Produksjon basert på syntetisk gass syntetiske motorbrensel i henhold til Fischer-Tropsch-metoden. Sammensetningen av reaksjonsproduktene avhengig av gjeldende katalysatorer, temperatur og trykk

Olje er det eneste globale råmaterialet for produksjon av motorbrensel og det viktigste - for kjemisk syntese. Imidlertid endres situasjonen gradvis. Utmattelsen av verdensolje forbeholder seg for å vende seg til andre kilder til hydrokarbonråvarer, hvorav de fleste er kull og naturgass. De ekstraherte gassreservene i energienekvivalenten overstiger olje 1,5 ganger, kullreserver - mer enn 20 ganger. Ifølge ekspertestimater, innen 2015, vil andelen olje i den globale energibalansen være 38%, naturgass - 26%, kull - 25%.

Den første fasen av konverteringen av naturgass og kull til kjemikalier og flytende brensel er deres konvertering til syntese-gass -CHO og H 2. Deretter ser de viktigste retningene for behandling av syntesegass ut som dette:

Syntese av metanol;
. Ammoniakk produksjon;
. okso-syntese og dannelse av aromatiske forbindelser;
. Metanol karbonylering i eddiksyre;
. karboksylering av olefiner;
. Synthesis Fisher-Tropsch (FT).

Det skal bemerkes at innhenting av syntesegass (dampkonvertering eller delvis oksidasjon av metan, kullforgasning) er den dyreste komponenten av all produksjon. Kapitalkostnadene til syntesegasseksjonen i konstruksjonen av anlegget for fremstilling av metanol fra naturgass eller hydrokarboner i henhold til teknologiene til FT fra kull er 60-70%.

Syntesen av Fisher-Tropsch (FT) er et komplekst sett med påfølgende og parallelle transformasjoner som forekommer på overflaten av den heterogene katalysatoren. Strømnettet er reaksjonene av hydropolymerisering av CO med dannelsen av paraffiner og olefiner:

nCO + 2NH2CNH2N + H20, NCO + (2N + 1) H2N\u003e CNH2N + 2 + H20. I nærvær av jernkatalysatorer, signifikante mengder oksygenater - alkoholer, aldehyder, ketoner og Karboksylsyrer dannes også.. Ved forhøyede temperaturer dannes aromatiske forbindelser i nærvær av zeolittkokatalysatorer. Bivirkningene - direkte hydrogenering av CO til metan, disproportionering CO (bella-bouire reaksjon) og en vanngassreaksjon som intensivt strømmer på jernkatalysatorer:

CO + 3H 2 - CH 4 + H 2 O,

2CO - C + CO 2, CO + H20 - CO 2 + H 2.

Maksimalt teoretisk mulig utbytte av hydrokarboner på 1 NM3 Syntese Gassammensetning av CO: H2 \u003d 1: 2 er 208

Under syntesen av FT ser de termodynamiske sannsynlighetene til dannelsen av produkter som dette:

Metan\u003e Alkana\u003e Alkenes\u003e O-holdig;
. lav molekylvekt H-alkaner\u003e Høy molekylvekt N-alkans;
- H-olefiner med høy molekylvekt\u003e Lavmolekylvekt H-olefiner.

I virkeligheten overstiger ikke-avkastningen av metan på gode katalysatorer av FT-syntesen 8%. Molekylær massefordeling dikteres av polymeriseringskinetikk (se nedenfor). Således er FT-syntesen en kinetisk styrt prosess, sammensetningen av de endelige produktene er langt fra likevekt.

FT Synthesis er en svært eksoterm prosess. Den termiske effekten av hydropolymerisasjonen av CO er 165 KJ / mol CO, den termiske effekten av direkte hydrogenering er enda høyere - 215 KJ / mol. Fjernelsen av en stor mengde varme under syntesen er et viktig problem i utformingen av industrielle installasjoner av FT-syntesen. Reaksjonskatalysatorene er metaller i gruppen VIII. Den største katalytiske aktiviteten utviser RU, FE, CO, NI. Ruthenium er aktivt ved 100 ° C, i sin nærhet, ved forhøyet trykk, er paraffiner dannet av meget høy molekylvekt (polymetylen). Imidlertid er dette metallet for sjeldne og veier som skal betraktes som en industriell katalysator. Nikkelkontakter ved atmosfærisk trykk gir hovedsakelig direkte hydrogenering i metan. Ved økt trykk blir den volatile Ni (CO) 4 lett dannet, slik at katalysatoren vaskes ut av reaktoren. På grunn av disse grunnene ble bare jern- og koboltkatalytiske systemer kommersielt anvendt.

Koboltkatalysatorer var de første katalysatorene som ble anvendt i industrien (i Tyskland, og deretter i Frankrike og Japan på 1930-1940-tallet). Typisk for deres arbeid er trykket på 1-50 atm og temperaturen på 180-250 ° C. Under disse forholdene dannes lineære paraffiner. Kobolt har betydelig hydrogenativ aktivitet, så en del av det så uunngåelig blir til metan. Denne reaksjonen akselererer kraftig med en temperaturøkning, slik at koboltkatalysatorer ikke kan anvendes i høy temperatur ft-prosessen. I henhold til de nyeste dataene er den spesifikke aktiviteten til koboltkatalysatorer høyere enn jern.

