Синтез Фишера—Тропша

Способ Lurgi с многополочным реактором

Недостатки  способа  Michael   явились  поводом  для   усовершенствования   прин­ципа, положенного в его основу. Для этого сохранили рециркуляцию горячего газа, но отказались от достижения максимального превращения смеси СО + Н2 за один проход через слой катализатора и стали применять несколько друг над другом расположенных  слоев, представляющих  как  бы  самостоятельные  реак­торы. Между каждыми  двумя  слоями  помещали  промежуточный   холодильник для газов. С помощью этого приема удалось значительно улучшить теплоотвод и избежать перегревов катализатора. Но главное преимущество в том, что удалось сильно уменьшить количество циркулирующего горячего газа и одновременно с этим  добиться  экономии  энергии.  Фирма  Lurgi  Gesellschaft  fur  Warmetechnik (Франкфурт-на-Майне) построила после II мировой войны полузаводскую уста­новку по  этому способу и эксплуатировала  ее  в течение некоторого  времени.

Число отдельных, полок с катализатором зависит (при заданном перепаде температуры циркулирующего горячего газа, например, 10°С в слое катализа­тора на полке) непосредственно от расчетной циркуляции горячего газа. При способе Michael, осуществляемом в одном реакторе со сплошной загрузкой катализатора, для сохранения этого перепада на уровне 10 °С необходимо было подавать на синтез 100 объемов горячего газа на 1 объем исходного газа, а в способе Lurgi стало возможным, например, при распределении общей загрузки катализатора по 6 отдельным полкам снизить циркуляцию горячего газа до 17 объемов на 1 объем исходного газа. При этом, конечно, принимали, что про­межуточное охлаждение реакционной смеси между двумя полками (например, на 10 °С) обеспечивает достижение первоначальной температуры синтеза (срав­нение проводили при сопоставимых нагрузке по исходному газу и степени пре­вращения смеси СО + Н2). Несоблюдение этих условий должно, естественно, повлечь за собой изменение тех или иных показателей. Однако, благодаря гиб­кости работы многополочного реактора, управлять синтезом при изменившихся условиях можно было без особых затруднений.

Эксплуатация многополочного реактора также показала, что циркуляция холодного газа является эффективным средством регулирования температуры. При работе с 6-полочным реактором на каждую полку подавали приблизитель­но 1/6 суммарного количества холодного и исходного газа. Чтобы сохранить практически постоянной температуру на каждой полке опытного реактора, было достаточно эффекта охлаждения, т. е. снижения температуры за счет подачи смеси холодного и исходного газа.

Опытный реактор, установленный на Франкфуртском газовом заводе, состоял из 6 расположенных друг над другом полок (царг). Внутренний диаметр аппа­рата 194 мм, высота 0,5 м. В каждую царгу можно было загрузить 15 л ката­лизатора, что соответствовало суммарному объему катализатора 90 л. Между каждой из двух царг находился смеситель, в котором горячий газ в результате добавления холодного и исходного газа охлаждался до предусмотренной тем­пературы синтеза. Реактор был рассчитан на 270 °С и 2 МПа. В опытах приме­няли полученный в виде «колбасок» и частично восстановленный осажденный катализатор (100 масс. ч. Fe, 25 масс. ч. Cu, 18 масс. ч. ZnO, 9 масс. ч. Н2О и 48 масс. ч. SiO2 без носителя).

Циркулирующий горячий газ, в данном случае в количестве 350 м3/ч (направ­ление потока сверху вниз), доводили до предусмотренной температуры (≈ 270°С) с помощью электронагревателя. После этого к газу добавляли смесь холодного и исходного газов. При нагрузке 20 м3 водяного газа (из кокса) в смеси с 70 м3 холодного газа в час (объемная скорость по катализатору 200 ч-1) смесь разделяли на 6 ступеней. В каждой ступени температура повы­шалась примерно на 5 С, а после добавления в смеситель исходного и холод­ного газа температура снова понижалась на эту же величину. Образующиеся в каждой ступени синтеза высокомолекулярные углеводороды улавливали в смесителе, одновременно выполняющем роль сепаратора. Объемное отношение горячего, холодного и исходного газа составляло 17,5 : 3,5 : 1.

Основную часть реакционных газов после последней полки горячим насосом снова подавали на первую полку. Оставшуюся реакционную смесь охлаждали для выделения воды, жидких и газообразных ФТ-продуктов. Часть остаточного газа использовали как холодный газ, подводимый к различным полкам реактора (см. рис. 132, стр. 316). При степени конверсии смеси СО + Н2, равной 80—85%, выход углеводородов С3 и выше достигал 145 г на 1 м3 исходной смеси СО+Н2.

В опытном масштабе получили следующее распределение продуктов по чис­лу атомов С (или соответственно по пределам выкипания):

 

Фракция

Содержание, % (масс.)

Доля олефинов % (масс)

С34

7,4

70

30-200 °С

38,3

50

200-320 °С

22,8

Не определяли

> 320 °С

31,5

>>