Синтез Фишера—Тропша

Синтез углеводородов из оксида углерода и воды в жидкой фазе

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

вместо водорода при­меняют водяной пар

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,
включая газ), л

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

C1С2

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

С15C18

260—320

4,0

9,7

Гач

С19—27

320-450

1,7

15,0

Твердый парафин

27

>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].