Катализаторы для синтеза в потоке должны иметь значительно бо­лее высокую прочность, чем при синтезе в стационарном слое, что­бы при непрерывной циркуляции в реакторе истирание катализа­тора было бы незначительным. В данном случае не требуется осо­бенно высокой активности катализатора, так как синтез ведут при относительно высокой температуре (чтобы получать меньше про­дукта, кипящего выше, чем автомобильный бензин). Этим требо­ваниям удовлетворяют железные плавленые катализаторы, промотированные щелочами. Такие катализаторы находят применение и для синтеза аммиака; их уже использовали в процессе Hydrocol с псевдоожиженным слоем.

Получение, восстановление и эксплуатация катализа­торов. Исходным материалом для плавленых железных ката­лизаторов служит природная руда, а также окалина проката, которая в настоящее время из-за однородного состава является пред­почтительным сырьем. Оксид железа расплавляют в электродуговой печи; при этом образуется (как более стабильная фаза) магнетит Fe₃O₄. К расплаву добавляют структурные и химические промото­ры, которые гомогенно распределяются в нем. Температура распла­ва составляет ≈ 1500°С [275]. При его охлаждении образуется бол­ванка, которую во многих ступенях обработки измельчают до же­лаемого размера частиц (75% < 150 мкм, 25% < 49 мкм)   [271].

Катализатор восстанавливают водородом при повышенном дав­лении в реакторе с псевдоожиженным слоем при ≈ 400°С в тече­ние 48—50 ч, причем магнетит почти полностью переходит в желе­зо (степень восстановления 95%) [271]. В результате восстанов­ления образуется пористая структура катализатора; его удельная поверхность равна 5—10 м²/г.

Из данных о загрузке реактора катализатором (130—140 т) и. его ежедневной производительности по продуктам >С₃ (250 т при 77%-ной селективности) рассчитано, что производительность ката­лизатора составляет 1,85 т продуктов >С₃ на 1 т катализатора в сутки. Исходя из продолжительности эксплуатации 45 сут удель­ный расход катализатора на образование 1 т продуктов составляет

Рис. 143. Изменение состава плавле­ного железного катализатора во время эксплуатации [75, 273]: 1 — магнетит (Fe₃O₄); 2—а-железо; 3— FeC; 4—карбид Хэгга (Fe₂C); 5—псевдоцементит (Fe₃C).

 При синтезе в потоке взвешенного порошкообразного катализатора в реактор вводят железный катализатор в восстановленной форме. В условиях эксплуатации он претерпевает различные превращения как в каждом цикле рециркуляции, так и в течение все­го периода эксплуатации. В химическом, отношении   катализатор в первую очередь подвергает­ся воздействию СО, Н₂ и Н₂О. Пары воды действуют как окислитель, а при взаимодей­ствии с СО образуются карби­ды железа и углерод. Главный компонент катализатора — железо — подвергается в процессе эксплуатации химическим превращениям, как ясно из рис. 143 [75].

В начальный период эксплуатации происходит быстрое частич­ное окисление катализатора; в результате почти половина железа превращается в магнетит. Одновременно образуется карбид желе­за, когда почти полностью превращается вторая половина железа. В итоге только небольшая часть железа остается в металлической форме, которую, однако, считают активным в ФТ-синтезе компонен­том. Карбидообразование с увеличением продолжительности экс­плуатации приводит к фазам, все более богатым углеродом

причем к концу рабочего периода активность и селективность ка­тализатора снижаются из-за увеличившейся доли FeC и свободного углерода. Изучение карбидных фаз железа в отработанных ката­лизаторах является трудной задачей, для решения которой приме­няли, в частности, термомагнитные измерения   [44, 292, 293].

В каждом цикле катализатор первоначально попадает в вос­становительную атмосферу синтез-газа. По мере увеличения сте­пени превращения синтез-газа повышается парциальное давление паров воды, которые оказывают все увеличивающееся окисляющее действие на часть катализатора, содержащую железо. Таким об­разом, в течение цикла чередуются восстановительные и окисли­тельные реакции железосодержащих фаз.

В катализаторе во время его эксплуатации изменяется и содержание щелочного промотора. Оксиды щелочных металлов расположены преимущественно на поверхности катализатора, поэтому при его истирании в процессе работы они удаляются в излишнем количестве. Кроме того, к снижению активности приводит рекристал­лизация катализатора и поглощение им серы.