Процесс Фишера-Тропша представляет собой набор химических реакций, который превращает смесь монооксида углерода и водорода в жидкие углеводороды. Эти реакции происходят в присутствии металлических катализаторов, как правило, при температурах 150-300 ° С (302-572 ° F) и давлениях от одной до нескольких десятков атмосфер. Этот процесс был впервые разработан Францем Фишером и Хансом Тропшем в Институте Кайзер-Вильгельм-фюр-Коленфоршунг в Мюльхайме-на-Руре, Германия, в 1925 году.

В качестве ведущего примера химии C1, процесс Фишера-Тропша является важной реакцией как в процессе сжижения угля, так и в технологии получения газа и жидкостей для производства жидких углеводородов. В обычной реализации монооксид углерода и водород, сырье для FT, получают из угля, природного газа или биомассы в процессе, известном как газификация. Затем процесс Фишера-Тропша преобразует эти газы в синтетическое смазочное масло и синтетическое топливо. Процесс Фишера-Тропша получил периодическое внимание как источник дизельного топлива с низким содержанием серы и предназначен для поставки или стоимости углеводородов, получаемых из нефти.

Реакционный механизм
Процесс Фишера-Тропша включает в себя ряд химических реакций, которые продуцируют различные углеводороды, в идеале имеющие формулу (C <sub> <i> n </ i> (C _n H _{2 n + 2} ). алканов следующим образом:

(2 n + 1) H ₂ + n CO → C _n H _2 n + ₂ + n H ₂ O
где n обычно составляет 10-20. Образование метана (n = 1) нежелательно. Большинство произведенных алканов имеют тенденцию быть прямолинейными, пригодными в качестве дизельного топлива. В дополнение к образованию алканов конкурирующие реакции дают небольшое количество алкенов, а также спиртов и других оксигенированных углеводородов.

Промежуточные продукты Фишера-Тропша и элементарные реакции
Преобразование смеси H2 и CO в алифатические продукты, очевидно, должно быть многоступенчатой ​​реакцией с несколькими видами промежуточных продуктов. Рост углеводородной цепи может быть визуализирован как повторяющаяся последовательность, в которой атомы водорода добавляются к углероду и кислороду, связь C-O разделяется и образуется новая связь C-C. Для одной -CH2-группы, продуцируемой CO + 2 H2 → (CH2) + H2O, необходимо несколько реакций:

Ассоциативная адсорбция СО
Разделение связи С-О
Диссоциативная адсорбция 2 H2
Передача 2 H в кислород с получением H2O
Десорбция H2O
Перенос 2 H в углерод с получением CH2

Конверсия СО в алканы включает гидрирование СО, гидрогенолиз (расщепление с помощью Н2) связей С-О и образование связей С-С. Предполагается, что такие реакции протекают через начальное образование карбонилов, связанных с поверхностными связями.Предполагается, что лиганд СО подвергается диссоциации, возможно, в оксидные и карбидные лиганды. Другими потенциальными промежуточными продуктами являются различные фрагменты C1, включая формил (CHO), гидроксикарбен (HCOH), гидроксиметил (CH2OH), метил (CH3), метилен (CH2), метилидин (CH) и гидроксиметилидин (COH). Кроме того, критические для производства жидких топлив являются реакциями, которые образуют связи С-С, такие как миграционная вставка. Многие связанные стехиометрические реакции были смоделированы на дискретных кластерах металлов, но гомогенные катализаторы Фишера-Тропша плохо развиты и не имеют коммерческого значения.

Добавление изотопно-меченого спирта в поток сырья приводит к включению спиртов в продукт.Это наблюдение устанавливает возможность разрыва связи С-О. Использование 14C-меченых этилена и пропена над кобальтовыми катализаторами приводит к включению этих олефинов в растущую цепь. Таким образом, реакция роста цепи, как представляется, включает как «введение олефинов», так и «СО-вставку».

