В случае этого синтеза, открытого Кёльбелом и Энгельгардтом в 1948 г., для гидрирования оксида углерода вместо водорода применяют водяной пар [15, 188—195]. Синтез протекает по суммарному уравнению
на железных, кобальтовых, никелевых и рутениевых катализаторах. Для железных катализаторов оптимальная температура составляет 250—300 °С, а давление определяется содержанием СО в газе [для колошникового газа (доменный газ) с 30% СО оно составляет ≈2 МПа]. При 90%-ном превращении СО на железном катализаторе выход углеводородов С3 составляет 160—170 г на 1 м3, а на кобальтовых катализаторах из-за отсутствия образования метана он возрастает до 200 г/м3.
Этот способ получения химического сырья применим там, где имеются дешевые газы (например, низкокалорийный газ, газ карбидных печей или колошниковый газ). Рабочие параметры и результаты работы полупромышленной установки в жидкой фазе производительностью по колошниковому газу (7% СО2 34% СО, 2% Н2 и 57% N2), равной 2 м3 в час, приведены ниже [191):
Отношение СО : Н2О в колошниковом газе | 3:1,15 |
Используемый объем реактора (объем суспензии, | 9 |
Количество катализатора, г Fe | 384 |
Давление, МПа | ≈ 1,6 |
Температура, С | От 240 до 80 |
Нагрузка на катализатор по газу, л СО на 1 г Fe в час | 1,8 |
Степень превращения СО, % | 93 |
Выход углеводородов, г на 1 м3 СО |
|
C1 и выше (суммарный) | 182 |
С3 и выше | 160 |
Суммарная производительность катализатора (количество углеводородов С3 и выше, выработанное за время работы катализатора), кг на 1 кг Fe | 405 |
Суточная производительность по углеводородам C3 и выше, кг на 1 м3 реакционного объёма | 272 |
Следует, однако, заметить, что для колошникового газа не требуется никакой очистки, так как в высокотемпературном процессе все сернистые соединения связываются с твердой фазой. Газ после смешения с водяным паром (СО : Н2О=3 : 1,15) непосредственно применяют для синтеза.
При степени превращения поданного в реакцию СО, превышающей 90%, выход углеводородов С3 и выше достигает 160 г на 1 м3 оксида углерода, содержащегося в исходном колошниковом газе. Продукты (табл. 39) аналогичны продуктам жидкофазного
синтеза Фишера — Тропша.
Этот способ синтеза характеризуется высокой гибкостью (см. А и Б в таблице). И низко- и высокомолекулярные продукты по содержанию олефинов (80—90% в газообразных продуктах и 70% в жидких) оцениваются как очень хорошее сырье для нефтехимии. Далее, достойно внимания, что на кобальтовых катализаторах при степени превращения СО 98% и при выходе 198 г углеводородов С3 и выше на 1 м3 поданного СО образуется только 1 — 2% метана [195]. Возможно, что при наличии достаточно больших количеств отходящих газов, содержащих оксид углерода, этот способ также станет интересным для производства нефтехимического сырья.
Таблица 39. Продукты, получаемые из колошникового газа [191]
А—получение ннзкомолекулярных продуктов. Б —получение высокомолекулярных продуктов
Фракция | Число атомов С | Т. кип., С | Выход, % от суммарного продукта | |
А | Б | |||
Метан + этан | C1—С2 | — | 8,6 | 8,1 |
Этилен | с2 | — | 3,5 | 2,1 |
Сжиженный газ | Сз—С4 | — | 29,8 | 15,1 |
Бензин | С5—С10 | <190 | 43,1 | 17,8 |
Когазин I | C11------ C14 | 190—260 | 8,1 | 3,2 |
Когазин II | С15—C18 | 260—320 | 4,0 | 9,7 |
Гач | С19—27 | 320-450 | 1,7 | 15,0 |
Твердый парафин | >с27 | >450 | 1,2 | 29,0 |
Примечание. Суммарный выход углеводородов равен 174 г на 1 м3 СО в случае А и 186 г на 1 мз СО в случае Б.
В заключение отметим, что в жидкой фазе можно осуществлять одноступенчатый синтез алифатических неразветвленных аминов (первичных, вторичных и третичных) из оксида углерода, воды и аммиака, а также синтез метил- и диметиламинов на железных катализаторах [58, 59, 196—198].