Jernkatalysatorer fra midten av 1950-tallet brukes på ft syntesefabrikker i Sør-Afrika. Sammenlignet med kobolt, er de mye billigere, de jobber i et bredere temperaturområde (200-360 ° C), og lar deg få et bredere utvalg av produkter: paraffiner, lavere a-olefiner, alkoholer. I syntesen av FT kokes jernkatalyser vanngassreaksjonen, noe som gjør det mulig å effektivt bruke syntesegassen som produseres fra kull, hvor forholdet mellom CO: H 2 er under støkiometrisk 1: 2. Iron katalysatorer har en lavere hydrogenaffinitet sammenlignet med kobolt, så metaning er ikke et stort problem for dem. Imidlertid, i kraft av samme lave hydrogeneringsaktivitet, blir overflaten av jernkontakter raskt ladet, og deres levetid er flere uker. Koboltkontakter, tvert imot, er i stand til å jobbe uten regenereringsår eller mer. En annen ulempe med jernkontakter er deres vanninhiberende. Siden vann er et produkt av syntese, er kinetikken til prosessen for jernkatalysatorer ugunstig, konverteringen av CO for ett pass er lavt. For å oppnå en høy grad av transformasjon, er det nødvendig å organisere resirkuleringsgass.

Og jern, og koboltkatalysatorer er ekstremt følsomme for grå forgiftning. Derfor må syntesegassen pre-rengjort fra svovel, i det minste til nivå 2 mg / m3. Resterende svovel adsorberes av katalysatoroverflaten, slik at FT-synteseproduktene innebærer ikke det nesten. Denne omstendigheten gjør syntetisk dieselbrensel, oppnådd i henhold til FT-teknologi, veldig attraktivt på grunn av moderne, stive miljøkrav for transport.
I syntesen av FT dannes en bred hydrokarbonfraksjon (figur 1).

Fordelingen av produkter er underlagt kinetikken til polymerisasjon, og andelen av individuelle hydrokarboner tilfredsstiller fordelingen av Anderson-Schulz Flor (ASF):
pN \u003d P- (1 - α) 2- α N-1, hvor N er et karbonnummer; α er en distribusjonsparameter som har en fysisk betydning av forholdet mellom konstantene i veksthastigheten og brytet av kjeden eller med andre ord, kjedenes vekst sannsynligheter (figur 2). Verdien av α bestemmes av naturen av katalysatoren, temperaturen og trykkrykket. For hver klasse av produkter som samtidig genereres i samme kontakt (paraffiner, olefiner, alkoholer), kan verdien A være annerledes. Noen ganger observert

Inkluderingen av lavere olefiner i voksende kjede;
. sprengning av høyere paraffiner;
- Tilstedeværelsen på overflaten av to eller flere typer polymerisasjonssentre, som hver sikrer verdien α.
Fordelingen av ASF pålegger en begrensning på selektiviteten i prosessen i forhold til individuelle hydrokarboner og deres smale fraksjoner. Dermed kan utbyttet av bensinfraksjonen C5-C10 ikke overstige 48%, dieselfraksjonen av C11-C18 - 30%. Imidlertid vokser selektivitet med hensyn til faste paraffiner monotonisk med en økning i α og asymptotisk tilnærminger 100% (figur 3). Hvis de oppnådde paraffiner er mykere hydrokracking, kan utgangen av gassoljefraksjonen reduseres til 60% av de reagerte råmaterialene.

Prosessen med å produsere hydrokarboner basert på karbonmonoksyd og hydrogen på jern og koboltkatalysatorer ble utviklet i 1923 av Fisher og Tropsh.

Kjemisk prosess

Fremstillingen av hydrokarbonblandinger av karbon og hydrogenoksyd er et kompleks av komplekse parallelle og påfølgende reaksjoner. Den første fasen av prosessen er felles kjemisorpsjon av karbon og hydrogenoksyd på overflaten av katalysatoren, som et resultat av hvilket det primære overflatekomplekset dannes. Som et resultat av ytterligere trinnvis tilsetning av hydrokarbonfragmenter øker hydrokarbonkjedet. De viktigste retningene for prosessen kan sendes av ordningen:

CO + H 2 → C N H20 +2 + C N H 2 N + H 2 O + Q

CO + H 2 → C N H 2N + 2 + CO 2 + Q

Således, som et resultat av syntesen, dannes en blanding av paraffin- og olefin-hydrokarboner, vann og CO 2.

Syntesen av Fisher-Tropsch strømmer i nærvær av katalysatorer som inneholder metaller VIII i det periodiske systemet - nikkel, kobolt, jern med additiver av oksider av noen andre metaller (thorium, magnesium, zirkonium, titan). Utgangen og sammensetningen av reaksjonsproduktene bestemmes av typen katalysator og betingelsene i prosessen. Reaksjonen er eksoterm. I tillegg til dannelsen av hydrokarboner i fremgangsmåten med syntese i små mengder oppnås organiske oksygenholdige forbindelser, hovedsakelig alkoholer med 1-C6. Industrielle katalysatorer i den moderne Fischer-Tropsch-prosessen består ofte av jern påført til aluminiumoksid, silisiumdioksyd eller kizelgur, og inneholder alkalimetallpromotorer.

CO-katalysatorer anvendes også, naturlige og syntetiske aluminosilikater og zeolitter anvendes som bærere av utfelte koboltkatalysatorer. På kobolt Katalysatorene dannes av blandinger som hovedsakelig består av paraffinhydrokarboner av normal struktur (80%) med en blanding av normale alkener (15%) med antall karbonatomer 1-100 og en liten mengde forgrenede alkaner, alkener og oksygenholdige forbindelser (5%). Fremgangsmåten oppstår ved en temperatur på 170-200 o C og et trykk på 0,1-1,0 MPa. I nærvær jern Katalysatorer Syntese av hydrokarboner fra karbon og hydrogenoksyd utføres i strengere betingelser: temperatur i 200-235 o C-reaktoren, 3-4 MPa-trykk. Som et resultat dannes hydrokarbonblandinger med et stort innhold av olefiner (opptil 50%) og oksygenholdige forbindelser.