Сырье: газификация
Заводы Фишера-Тропша, связанные с углем или родственным твердым сырьем (источники углерода), должны сначала преобразовать твердое топливо в газообразные реагенты, то есть СО, Н2 и алканы. Это превращение называется газификацией, и этот продукт называется синтез-газом («сингаз»). Синтез-газ, полученный из газификации угля, как правило, имеет отношение H2: СО ~ 0,7 по сравнению с идеальным соотношением ~ 2. Это соотношение регулируется с помощью реакции переноса воды и газа. На основе угля на основе установок Фишера-Тропша производится различное количество СО2 в зависимости от источника энергии процесса газификации. Однако большинство угольных установок полагаются на уголь для подачи всех энергетических потребностей процесса Фишера-Тропша.

Сырье: GTL
Монооксид углерода для катализа FT получают из углеводородов. В технологии с газом и жидкостями (GTL) углеводороды представляют собой низкомолекулярные материалы, которые часто отбрасываются или разжигаются. Многожильный газ обеспечивает относительно дешевый газ. GTL является жизнеспособным, если газ остается относительно дешевле, чем нефть.

Для получения газообразных реагентов, необходимых для катализа Фишера-Тропша, требуется несколько реакций. Во-первых, газ-реагент, поступающий в реактор Фишера-Тропша, должен быть обессери- ваемым. В противном случае серосодержащие примеси дезактивируют («отравляют») катализаторы, необходимые для реакций Фишера-Тропша.

Для регулирования отношения H2: CO используется несколько реакций. Наиболее важным является реакция смещения водяного газа, которая обеспечивает источник водорода за счет моноксида углерода:

H ₂ O + CO → H ₂ + CO ₂
Для установок Фишера-Тропша, использующих метан в качестве исходного сырья, другая важная реакция — паровой риформинг, который превращает метан в СО и Н2:

H ₂ O + CH ₄ → CO + 3 H ₂

Условия процесса
Как правило, процесс Фишера-Тропша работает в температурном диапазоне 150-300 ° С (302-572 ° F). Более высокие температуры приводят к более быстрым реакциям и более высоким коэффициентам конверсии, но также способствуют производству метана. По этой причине температура обычно поддерживается в нижней и средней частях диапазона. Увеличение давления приводит к более высоким коэффициентам конверсии, а также способствует образованию длинноцепочечных алканов, которые желательны. Типичные давления варьируются от одной до нескольких десятков атмосфер. Даже более высокие давления будут благоприятными, но выгоды могут не оправдывать дополнительные затраты на оборудование высокого давления, а более высокие давления могут привести к дезактивации катализатора путем образования кокса.

Можно использовать различные композиции синтез-газ. Для катализаторов на основе кобальта оптимальное соотношение H2: CO составляет около 1,8-2,1. Катализаторы на основе железа могут переносить более низкие отношения из-за собственной реакционной активности водного газа в катализе железа. Эта реакционная способность может быть важна для синтез-газа, полученного из угля или биомассы, которые имеют относительно низкое отношение H2: СО (& lt; 1). Конструкция технологического реактора Фишера-Тропша Эффективное удаление тепла из реактора является основной потребностью реакторов Фишера-Тропша, поскольку эти реакции характеризуются высокой экзотермичностью. Обсуждаются четыре типа реакторов: многотрубчатый реактор с неподвижным слоем. Этот тип реактора содержит несколько трубок малого диаметра. Эти трубки содержат катализатор и окружены кипящей водой, которая удаляет тепло реакции. Реактор с неподвижным слоем подходит для работы при низких температурах и имеет верхний предел температуры 530 К. Избыточная температура приводит к осаждению углерода и, следовательно, к блокировке реактора. Поскольку большие количества образовавшихся продуктов находятся в жидком состоянии, этот тип реактора можно также назвать проточной реакторной системой. Приточный реактор потока Важным требованием реактора для процесса Фишера-Тропша является удаление тепла реакции. Этот тип реактора содержит два банка теплообменников, которые удаляют тепло; оставшаяся часть которых удаляется продуктами и рециркулируется в систему. Следует избегать образования тяжелых восков, поскольку они конденсируются на катализаторе и образуют агломерации. Это приводит к псевдоожижению. Следовательно, стояки эксплуатируются более 570 К. Реакции на суспензии Отвод тепла осуществляется с помощью внутренних охлаждающих катушек.Синтез-газ барботируют через воскообразные продукты и мелкодисперсный катализатор, который суспендируется в жидкой среде. Это также обеспечивает перемешивание содержимого реактора. Размер частиц катализатора уменьшает диффузионные тепло- и массопереносные ограничения. Более низкая температура в реакторе приводит к более вязкому продукту, и более высокая температура (& gt; 570 К) дает нежелательный спектр продукта. Кроме того, проблема разделения продукта с катализатором является проблемой.

