Процессом Фишера — Тропша можно производить из угля сырье и полупродукты для органического синтеза. Однако чтобы это производство было экономичным, следует принимать во внимание ряд факторов. Наибольшее значение имеют стоимость синтез-газа из угля и пригодность его для дальнейшей химической переработки в сопоставлении с производством синтез-газа из других видов сырья. Далее, соответствующий способ синтеза должен быть отработан в промышленном масштабе. Примером этому является процесс, применяемый фирмой Sasol для синтеза в потоке взвешенного порошкообразного катализатора.
Если при синтезе в потоке взвешенного порошкообразного катализатора производят главным образом основное сырье для органического синтеза, то образующиеся продукты нужно подвергнуть нескольким стадиям разделения и переработки. Остающиеся после выделения индивидуальных олефинов С2 — С4 насыщенные углеводороды (а также непредельные углеводороды C5 после гидрирования) можно направлять, например, на пиролиз с водяным паром с целью получения главным образом этилена.
При изучении поведения и свойств катализаторов ФТ-синтеза выявлено много интересных зависимостей, однако пока рано ожидать успехов в создании высокоселективных промышленных катализаторов. Например, имеются патенты по селективному получению этилена синтезом Фишера — Тропша, однако до сих пор они не смогли стать пригодной основой для технической разработки [284].
Показателями селективности, управление которыми принесло бы практическую пользу, являются следующие:
Чтобы можно было влиять на селективность, необходимо знать тонкий механизм ФТ-синтеза. Средняя длина цепи образующихся молекул отражает отношение вероятности роста цепи к вероятности ее обрыва. Удлинение алифатической цепи на одну СН2-группу связано с многими элементарными ступенями реакции. Увеличение углеродной цепи на один атом С происходит, вероятно, путем внедрения СО. Затем следуют ступени передачи водорода и гидрогенолиза углерод-кислородной связи. При этих последовательных реакциях возможна также десорбция с выделением соответствующих продуктов [44]. При этом частично происходит элиминирование с высвобождением активного центра между двумя сигма-лигандами, из которых один чаще всего является водородом
или разложение cигма-лигандов, приводящее к а-олефинам
наряду с перемещением водорода и последующей десорбцией олефина с активного центра:
Поэтому обрыв цепи происходит отчасти при взаимодействии с водородом, так что повышенное отношение Н2 : СО в синтез-газе может привести к уменьшению средней молекулярной массы продуктов. С другой стороны, водород тоже участвует в стадиях, необходимых для удлинения цепи, например в отщеплении кислорода [44]:
С повышением температуры в каждом случае увеличивается вероятность обрыва цепи, но одновременно повышается селективность по метану в условиях, когда предпочтительно образуются маленькие молекулы. Метан может получаться как путем прямого гидрирования СО, так и через гидрогенолиз образовавшихся олефинов.
В случае железных катализаторов, которые имеют самые лучшие предпосылки для модифицирования с целью повышения их селективности, щелочные промоторы способствуют образованию продуктов большей молекулярной массы. Кроме того, железные катализаторы менее активны в отношении гидрогенолиза углеводородов и позволяют проводить ФТ-синтез в относительно широком интервале температур без слишком большого образования метана.
Отношение олефины: парафины в продуктах в большой мере определяется степенью последующего гидрирования олефинов. Первоначальными углеводородами, образующимися и на кобальтовых и на железных катализаторах, являются олефины [45, 284]. Гидрирование олефинов происходит на центрах катализатора с иными свойствами, чем те, на которых они образуются. Управление селективностью по олефинам тем самым означает направленное подавление последующего гидрирования. Действенным в этом смысле является, например, проведение синтеза при меньшем времени контакта и низкой степени превращения, а также выделение образовавшегося продукта из рециркулирующего газа. Образованию олефинов благоприятствует также повышение парциального давления СО.
Изложенное позволяет обрисовать проблемы в управлении селективностью при синтезе Фишера — Тропша. С одной стороны, ясна сложность взаимосвязанных зависимостей при синтезе, а с другой видно возможное значение продуктов синтеза Фишера — Тропша как сырья для химической промышленности (взамен нефтехимического).