En av de uønskede bivirkningene er disproportionering av karbonoksid:

2 → C + CO 2

det som fører til avsetning av karbon på overflaten av katalysatoren og er ofte årsaken til deaktivering av sistnevnte.

Dieselbrensel kan oppnås både under syntesen av fisker-tropsch direkte og som følge av sprekkdannelse av de genererte hydrokarbonene over fra 19 og oligomerisering av alkener med 3-C8. Bensin oppnådd på jernkatalysatorer har de beste motoregenskapene enn bensin produsert på koboltkatalysatorer. Imidlertid, med bruk av koboltkatalysatorer, dannes mange dyre høymolekylære voks, noe som forbedrer de økonomiske indikatorene for prosessen.

Den største ulempen med FT-syntese er dens lave selektivitet. Blandingen av produkter oppnådd ved denne fremgangsmåte inkluderer 25-30% metan, 15-20% hydrokarboner med 2-C4 og bare 24-45% av flytende hydrokarboner. Et av de viktigste problemene i forbedringen av prosessen er å organisere behandling i drivstofffraksjoner eller andre verdifulle produkter dannet lungehydrokarboner. Ulempene ved prosessen bør også inkludere den høye kostnaden for katalysatorer, kompleksiteten i deres regenerering, lav ytelse.

Teknologisk design av prosessen

Næringen har implementert: teknologi i et stasjonært katalysatorlag, i en strøm av en suspendert katalysator i væskefasen med en suspendert katalysator.

Den grunnleggende teknologiske ordningen med høy ytelse Fisher-Tropsch Synthesis på jernkatalysatoren.

1 - Reaktor; 2 - Multicon; 3 - varmeveksler; 4 - kondensator; 5 - samling av paraffin; 6 - Samling av høykokende samler; 7 - Innsamling av lette hydrokarboner; 8 - Innsamling av reaksjonsvann.

Tråder: I - Syntese gass; II - Næringsstoffer; Iii - par; IV - sirkulerende gass; V - Resterende gass; VI - Alkali.

Den opprinnelige syntesegassen blandes i et forhold på 1: 2,5 med sirkulerende gass, kompromittert til 2,5 MPa og gjennom varmeveksleren injiseres i reaktoren i mengden av 500-700 cu. m. per 1 kubikkmeter. Katalysator per time. 40 kubikkmeter er lastet inn i reaktoren. m. Jernkatalysator. Katalysatoren virker kontinuerlig i 9-12 måneder med en gradvis økning i temperaturen fra 220 til 250 o C, som gir en syntesegasskonvertering på 65-73%. Produktiviteten til en reaktor - 250 t. / Dag. Hydrokarboner med 2 og høyere.

I reaktorene av denne type oppnås stort sett mettet hydrokarboner, inkludert faste paraffiner med høy molekylvekt.

Den viktigste teknologiske ordningen av Fisher-Tropsch-syntese i gassfasen i strømmen av en vektet katalysator.

1 - varmeapparat; 2 - Reaktor; 3 - kjøleskap; 4 - Separator kolonne; 5 - kondensator; 6 - Separasjonskolonne; 7 - Kolonne for vasking av bensin; 8 - Kolonne for spyling av gass.

Tråder: I - Syntese gass; II - Inngang av fersk katalysator; III - Katalysator suspensjon; IV - sirkulerende olje; V - vann; VI - Vann og vannoppløselige produkter; VII - tung olje; VIII - bensin; IX - Avgass.

Syntese gass blir introdusert i reaktoren sammen med en katalysator. Syntese utføres ved en temperatur på 310-350 o C og et trykk på 2-3 MPa. Reaksjonsprodukter og katalysator inngår i en separatorkolonne utstyrt med sykloner for katalysatorgrenen. Varmefjerning utføres med to kjøleskap gjennom hvilket oljen sirkulerer. Katalysatorlivet på 42-45 dager.

Et særegent trekk ved prosessen i en strøm av en vektet "forstørret" katalysator er det høye innholdet av olefiner i fraksjonen over C3 (60-85%).

I blandingene oppnådd i reaktorer med et suspendert katalysatorlag, kan en betydelig mengde verdifulle sideprodukter - oksygenholdige forbindelser (alkoholer, karboksylsyrer, aldehyder, ketoner) være inneholdt.

Metanol produksjon

Metanol er et verdifullt stort tonnantprodukt som er mye brukt i ulike bransjer.

Volumet av metanolforbruket i verden øker kontinuerlig. For tiden overstiger verdensproduksjonen 20 millioner tonn / år.

Den tradisjonelle forbrukeren av metanol er produksjonen av formaldehyd (primært dens vandige løsning - formalin), som oppnås ved oksidativ metanolomdannelse. Andelen formaldehyd står for halvparten av metanolen produsert.

Metanol forbrukere er produksjonen av forskjellige monomerer (for eksempel metylmetakrylat og dimetylthalat), metyltretyleter (MTBE), metylhalogenider, metylaminer, ionbytterharpikser, eddiksyre. Metanol brukes også mye som et løsningsmiddel og ekstraksjonsmiddel.

En av de nye applikasjonene på metanol er å bruke den som et motorbrensel i stedet for den knappe og svært dyre bensin.

Metanol legges enten til bensin i en mengde på opptil 5%, eller brukes helt i stedet for bensin. Imidlertid har metanol en lavere kaloriverdi og er veldig giftig, noe som sannsynligvis vil begrense bruken av sin bruk.