Реакторы с жидкостным и циркуляционным катализатором (стояки)
Они используются для высокотемпературного синтеза Фишера-Тропша (около 340 ° С) для получения низкомолекулярных ненасыщенных углеводородов на щелочных сплавленных железных катализаторах. Технология псевдоожиженного слоя (в соответствии с каталитическим крекингом тяжелых нефтяных дистиллятов) была введена Hydrocarbon Research в 1946-50 гг. И названа «гидроколом». В 1951-57 годах в Браунсвилле, штат Техас, действовал крупномасштабный завод Фишер-Тропш-Гидрокол (350 000 тонн в год). Из-за технических проблем и отсутствия экономики из-за увеличения доступности нефти это развитие было прекращено. Синтез Фишера-Тропша с псевдоожиженным слоем недавно был очень успешно повторно исследован Сасолем. В настоящее время работает один реактор мощностью 500 000 тонн в год и строятся еще более крупные (около 850 000 тонн в год). В настоящее время этот процесс используется в основном для производства алкенов C2 и C7.Это новое развитие можно рассматривать как важный прогресс в технологии Фишера-Тропша.Высокотемпературный процесс с катализатором циркулирующего железа («циркулирующий псевдоожиженный слой», «стоячий реактор», «процесс захваченного катализатора») был введен компанией Kellogg и соответствующим заводом, построенным в Сасоле в 1956 году. Он был усовершенствован Sasol для успешный функционирование. В Секунде, Южная Африка, Сасол эксплуатировал 16 передовых реакторов этого типа мощностью около 330 000 тонн в год каждый. В настоящее время процесс циркулирующего катализатора заменяется превосходной технологией с псевдоожиженным слоем Sasol. Первые эксперименты с частицами кобальтового катализатора, суспендированными в масле, были выполнены Фишером. Реактор с пузырьковой колонной с порошковым катализатором на основе железа и обогащенным СО синтетическим газом был специально разработан для экспериментальной установки масштаба компанией Kölbel в компании Rheinpreuben в 1953 году. Недавно (с 1990 года) изучаются низкотемпературные процессы суспензии Фишера-Тропша для использование железных и кобальтовых катализаторов, в частности для производства углеводородного воска, или для гидрокрекинга и изомеризации для производства дизельного топлива Exxon и Sasol.Сегодня низкотемпературный синтез Фишера-Тропша в суспензионной фазе (пузырьковая колонна) рассматривается многими авторами как наиболее эффективный процесс производства чистого дизельного топлива Фишера-Тропша. Эта технология Fischer-Tropsch также разрабатывается компанией Statoil (Норвегия) для использования на судне для переработки попутного газа на морских нефтяных месторождениях в углеводородную жидкость.

Сырье в процессе

Уголь как сырье
Для получения синтез-газа для синтеза Фишера-Тропша первоначально был только уголь при температурах выше 1000 ° С в газификации угля, например, в газификаторе давления Лурджи, генераторе Винклера или реакторе Копперс-Тоцек, с водяным паром и воздухом или кислородом, превращенным в синтез-газ. Поскольку в этой реакции на первой стадии достигается только отношение водорода к монооксиду углерода 0,7, часть монооксида углерода превращается в воду в реакции смещения водяного газа на диоксид углерода и водород до отношения 2: 1 . Синтез-газ охлаждают, отделяя фенол и аммиак и подвергают Rectisolwäsche, где удаляют диоксид углерода, сероводород, цианид водорода и органические компоненты. Катализаторы чувствительны к сере, содержание сероводорода, как правило, до объемного содержания менее 30 ppb. Чистый газ по-прежнему содержит около 12% метана, этана, азота и благородных газов, а также около 86% монооксида углерода и водорода в соотношении 1: 2.

