Синтез Фишера—Тропша

Работы фирмы Fuel Research Station

Эти работы были начаты (Англия) в 1949 г. После эксперимен­тального сравнения способов в стационарном, псевдоожиженном слое и в жидкой фазе в 1952 г. пришли к заключению, что послед­ний способ из-за наиболее высокой селективности и гибкости мо­жет явиться самым перспективным среди новых вариантов техно­логии [18]. На основании этой оценки усилия были сосредоточены на разработке жидкофазного способа. С этой целью была постро­ена [207] опытная установка производительностью 71 м3 синтез-газа в час при суточной выработке продуктов 300—450 л (высота реактора 8,5 м, внутренний диаметр 24,8 см, реакционный объем 272 л). Рабочие параметры и достигнутые результаты таковы:

 

Продолжительность работы, ч

1-34

Давление, МПа

1,02

Температура, С

260

Объемная скорость, ч-1

197

Нагрузка на катализатор, л (СО + Н2) на 1 г

52

Степень превращения, %

СО

63 1

СО + Н2

59,4

Выход углеводородов, г на 1 м3 смесн СО+Н2 C1  и выше

124,2

в том числе Сз и выше

115,5

Состав углеводородов, %

4,2

метан

0,5

этилен

23

пропан

0,4

пропилен                                                 

2,3

бутан 

0,2

бутилены  

1,7

«спирт»

5,3

«масло»

29,7

парафин с катализатора

6,3

продуктовый парафин

47,1

В лабораторном масштабе на спеченном катализаторе для синтеза NH3 в жидкой фазе было достигнуто 93,5%-ное превращение смеси СО+Н2, однако этот результат не был воспроизведен в крупных масштабах из-за непригодности катализатора по сообра­жениям экономики. Катализатор осаждали из раствора сульфата железа. Он содержал серу (0,1% в пересчете на SO3), которая, как известно, является ядом для катализатора. Наряду с 1 % ме­ди в катализаторе было необычно большое количество карбоната калия (1,8%). Это обусловливало разложение оксида углерода и высокое образование свободного углерода. Последнее приводило к столь значительному повышению вязкости катализаторной сус­пензии, что было невозможно распределять газ в суспензии равно­мерно. По этим причинам синтез в течение продолжительного вре­мени не удавалось осуществить.

При анализе суммарной скорости реакции Фишера — Тропша в жидкой фазе с неоптимальным катализатором предполагали [207, 208], что массопередача водорода из газовой фазы в жидкую и скорость химической реакции входят в суммарную скорость ре­акции. Напротив, применение железных осажденных катализато­ров с незначительным содержанием щелочного промотора давало возможность [17] проводить синтез в жидкой фазе в течение мно­гих тысяч часов без упомянутых выше трудностей. Приведенные кинетические исследования, однако, едва ли применимы для реак­торов, работающих в нормальных условиях синтеза в жидкой фазе.

Технологически же установка работала весьма удовлетвори­тельно: перепад температур в реакторе составлял только ±1°С, теплоотвод был исключительно хорошим — коэффициент теплопе­редачи от катализаторной суспензии к охлаждающей воде состав­лял 1424 кДж/(м2-ч-К).

Запланированные работы, по созданию более пригодного ката­лизатора не были завершены, так как опытная установка была в 1961 г. остановлена из-за невозможности в то время экономически эффективно превращать уголь в химические продукты.