Metanol er en giftig fargeløs væske med en søt lukt.

Metanol ble blant andre oksygenholdige forbindelser først oppnådd fra karbon og hydrogenoksyd i 1913. For dette formål ble det anvendt jernkatalysatorer, som imidlertid raskt dekket med karbon og deaktivert. Bruken av sinkkromkatalysatorer gjorde det mulig å eliminere denne ulempen. Det ble funnet at sinkoksid ikke er følsom for grå, hvorfor de vanligvis finnes i syntesegassen og forgiftet metallkatalysatorer.

Reaksjonen av dannelsen av metanol leveres med varmefrigivelse og reduksjon i volum, derfor favoriserer det lave temperaturer og høyt trykk. I syntesen av metanol fortsetter følgende reaksjoner:

CO + 2H2 → CH3OH -ΔH 25 \u003d 110,8 KJ / mol (1)

CO + H20 → CO 2 + H2 -ΔH 25 \u003d 41 KJ / mol (2)

CO 2 + 3H2 → CH3OH + H20 -ΔH 25 \u003d 60,4 KJ / mol (3)

Med økende temperatur reduseres graden av transformasjon betydelig.

Betingelsene for reaksjonen bestemmes av katalysatoren. Hvis katalysatoren har en så høy aktivitet som ved lave temperaturer oppnås en høy grad av omdannelse av CO, da kan syntesen av metanol utføres allerede ved et trykk på 5 MPa. Ellers er det ved å påføre en mindre aktiv katalysator som opererer ved høyere temperatur, et trykk på ~ 30 MPa er nødvendig. Katalysatorer som vanligvis brukes i industrien, utviser bare aktivitet ved høye temperaturer (360-380 o c), dvs. I forhold for termodynamisk ugunstig. I industrien var sink-kromkatalysatorer mest vanlige, og de siste årene - kobberholdige katalysatorer, ganske aktiv ved en temperatur på 220-270 o C.

Ved styring av selektiviteten av metanolsyntese er det nødvendig å ta hensyn til at strømmen av denne reaksjonen er mye mindre termisk gunstig enn strømmen av slike bivirkninger, slik som dannelsen av hydrokarboner, høyere alkoholer, dimetyleter. Disse reaksjonene kan undertrykkes ved å variere sammensetningen av katalysatoren.

Avhengig av katalysatorene som anvendes (og følgelig varierer synteseforholdene) to muligheter for å konvertere syntesegass til metanol: syntese ved høyt og lavt trykk.

Ved høyt trykk Påfør sinkoksidkatalysatorer, karakterisert ved lav følsomhet for svovel, fremmet kromoksider (en intercrystallinsk promotor - plassert utenfor ZnO-krystallgitteret) eller jern, kalsium, magnesiumoksyder (intrakrystallinske promotorer er plassert inne i ZnO-krystallgitteret).

Høytrykksreaktorer er løsne kolonne-typeanordninger, en hylle-type-reaktorer med mellomliggende inntak av kaldgass og en fjernkontroll eller innebygd varmeveksler brukes til en effektiv kjøleribbe. Det vanlige antallet hyller 5-6, en integrert elektronvarmer eller en spesiell rørformet ovn brukes til å starte enheten.

De mest effektive katalytiske systemene som opererer ved lavt trykk, er kobberholdige oksydkatalysatorer. Imidlertid er kobberholdige katalysatorer karakterisert ved høy følsomhet overfor urenhetene i svovelforbindelser, nesten alltid inneholdt i syntesegass. Hvis undersyntese på sink-kromkatalysatorer, er innholdet av hydrogensulfid i syntesegassen tillatt over 100 ppm, deretter for kobberkatalysatorer, kan denne indikatoren ikke overstige 1 ppm.

Ved lavt trykk Halfreaktorer anvendes, ligner de som anvendes ved høyt trykk, eller rørformede typer-reaktorer hvor katalysatoren er lastet inn i røret, og reaksjonsvarmen er utladet med kokende vann som sirkulerer i reaktorens sammenlås og assosiert med a Steam Collector, siden vanndampen genereres ved fjerning av varme. Ved bruk av en rørformet reaktor er det ikke nødvendig med en oppstartsvarmer, reaktoren i startperioden oppvarmes av vanndamp fra nettverket, som er fordelen av reaktoren til denne typen. Samtidig er fordelen av en hylleaktor enkelheten i designet og den enkle lastet og lossing av katalysatoren.

Naturgass er skilt fra tunge hydrokarboner og kompromiss i en turbolader 1 til 2,5 MPa, hvoretter de sendes for å rengjøre og deretter i metankonverteringsenheten 3 . Det er en vanndamp. En liten mengde CO 2 blir tilsatt til metan. Metan konvertering utføres ved en temperatur på 850-860 ° C. Etter konverteringsovnen går syntesegassen i kjøleren 4 , Hvor høytrykksparene (12 MPa) genereres, som deretter overopphetes og går inn i turbinen - kompressorens trykkbånd 1 og 11. Hvis konverteringen blir utsatt for tunge flytende råmaterialer, er rengjøringsenheten plassert etter konvertering og Behov for kompressor 1 forsvinner. I sistnevnte tilfelle utføres konverteringen ved et trykk på 5,8 MPa, og syntesegassen etter rengjøring trenger ikke ytterligere kompresjon og går inn i sirkulasjonskompressoren 11.