Природный газ, биомасса и отходы в качестве сырья
Большим преимуществом процесса Фишера-Тропша является то, что каждое высокоэнергетическое сырье в основном подходит для процесса. В дополнение к углю и природному газу они включают биогаз, древесину, сельскохозяйственные отходы или бытовые отходы. Первый в мире завод по производству твердых биомасс был построен в 2005 году в Хорене под Фрайбергом. В 2011 году она стала неплатежеспособной.

В 2009 году общее одобрение топлива Fischer-Tropsch (FT-SPK) ASTM в качестве авиационного топлива. В 2014 году авиакомпании, такие как British Airways и Cathay Pacific, предпочли производство топлива FT из бытовых отходов и начали строительство таких объектов в Лондоне и Гонконге.

Распределение продуктов
В общем случае распределение продуктов углеводородов, образующихся в процессе Фишера-Тропша, следует за распределением Андерсона-Шульца-Флори, которое может быть выражено как:

W _n / n = (1 — α ) ² α ^n -1

где Wn — весовая доля углеводородов, содержащих n атомов углерода, а α — вероятность роста цепи или вероятность того, что молекула будет продолжать реагировать, образуя более длинную цепь. Как правило, α в значительной степени определяется катализатором и конкретными условиями процесса.

Рассмотрение приведенного выше уравнения показывает, что метан всегда будет самым большим одиночным продуктом, если α меньше 0,5; однако, увеличивая α близко к единице, общее количество образовавшегося метана может быть сведено к минимуму по сравнению с суммой всех различных продуктов с длинными цепями. Увеличение α увеличивает образование длинноцепных углеводородов. Очень длинноцепные углеводороды представляют собой воски, которые являются твердыми при комнатной температуре. Поэтому для производства жидких транспортных топлив может потребоваться растрескивание некоторых продуктов Фишера-Тропша. Чтобы избежать этого, некоторые исследователи предложили использовать цеолиты или другие каталитические субстраты с порами фиксированного размера, которые могут ограничивать образование углеводородов дольше, чем какой-либо характерный размер (обычно n & lt; 10). Таким образом, они могут вести реакцию таким образом, чтобы минимизировать образование метана, не производя много длинноцепных углеводородов. Такие усилия имели ограниченный успех.

Процедура

Давление и температура
Очищенный сырой газ, который имеет отношение водорода к монооксиду углерода от 2 до 2,2, подвергается гетерогенному каталитическому взаимодействию в реакции синтеза с углеводородами, такими как парафины, олефины и спирты. Конечными продуктами являются бензин (синтетический бензин), дизельное топливо, мазут и сырье для химической промышленности. Реакция протекает уже при атмосферном давлении и при температуре от 160 до 200 ° С; Технически в зависимости от процесса используются более высокие давления и температуры. Синтез протекает в соответствии со следующей реакционной схемой:

 (Алканы)
 (Алкены)
 (Спирты)
На килограмм топлива производится около 1,25 кг воды, для его производства используется около половины используемого водорода. Железосодержащие катализаторы катализируют реакцию смещения вода-газ, в результате чего вместо воды выделяется двуокись углерода:

Катализаторы
В синтезе Фишера-Тропша используют различные катализаторы. Наиболее часто используемые основаны на переходных металлах кобальта, железа, никеля и рутения.Используемыми носителями являются пористые оксиды металлов с большими удельными поверхностями, такими как кизельгур, оксид алюминия, цеолиты и диоксид титана.

Катализаторы могут быть получены путем пропитки пористых оксидов металлов растворами солей металлов и последующим прокаливанием. Каталитическую активность осуществляют с помощью промоторов, это не каталитические каталитические компоненты, такие как щелочные металлы или медь. Кроме того, распределение пор по размеру носителя, условий прокаливания и восстановления и полученных размеров частиц активного металла катализатора влияет на каталитическую активность. Такие вещества, как щелочные металлы, которые являются хорошими промоторами для железных катализаторов, действуют как каталитический яд, например, в случае кобальтовых катализаторов. Кобальт, никель и рутений во время реакции остаются в металлическом состоянии, а железо образует ряд оксидов и карбидов. Однако считается, что оксиды кобальта, оставшиеся после неполного восстановления используемой соли, играют роль промотора.

