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.