Syntese gass oppnådd fra naturgass er rettet mot øde for å kondensere vann. Deretter høstes syntesegassen i en turbolader 12 til 5-5,5 MPa, blandet med sirkulerende gass og gjennom varmeveksler 6 , Oppvarmet med varm reaksjonsgass går inn i to parallelle arbeidsreaktor av metanol 7-syntese.

Teknologisk ordning med lavtrykksmetanolsyntese:

1,11,12- kompressorer; 2 - Rengjøringsenhet; 3-blokk av metan konvertering; 4 - Recycler kjele; 5 er en rengjøringsenhet og en syntese av syntesegass; 6- varmeveksler; 7 - Metanolsynteseaktorer; 8 par; 9 - kjøleskap; 10. - Gass seter i. d.

Rubular type reaktorer avkjøles med vann som sirkulerer i låsesystemet. Par som går i en damper 8 , Hvor kjemisk renset vann serveres. Kondensatet fra damperen kommer inn i reaktorene 7, og høyt trykkvannsdamp sendes til overoppheting og brukes i turbiner. Reaksjonsprodukter sendes gjennom varmeveksler 6 , hvor de gir sin varmesyntesegass, inn i kondensorkjøleskapet 9 og i gassparatoren 10 for separering av metanol fra sirkulasjonsgassen. Sistnevnte kommer inn i resepsjonen i sirkulasjonskompressoren 11 og sendes igjen til syntesesystemet. En del av gassen er fusjonert for å fjerne inerte urenheter som er innkommende inert (hovedsakelig metan og nitrogen). Metanol rå fra gassparatoren 10 sendes til utbedningen.

Etter å ha funnet en feil på siden, marker det og trykker på Ctrl + Enter

Artikkelen er viet til bruk av syntesegass som en alternativ olje av råvarer for produksjon av kunstig væskebrensel, hydrokarboner (Fischer-Tropsch-syntese) og aldehyder (hydraulisering eller okson-syntese). Mekanismene til reaksjonene som er under vurdering diskuteres.

Introduksjon

Historien kjenner mange eksempler når, på grunn av det presserende behovet, ble nye originale tilnærminger født for å løse langsiktige viktige problemer. Således, i førkrig i Tyskland, blottet for tilgang til oljekilder, ble det knust hard mangel på drivstoff som kreves for funksjonen av kraftig militært utstyr. Å ha betydelige reserver av fossilt kull, ble Tyskland tvunget til å se etter måter å forvandle det til flytende drivstoff. Dette problemet ble vellykket løst ved innsatsen til gode kjemikere, hvorfra Franz Fisher, direktør for Caisor Institute of Wilhelm, bør først nevnes.

I 1926 ble arbeidet til F. Fisher og Tropschs by "på direkte syntese av oljehydrokarboner under det vanlige presset" offentliggjort, hvori den ble rapportert at når hydrogen reduseres ved hydrogen av karbonmonoksyd ved atmosfærisk trykk i nærværet Av forskjellige katalysatorer (jern-sinkoksid eller kobolt-oksydkrom) ved 270 ° C oppnås flytende og til og med faste metanhomologer.

Dette viste seg som den berømte hydrokarbonsyntesen av hydrokarboner fra karbonmonoksyd og hydrogen, kalt syntesen av Fishera-Tropsch. En blanding av CO og H2 i forskjellige forhold, kalt syntesegass, kan lett oppnås fra både kull og fra andre karbonholdige råmaterialer.

Det skal bemerkes at ved utviklingen av syntesen av Fischer-Tropsh, var det en annen metode for å produsere flytende brensel - ikke fra syntesegass, men direkte fra kull direkte hydrogenering. I dette området ble den tyske kjemikeren F. Bergiius også oppnådd i dette området, som i 1911 mottok bensin fra kull. For eksempel, for skyldens skyld understreke at syntesen av fisker-tropsch ikke oppstod på et tomt sted - da var det vitenskapelige forutsetninger som var basert på prestasjoner av organisk kjemi og heterogen katalyse. Tilbake i 1902 ble P. Sabati og J. Sandaras først oppnådd metan fra CO og H 2. I 1908 oppdaget E. Orlov at når karbonmonoksid passerer gjennom en katalysator som består av nikkel og palladium, dannes etylen.

Industrielt utstyr av kunstig flytende drivstoff nådde den største løftet i andre verdenskrig. Det er nok å si at syntetisk drivstoff nesten fullstendig dekket Tysklands behov i luftfart bensin. Etter 1945, på grunn av den raske utviklingen av oljeproduksjonen og fallet i oljeprisene, ble behovet for syntesen av flytende brensel fra CO og H 2 forsvunnet. Poppet petrokjemisk boom. Imidlertid i 1973 brøt oljekrisen ut - OPEC oljeproduserende land (organisering av oljeeksportland - organisering av petroleumseksportland) kraftig økte priser på råolje, og verdenssamfunnet ble tvunget til å realisere den virkelige trusselen mot utmattelse i forutsigbar timing av billige og rimelige oljeressurser. Energistrømmet på 70-tallet gjenopplivet interessen til forskere og industrialister å bruke alternativ olje av råvarer, og her er det første stedet utvilsomt tilhørende hjørnet. Verdens kullreserver er store, de i ulike estimater er mer enn 50 ganger overlegen olje ressurser, og de kan være nok i hundrevis av år. Det er ingen tvil om at i overskuelig fremtid, vil bruken av syntesegass spille en nøkkelrolle, ikke bare og ikke så mye for produksjonen av "kull" brensel (det er vanskelig å konkurrere her med oljefeltet), men først og fremst for hensikten med organisk syntese. For tiden oppnås bensin, gassolje og paraffiner i industriell skala i henhold til metoden for Fisher-Tropsha i Sør-Afrika. På anleggets installasjoner produserer Sasol "ca 5 millioner tonn per år med flytende hydrokarboner.

