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) |
С3-С4 | 7,4 | ≈ 70 |
30-200 °С | 38,3 | ≈ 50 |
200-320 °С | 22,8 | Не определяли |
> 320 °С | 31,5 | >> |