Катализаторы, содержащие железо и кобальт, обычно получают путем осаждения, часто вместе с другими металлами и другими промоторами. Оригинальный катализатор Фишера и Тропша был получен путем совместного осаждения нитрата кобальта, тория и магния с добавлением диатомовой земли к недавно выпаренному катализатору. Дальнейшие этапы, такие как формование, сушка и восстановление соли кобальта, значительно влияют на активность катализатора. Катализаторы кобальта проявляют лишь низкую активность в реакции смешения воды и газа, в то время как катализаторы железа катализируют их.

Процедура
Процесс диктуется необходимостью удаления большого количества тепла около 3000 килоджоулей на кубический метр конвертированного синтез-газа. Температура рассеивается водой, температура которой регулируется путем регулирования давления. Чрезмерно высокие температуры приводят к образованию метана и быстрому коксованию катализатора.

Товары
Типичный продукт Фишера-Тропша содержит около 10-15% сжиженных газов (пропан и бутаны), 50% бензина, 28% керосина (дизельное топливо), 6% мягкого парафина (парафиновые сплетни) и 2% твердых парафинов. Этот процесс важен для крупномасштабного производства бензина и масел из угля, природного газа или биомассы.Распределение длины цепи углеводородов, образующихся во время реакции, следует за распределением Шульца-Флори. Распределение длины цепи можно описать следующим уравнением:

 ,
где W n — весовая доля молекул углеводородов с n атомами углерода, а α — вероятность роста цепи. Как правило, α определяется катализатором и конкретными условиями процесса.Изменяя условия процесса и конструкцию катализатора, можно контролировать селективность по отношению к различным продуктам, таким как олефины в качестве сырья для химической промышленности.

Варианты процесса

Синтез Арге
Процесс выполняется в нескольких вариантах. В дополнение к процессу нормального давления, разработанному Фишером и Тропшем, процесс среднего давления, разработанный Пихлером, также известный как синтез с высокой нагрузкой или аргоном, был коммерциализирован консорциумом Ruhrchemie и Lurgi. В этом случае конверсия продуктов газификации угля в легированные медью и карбонатом калия контакты железа в процессе с неподвижным слоем при температурах от 220 до 240 ° С и давлениях до 25 бар. Соотношение окиси углерода и водорода составляет от 1 до 1,7. Полученные продукты представляют собой смеси парафинов и олефинов, так называемые Gatsch.

Реакция экзотермична с 158 килоджоулями на моль CH 2 -группы, образованной при 250 ° C:

Одна из проблем заключается в удалении высокой температуры гидрирования, чтобы обеспечить максимально возможную изотермическую реакцию. Первоначально реактор Arge имел диаметр три метра и был оснащен 2052 трубками для катализаторов, на которых находилось около 35 тонн или 40 кубических метров катализатора. Катализатор расположен в узком, скрепленном водопроводом. Теплота реакции удаляется кипящей водой под давлением.Недостаточный отвод тепла приводит к температурному градиенту через слой катализатора и может привести к увеличению производства метана или коксованию контактов. Уменьшение каталитической активности контактов компенсируется увеличением температуры реакции.

Объем катализатора в современных реакторах составляет около 200 м3. Установка Фишера-Тропша с несколькими реакторами требует около 1 500 000 м 3 в час в стандартных условиях синтез-газа и производит около 2 000 000 тонн углеводородов в год. Синтез проводят в три этапа с общей конверсией около 94%. В дополнение к реализации в реакторе с неподвижным слоем существуют варианты процесса с процессом с псевдоожиженным слоем (процесс Гидрокола) в качестве синтеза дымовых газов, в котором катализатор присутствует в виде псевдоожиженной летучей золы или в масляной суспензии (метод Рейнпреуссен-Копперс) ,

Синтельный процесс
Вариантом реакции является синтез синтола, разработанный компаниями Sasol и Kellogg. Его не следует путать с методом того же названия, разработанным Фишером и Тропшем. Этот процесс представляет собой синтез дымовых газов; в нем катализатор дозируется в виде порошка с реакционным газом. Процесс работает при 25 бар и температурах выше 300 ° С. В результате предпочтительно образуются низкомолекулярные углеводороды. Соотношение монооксида углерода и водорода составляет около 1: 2.