Refleksjon av intensivering av forskning på CO og H 2-baserte syntese er en kraftig økning i publikasjoner om kjemi av enkeltkarbonmolekyler (den såkalte 1-kjemiske). Siden 1984 begynte det internasjonale magasinet "C1-molekylkjemi" publisert. Dermed er vi vitne til den kommende renessansen i karbonhistorien. Tenk på noen måter å konvertere syntesegass på, noe som resulterer i fremstilling av både hydrokarboner og noen verdifulle oksygenholdige forbindelser. Den viktigste rollen i transformasjonene av CO tilhører heterogen og homogen katalyse.

Oppnås syntetisk gass

Den første metoden for å oppnå syntesegass var forgasning av kull, som ble utført i 30-tallet i XIX-tallet i England for å oppnå brennbare gasser: hydrogen, metan, karbonmonoksyd. Denne prosessen ble mye brukt i mange land til midten av 50-tallet i det 20. århundre, og ble deretter oUtted av metoder basert på bruk av naturgass og olje. På grunn av reduksjon av oljeressurser begynte verdien av forgasningsprosessen å øke igjen.

For tiden er det tre hovedindustrielle metoder for å oppnå syntesegass.

1. Kullforgasning. Prosessen er basert på kullinteraksjon med vanndamp:

C + H 2 O \u003d H 2 + CO.

Denne reaksjonen er endotermisk, likevektskift til høyre ved temperaturer på 900-1000 ° C. Teknologiske prosesser har blitt utviklet som bruker en paroksulær sprengning, hvor, sammen med reaksjonen nevnt, en eksotermisk kullforbrenningsreaksjonstrømmer, noe som gir den nødvendige termiske balansen:

C + 1 / 2O 2 \u003d CO.

2. Metan konvertering. Reaksjonen av samspillet mellom metan med vanndamp utføres i nærvær av nikkelkatalysatorer (Ni-Al203) ved forhøyede temperaturer (800-900 ° C) og trykk:

CH 4 + H20 \u003d CO + 3H 2.

I stedet for metan kan ethvert hydrokarbon-råstoff brukes som råvarer.

3. Delvis oksidasjon av hydrokarboner. Prosessen består i ufullstendig termisk oksydasjon av hydrokarboner ved temperaturer over 1300 ° C:

C N H 2N + 2 + 1 / 2NO 2 \u003d NCO + (N + 1) H 2.

Metoden gjelder for ethvert hydrokarbonråmateriale, men oftest i industrien bruker en høykokende brøkdel av olje - drivstoffolje.

CO: H 2-forholdet avhenger vesentlig av metoden for å oppnå syntesegass. Når kullforgasning og delvis oksidasjon er dette forholdet nær 1: 1, mens metanomdannelsen, forholdet mellom CO: H 2 er 1: 3. De underjordiske forgasningsprosjektene utvikles for tiden, det vil si kullforgasning direkte i reservoaret. Interessant, denne ideen ble uttrykt av D.I. Mendelev for mer enn 100 år siden. I fremtiden vil syntesegass bli oppnådd ved forgasning, ikke bare kull, men også andre karbonkilder opp til urbane og landbruksavfall.

Kullmonoksyd, metallkarbonyler og 18 elektroner regel

Tallrike synteter på grunnlag av karbonmonoksyd og hydrogen er enorme både praktisk og teoretisk interesse, da de tillater de mest verdifulle organiske forbindelser fra to enkleste stoffer. Og her spiller den definerende rollen katalyse ved overgangsmetaller, som er i stand til å aktivere inerte CO og H 2 molekyler. Aktivering av molekyler er oversatt til en mer reaktiv tilstand. Det bør spesielt bemerkes at i transformasjonene av syntesegass, ble en ny type katalyse utbredt utviklet - katalysekomplekser av overgangsmetaller eller metall-kompleks katalyse (se artikkelen o.n. Temkin).

Er det et inert molekyl-co? Ideene om inertiteten av karbonmonoksid er betinget. Tilbake i 1890 mottok Mordet fra metallnikkel og karbonmonoksid den første karbonylforbindelsen av metallet, flaggermus med et kokepunkt på 43 ° C - Ni (CO) 4. Historien om denne oppdagelsen er interessant, som kan tilskrives tilfeldig. Mond, undersøker årsakene til den raske korrosjon av nikkelreaktorer i produksjonen av brus fra NaCl, ammoniakk og CO 2, funnet at årsaken til korrosjon er tilstedeværelsen av karbonmonoksyd i CO2, som reagerte med nikkel for å danne Ni tetrakarbonyl. Denne oppdagelsen tillot Monda å videreutvikle metoder for rengjøring av nikkelet gjennom kvitteringen av flygende karbonylnikkel og dens påfølgende termisk dekomponering igjen til nikkel og co. Etter 25 år ble jernkarbonyl - Fe (CO) 5 også åpnet ved et uhell. Når BASF åpnet en langvarig glemt stålsylinder med CO, på bunnen ble det oppdaget gul væske-pentarbonyljern, som gradvis ble dannet som et resultat av reaksjonen av metallisk jern med CO under høyt trykk. Siden metallkarbonyler er svært giftige forbindelser, var det i begynnelsen av holdningen mot dem veldig kule, men i fremtiden ble de fantastiske egenskapene åpnet, inkludert katalytisk, som bestemte deres utbredt bruk, spesielt i karbonmonoksydkjemikalier. Legg merke til at mange metaller i fin tilstand direkte kan inngå en reaksjon med karbonmonoksid, men på denne måten oppnås bare nikkel- og jernkarbonyler. Karbonyler av andre metaller oppnås ved å gjenopprette deres forbindelser i nærvær av CO ved høye trykk.

