Синтез Фишера—Тропша

История развития синтезов Фишера — Тропша

Систематические исследования процесса синтол, разработанного Фишером и Тропшем в 1922 г. [1], привели в 1926 г. к открытию прямого синтеза угле­водородов из оксида углерода и водорода на железных катализаторах (синтез Фишера — Тропша, ФТ-синтез)  [2—5].

В последующие годы большое внимание уделялось разработке активных катализаторов для ФТ-синтеза [6—8]. Особый интерес для процесса при атмо­сферном давлении представляют кобальтовые катализаторы на носителе (100 масс. ч. Со, 5 масс. ч. ThO2, 8 масс. ч. MgO и 200 масс. ч. кизельгура), которые были применены Фишером и Пихлером [9] в 1936 г. и для синтеза при среднем давлении (1,2 МПа).

В 1937 г. для ФТ-синтеза при среднем давлении удалось использовать же­лезные катализаторы с добавками [10, 11]. Эти катализаторы в реакторах со стационарным слоем показывали значительно больший срок службы, чем при атмосферном давлении. Выход углеводородов С3 и выше был сопоставим с тем, который получали при атмосферном давлении на кобальтовых катализаторах. Кроме того, железный катализатор можно получать на основе местного сырья.

В последующие годы на различных предприятиях Германии разрабатыва­лись [8] как осажденные железные катализаторы, так и железные спеченные или плавленые контакты.

Технологические проблемы ФТ-синтеза прорабатывались уже с 1927 г. под руководством Релена [6, 7]. В 1934 г. процесс при атмосферном давлении на кобальтовых катализаторах (в виде многоступенчатого синтеза в реакторе со стационарным слоем) начала разрабатывать фирма Ruhrchemie. На основании проведенных при этом опытно-конструкторских работ уже в 1936 г. стало воз­можным построить первые четыре завода ФТ-синтеза с производительностью около 200 тыс. т углеводородов в год и ввести их в эксплуатацию. Цель работы заключалась в получении прежде всего жидких углеводородов (автомобильный бензин). В 1937 г. фирма Ruhrchetmie осуществила промышленный синтез на кобальтовом катализаторе при среднем давлении [12]. Но этим стремительное развитие процесса не ограничилось.

В 1939 г. был разработан синтез при среднем давлении на кобальтовых катализаторах с рециркуляцией синтез-газа [12], но из-за войны он не был реализован в промышленности [7]. Производство ФТ-продуктов в Германии достигло максимального уровня (около 600 тыс. т/год) на начало 1944 г., а к окончанию II мировой войны [13] продукция составляла 10% максимума, достигнутого в 1944 г. В настоящее время действующих промышленных уста­новок по синтезу Фишера — Тропша в ФРГ нет.

В послевоенных работах основное внимание было обращено на разработку новых вариантов, прежде всего на дальнейшее развитие процесса фирмы Ruhrchetmie. В первую очередь следует отметить процесс ARGE (при среднем давле­нии на стационарном железном катализаторе  [7]), разработанный при сотруд- ничестве фирм Ruhrchemie и Lurgi; синтез углеводородов из оксида углерода и водяного пара, разработанный Кёльбелом и Энгельгардтом [14—16], в котором можно было использовать колошниковый газ с высоким содержанием СО; ФТ-синтез в жидкой фазе, осуществленный на демонстрационной установке в 1952 г. [7, 17].

За рубежом начиная с 1935 г. в области ФТ-синтеза работала фирма British Fuel Research Station, изучая процесс при атмосферном давлении на ко­бальтовых катализаторах, а в дальнейшем — при среднем давлении на желез­ных катализаторах в реакторах со стационарным слоем [18].

С 1943 г. в США велась работа над осуществлением ФТ-синтеза в псевдоожиженном слое катализатора [19, 20]. Сооруженная в 1948 г. установка в Техасе производительностью 365 тыс. т углеводородов в год была остановлена в 1953 г. по техническим причинам. Процесс в потоке взвешенного порошкооб­разного катализатора [21, 22], разработанный фирмой Kellogg, осуществлен в промышленности в 1955 г. в Южной Африке [23]. На этой, насколько известно, пока единственной производственной установке применяют комбинированный процесс ФТ-синтеза. На первой ступени синтез-газ перерабатывают в процессе ARGE с рециркуляцией газа в стационарном слое железного катализатора при среднем давлении в ФТ-продукты на 70—75%. Остаточный газ перерабатывают во второй ступени (процесс Kellogg) при среднем давлении на железном плав­леном катализаторе в реакторе с взвешенным потоком (мощность 260 тыс. т/год) .

Из-за подорожания нефти в 1973 г. снова оживился интерес к ФТ-синтезу. По экономическим причинам в настоящее время больший интерес представляет производство не моторных топлив, а промежуточных продуктов для химической промышленности, так как в недалеком будущем получение низкокипящих олефи­нов как основного продукта ФТ-синтеза может оказаться конкурентоспособ­ным по сравнению с производством этих олефинов из нефти (ср. с гл. 11 и сс. [24, 25]). Неизбежно получаемые при ФТ-синтезе более высококипящие углеводороды или кислородсодержащие продукты должны быть пригодны для дальнейшей переработки (олефины C5—С8 для оксосинтеза, олефины С9С14 для получения алкилбензолов, олефины или парафины С15 — С20 для производ­ства поверхностно-активных веществ). Следовательно, основной проблемой в настоящее время является осуществление селективного ФТ-синтеза, который по­зволял бы получить высокие выходы олефинов C2 — C4, а в качестве побочных продуктов — высшие олефины.