кобальт
Катализаторы на основе кобальта являются высокоактивными, хотя железо может быть более подходящим для определенных применений. Катализаторы кобальта более активны для синтеза Фишера-Тропша, когда исходным сырьем является природный газ. Природный газ имеет высокое отношение водорода к углероду, поэтому для кобальтовых катализаторов не требуется сдвиг водного газа. Железные катализаторы являются предпочтительными для сырья более низкого качества, такого как уголь или биомасса. Синтетические газы, полученные из этих источников, не содержащих водорода, имеют низкое содержание водорода и требуют реакции смещения воды и газа. В отличие от других металлов, используемых для этого процесса (Co, Ni, Ru), которые остаются в металлическом состоянии во время синтеза, железные катализаторы в процессе реакции имеют тенденцию к образованию ряда фаз, включая различные оксиды и карбиды. Контроль этих фазовых превращений может иметь важное значение для поддержания каталитической активности и предотвращения разрушения частиц катализатора.

В дополнение к активному металу катализаторы обычно содержат ряд «промоторов», включая калий и медь. Щелочные металлы группы 1, включая калий, являются ядом для кобальтовых катализаторов, но являются промоторами для железных катализаторов. Катализаторы поддерживаются на связующих веществах с высокой площадью поверхности / подложках, таких как диоксид кремния, оксид алюминия или цеолиты. Промоутеры также оказывают важное влияние на деятельность. Окислы щелочных металлов и медь являются общими промоторами, но состав зависит от первичного металла, железа и кобальта. Окисления щелочных металлов на кобальтовых катализаторах обычно вызывают резкое падение активности даже при очень низких щелочных нагрузках. C≥5 и селективность по СО2 при снижении селективности по метану и C2-C4. Кроме того, соотношение алкен-алкан увеличивается.

Катализаторы Фишера-Тропша чувствительны к отравлению серосодержащими соединениями.Катализаторы на основе кобальта более чувствительны, чем их железные аналоги.

Железо
Катализаторы железа Фишера-Тропша нуждаются в продвижении щелочей для достижения высокой активности и стабильности (например, 0,5 мас.% К2О). Добавление Cu для стимулирования восстановления, добавление SiO2, Al2O3 для структурного продвижения и, возможно, некоторые марганцы могут применяться для контроля избирательности (например, высокая олефиновость). Рабочий катализатор получается только после восстановления водородом — в начальный период синтеза образуются несколько карбидов железа и элементарный углерод, тогда как оксиды железа все еще присутствуют в дополнение к некоторому металлическому железу. С железными катализаторами были проведены два направления селективности. Одно направление направлено на низкомолекулярную олефиновую углеводородную смесь, которая должна быть получена в процессе захваченной фазы или в псевдоожиженном слое (процесс Sasol-Synthol). Из-за относительно высокой температуры реакции (около 340 ° C) средняя молекулярная масса продукта настолько мала, что в условиях реакции не происходит фазы жидкого продукта. Частицы катализатора, движущиеся вокруг реактора, являются небольшими (диаметр частиц 100 мкм), а осаждение углерода на катализаторе не нарушает работу реактора. Таким образом, приемлема низкая пористость катализатора с малыми диаметрами пор, полученная из расплавленного магнетита (плюс промоторы) после восстановления водородом. Для максимизации общего выхода бензина, C3 и C4 алкены были олигомеризованы в Sasol. Однако восстановление олефинов для использования в качестве химических веществ, например, в процессах полимеризации, является выгодным сегодня. Второе направление развития катализатора железа нацелено на наивысшую активность катализатора, которая должна использоваться при низкой температуре реакции, когда большая часть углеводородного продукта находится в жидкой фазе в условиях реакции. Как правило, такие катализаторы получают путем осаждения из растворов нитратов.Высокое содержание носителя обеспечивает механическую прочность и широкие поры для легкого массопереноса реагентов в жидком продукте, заполняющем поры. Основной фракцией продукта является парафиновый воск, который очищается до товарных восковых материалов в Sasol; однако он также может быть очень избирательно гидрокрекингом до высококачественного дизельного топлива. Таким образом, железные катализаторы очень гибкие.