Sammensetningen av karbonyl- og overgangsmetallkomplekser kan forutsies på grunnlag av reglene på 18 elektroner, ifølge hvilken komplekset vil være stabilt hvis summen av valenselektronene i metall og elektroner levert av liganden, i vårt tilfelle, vil være lik 18, siden den elektroniske konfigurasjonen tilsvarer en stabil konfigurasjon av Noble Atoms-gass (Crypton).

Karbonmonoksydmolekyl har et lot-par av elektroner, mens paret av elektroner på karbon kan tilveiebringes for dannelsen av en forbindelse med et metall i henhold til donoracceptor-typen. Som et eksempel, bør du vurdere strukturen til karbonylene i jern og nikkel Fe (CO) 5 og NI (CO) 4. Strykejern og nikkelatomer har henholdsvis 8 og 10 valenselektroner, og å fylle elektronskallet før konfigurasjonen av kryptens edle gassatom mangler 10 og 8 elektroner, og derfor i dannelsen av karbonyler, bør atom av jern skal Gi elektroniske par på fem co molekyler, og atom av nikkel - fire.

Overgangsmetaller som har et merkelig antall valenselektroner danner oppdretterkarbonylkomplekser. Så, for kobolt, som har ni valenselektroner, mangler ni elektroner til en jevn elektronisk konfigurasjon. Enkeltkjerne komplekser på grunn av vedtaket av fire par fra CO-molekyler vil være upasket elektroner, og slike radikale partikler interagerer med hverandre med dannelsen av metallmetallforbindelsen, og det resulterende dimerkompleks CO 2 (CO) 8 er dannet .

Samspillet eller koordinasjonen av karbonmonoksid med metall fører til omfordeling av elektronetthet ikke bare på CO, men også på metall, noe som signifikant påvirker reaksjonskapasiteten til karbonylkomplekset. Den vanligste såkalte lineære typen koordinering fra:

Samtidig oppstår ikke bare S-interaksjon på grunn av et fritt par karbonelektroner, men også P-interaksjon på grunn av overføring av elektroner fra metallet D-orbital til energien tilgjengelig ledige stillinger av karbonorbital:

Ideer om sentrale reaksjoner i katalyse

Vi noterer oss flere viktige nøkkelreaksjoner i metallkatalyse. Dette er først og fremst reaksjonen av oksidativt vedlegg og gjenopprettende eliminering. Oksidativ tilsetning er reaksjonen av festet av nøytrale molekyler A-B, for eksempel H2 eller halogen, til metallsenteret av komplekset. Samtidig oksyberes metallet, som er ledsaget av en økning i koordineringsnummeret:

hvor L er liganden. En slik tiltredelse er ledsaget av splitting av kommunikasjon A-B.

Reaksjonen av det oksidative tilsetning av hydrogenmolekyl er svært viktig, som følge av hvilken aktivering oppstår. Åpen Vasco og DyLuuto-reaksjonen av det oksidative tilsetning av hydrogen til det flatkretskomplekset av monovalent iridium var allment kjent. Som et resultat øker graden av oksidasjon av Iridia fra I til III:

Reaksjonen, omvendt oksidativ tilsetning, kalles reduserende eliminering, mens graden av oksidasjon og koordineringsnummeret av metall reduseres i to.

Vi noterer også reaksjonen av migrasjonsimplementering, som skal innføre umettede forbindelser for metall-karbon- og metallhydrogenforbindelsen. Reaksjonen av implementeringen av CO er nøkkelen til mange prosesser som involverer syntesegass:

Innføringen av olefin er den viktigste reaksjonen blant de katalytiske transformasjonene av olefiner: hydrogenering, hydraulering, etc.

Synthesis Fisher-Tropsch

Fisher-Tropsch Synthesis kan betraktes som en reaksjon av den reduktive oligomerisering av karbonmonoksid, hvor karbon-karbonbindinger dannes, og generelt er det en kompleks kombinasjon av en rekke heterogene reaksjoner, som kan sendes av totale ligninger :

nCO + 2NH 2 \u003d (CH2) N + NH 2 O,
2NCO + NH 2 \u003d (CH2) N + NCO 2.

Reaksjonsprodukter er alkaner, alkener og oksygenholdige forbindelser, det vil si at en kompleks blanding av produkter som er karakterisert ved polymerisasjonsreaksjonen dannet. De primære produktene av Fisher-Tropsch-syntese er A- og B-olefiner, som omdannes til alkaner som følge av etterfølgende hydrogenering. Naturen til katalysatoren som brukes, temperaturen, er CO og H 2-forholdet betydelig påvirket av distribusjon av produkter. Ved bruk av jernkatalysatorer er andelen av olefiner stor, mens i tilfelle av koboltkatalysatorer med hydrogeneringsaktivitet er mettede hydrokarboner for det meste dannet.

For tiden, som katalysatorer for syntesen av Fischer-Tropsch, avhengig av oppgavene som er angitt (økning av utgangen av bensinfraksjonen, anvendes en økning i utbyttet av nedre olefiner etc.) som høyt dispergerte jernkatalysatorer, påført på aluminium, Silisium og magnesiumoksider, og bimetalliske katalysatorer: jernmagnan, jernmolybden, etc.

