma reacção semelhante à do catalisador de ruténio apenas metálico.

HTFT e LTFT
O Fischer-Tropsch de alta temperatura (ou HTFT) opera a temperaturas de 330-350 ° C e usa um catalisador à base de ferro. Este processo foi extensivamente utilizado pela Sasol nas suas plantas de carvão para líquido (CTL). O Fischer-Tropsch de baixa temperatura (LTFT) é operado a temperaturas mais baixas e usa um catalisador à base de ferro ou cobalto. Este processo é mais conhecido por ser usado na primeira planta GTL integrada operada e construída pela Shell em Bintulu, Malásia.

Desenvolvimentos de pesquisa
A Choren Industries construiu uma fábrica na Alemanha que converte biomassa em syngas e combustíveis usando a estrutura do processo Shell Fischer-Tropsch. A empresa faliu em 2011 devido a impraticabilidades no processo.

A gaseificação de biomassa (BG) e a síntese de Fischer-Tropsch (FT) podem, em princípio, ser combinadas para produzir combustíveis de transporte renováveis ​​(biocombustíveis).

Certificação da Força Aérea dos EUA
A Syntroleum, uma empresa norte-americana de capital aberto, produziu mais de 400.000 galões (1.500.000 L) de diesel e combustível de jato do processo Fischer-Tropsch usando gás natural e carvão em sua fábrica de demonstração perto de Tulsa, Oklahoma. A Syntroleum está trabalhando para comercializar sua tecnologia licenciada da Fischer-Tropsch através de plantas de carvão para líquido nos Estados Unidos, China e Alemanha, bem como plantas gás-líquido internacionalmente.Utilizando gás natural como matéria-prima, o combustível ultrafino e com baixo teor de enxofre foi testado extensivamente pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) e pelo Departamento de Transportes dos Estados Unidos (DOT).

Reutilização de dióxido de carbono
O dióxido de carbono não é uma matéria-prima típica para a catálise de FT. O hidrogênio e o dióxido de carbono reagem sobre um catalisador à base de cobalto, produzindo metano. Com catalisadores à base de ferro, hidrocarbonetos de cadeia curta insaturados também são produzidos. Após a introdução do suporte do catalisador, a ceria funciona como um catalisador de deslocamento de gás de água reversa, aumentando ainda mais o rendimento da reação. Os hidrocarbonetos de cadeia curta foram melhorados para combustíveis líquidos em relação a catalisadores ácidos sólidos, como os zeólitos.

Eficiência do processo
Usando a tecnologia FT convencional, o processo varia em eficiência de carbono de 25 a 50% e uma eficiência térmica de cerca de 50% para instalações de CTL idealizadas em 60% com instalações de GTL com cerca de 60% de eficiência idealizada para 80% de eficiência.

Fischer-Tropsch na natureza
Também foi sugerido que um processo tipo Fischer-Tropsch produziu alguns dos blocos de construção de DNA e RNA dentro de asteróides. Similarmente, os processos de FT que ocorrem naturalmente também foram descritos como importantes para a formação de petróleo abiogênico.