Рутений
Рутений является наиболее активным из FT катализаторов. Он работает при самых низких температурах реакции и производит углеводороды с наивысшей молекулярной массой. Он действует как катализатор Фишера Тропша как чистый металл без каких-либо промоторов, тем самым обеспечивая простейшую каталитическую систему синтеза Фишера Тропша, где механические выводы должны быть самыми легкими, например, намного проще, чем с железом в качестве катализатора. Как и в случае с никелем, селективность изменяется в основном на метан при повышенной температуре. Его высокая цена и ограниченные мировые ресурсы исключают промышленное применение. Систематические исследования Фишера Тропша с рутениевыми катализаторами должны в значительной мере способствовать дальнейшему исследованию основ синтеза Фишера Тропша. Возникает интересный вопрос: какие особенности имеют металлы: никель, железо, кобальт и рутений, что позволяет им — и только они — быть катализаторами Фишера-Тропша, превращая смесь СО / Н2 в алифатические (длинноцепочечные) углеводороды в «одноступенчатой ​​реакции». Термин «одностадийная реакция» означает, что промежуточные продукты реакции не десорбируются с поверхности катализатора. В частности, удивительно, что сильно скомбинированный каталитический каталитический катализатор дает такую ​​же реакцию, что и просто металлический рутениевый катализатор.

HTFT и LTFT
Высокотемпературный Fischer-Tropsch (или HTFT) работает при температурах 330-350 ° C и использует катализатор на основе железа. Этот процесс широко использовался Сасолем на их заводах «уголь-жидкость» (ЦТЛ). Низкотемпературный Fischer-Tropsch (LTFT) работает при более низких температурах и использует катализатор на основе железа или кобальта. Этот процесс наиболее известен тем, что он используется в первом интегрированном GTL-заводе, который эксплуатируется и строится Shell в Бинтулу, Малайзия.

Исследования
Choren Industries построила в Германии завод, который преобразует биомассу в синтез-газ и топливо с использованием структуры процесса Shell Fischer-Tropsch. В 2011 году компания обанкротилась из-за непрактичности в этом процессе.

Синтез газификации биомассы (BG) и синтеза Фишера-Тропша (FT) можно в принципе объединить для производства возобновляемых транспортных топлив (биотоплив).

Сертификация ВВС США
Syntroleum, компания, торгуемая в США, выпустила более 400 000 галлонов (1500 000 л) дизельного и реактивного топлива из процесса Фишера-Тропша с использованием природного газа и угля на демонстрационном заводе в районе Талса, штат Оклахома. Syntroleum работает над коммерциализацией своей лицензированной технологии Fischer-Tropsch на заводах «уголь-жидкость» в Соединенных Штатах, Китае и Германии, а также на заводах «газ-жидкость» на международном уровне. Используя природный газ в качестве исходного сырья, ультрачистое топливо с низким содержанием серы широко тестировалось Министерством энергетики Соединенных Штатов (DOE) и Министерством транспорта Соединенных Штатов (DOT).

Повторное использование двуокиси углерода
Углекислый газ не является типичным сырьем для катализа FT. Водород и диоксид углерода реагируют на катализатор на основе кобальта, образуя метан. При использовании катализаторов на основе железа также образуются ненасыщенные короткоцепочечные углеводороды. После введения в носитель катализатора оксид церия функционирует как катализатор смещения обратного водного газа, что дополнительно увеличивает выход реакции. Короткоцепные углеводороды были модернизированы до жидкого топлива над твердыми кислотными катализаторами, такими как цеолиты.

Эффективность процесса
Используя обычную технологию FT, процесс варьируется в диапазоне КПД углерода от 25 до 50 процентов, а тепловой КПД около 50% для установок CTL, идеализированных на 60%, при оборудовании GTL с эффективностью около 60%, идеализированной до 80% эффективности.

Фишер-Тропш в природе
Было также предложено разработать процесс типа Фишера-Тропша, который создал несколько структурных блоков ДНК и РНК в астероидах. Аналогично, естественные процессы ФТ также были описаны как важные для образования абиогенной нефти.