I 70 år fra åpningsdatoen, abonnerer syntesen ikke på reaksjonsmekanismen. For tiden vurderes tre forskjellige mekanismer. Den første mekanismen, kalt karbidet, først foreslått av Fisher og Tropshch, og videre funnet støtte fra andre forskere, antar dannelsen av C-C-koblinger som et resultat av oligomerisering av metylenfragmenter på overflaten av katalysatoren. I første fase dannes adsorpsjon av CO og overflatekarbid, og oksygen blir til vann eller fra 2:

I andre trinn hydrogeneres overflatekarbid for å danne fragmenter av CH x (x \u003d 1-3):

Forlengelsen av kjeden oppstår som et resultat av reaksjonen av overflate metyl og metylen og videre ved å innføre metylengrupper i kjedenes vekst:

Scenen av kjeden av kjeden oppstår som et resultat av desorpsjonen av alkener fra overflaten av katalysatoren:

Den andre mekanismen som kalles hydroksykarbenov, innebærer også hydrogenering av koordinert medmetall med dannelsen avr, som følge av kondensering av hvilken og dannelsen av C-C-koblinger:

Den tredje mekanismen som kan kalles implementeringsmekanismen innebærer dannelsen av C-C-koblinger som et resultat av innføringen av metallkarbonforbindelse (om evnen til å introdusere metall-alkyls evne til å bli nevnt ovenfor):

Et ganske rikt eksperimentelt materiale har blitt akkumulert, som indikerer til fordel for en variant av mekanismen, men det er nødvendig å si at det til dags dato er umulig å gjøre et entydig valg mellom dem. Det kan antas at på grunn av den store betydningen av syntesen av Fisher-Tropsh, vil studien i denne retningen fortsette å fortsette, og vi vil vitne til nye syn på mekanismene for å forekomme reaksjoner.

Hydraulering av olefiner

Et av de viktigste eksemplene på industrielle prosesser som involverer syntesegass er hydroformaliseringsreaksjonen (okson-syntese). I 1938 åpnet Rellen, som utforsket mekanismen for Fisher-Tropsch-syntese, denne fantastiske reaksjonen, hvorav verdien er vanskelig å overvurdere. I denne prosessen samhandler alkener i nærvær av katalysatorer, hovedsakelig kobolt eller rhodium ved trykk over 100 atm og temperaturer 140-180 ° C med syntesegass og blir til aldehyder - de viktigste halvprodukter i produksjon av alkoholer, karboksylsyre Syrer, aminer, flerverdige alkoholer og Dr. Som et resultat av hydroformaliseringsreaksjonen oppnås aldehyder med en rett og forgrenet kjede som inneholder et karbonatom mer enn i kildemolekylet:

Normale aldehyder er de mest verdifulle, mens aldehyder av utbruddet kan ses som uønskede biprodukter. Den globale produksjonen av aldehyder på hydroformaliseringsprosessen når 7 millioner tonn per år, mens omtrent halvparten faller på H-oljealdehydet, hvorfra n-butylalkohol oppnås. Aldol Kondensering med etterfølgende hydrogenering oppnås ved 2-etylheksanol, som brukes til å fremstille polyvinylkloridmyknere.

Koboltkarbonyler er mest brukt som hydroformale katalysatorer, beskriver nylig bruken av rhodiumkatalysatorer som gjør at prosessen kan utføres i soutiate betingelser.

Hydroformaliseringsmekanismen er basert på en kombinasjon av de grunnleggende prosessene som er beskrevet ovenfor: Koordinering og innføring av olefiner og koordinering, oksidativt vedlegg og redusert eliminering. Som et eksempel, bør du vurdere mekanismen for hydroforming etylen ved bruk av katalysatoren - oktarbyldicobalt CO 2 (CO) 8. Det er vist at hydroformaliseringen i seg selv katalyseres av den oppløselige hydrokarbonylkobaltet av NSO (CO) 4, inn i hvilken under virkningen av hydrogen blir fra 2 (CO) 8:

CO 2 (CO) 8 + H 2 \u003d 2hCO (CO) 4

Som et resultat av dissosiasjonen av NSO (CO) 4 \u003d HCO (CO) 3 + CO, er det koordinert umettede mellomprodukt NSO (CO) 3 dannet, på hvilken etylen koordineres. Deretter dannes innføringen av etylen på grunn av CO-H og et etylcobalt-kompleks, deretter koordinering og innføring av CO-C-kommunikasjon med dannelsen av et acylcobalt-kompleks. Den oksydative sammenføyningen av hydrogen til kobolt og den etterfølgende reduksjon av eliminering fører til aldehyd, er katalysatoren regenerert, og prosessen fortsetter. Hydroformaliseringsmekanismen kan visuelt forestilles som en katalytisk syklus:

Utsikter syntesen av oksygenholdige forbindelser

I 20-årene har prosessen med å skaffe seg fra syntese gassmetanol - det viktigste produktet av den kjemiske industrien mestret i 20-årene. Samtidig er direkte syntese av andre oksygenholdige forbindelser fra syntesegass også veldig attraktivt. Bruken av syntesegass er beskrevet for å oppnå alkoholer av sammensetning C1-C4 (nedre alkoholer), hvorav lavere olefiner deretter dehydreres. På 70-tallet, katalysatorer av kompleks sammensetning, bestående av oksider av kobber, kobolt, krom, vanadium, mangan og alkalimetallsalter, som gjorde det mulig å oppnå fra syntesegassalkoholen i den normale struktur av sammensetningen C 1-C4 Ved en temperatur på 250 ° C og trykk på bare 6 ATM:

Litteraturen beskriver dannelsen av syntesegassen av de mest forskjellige oksygenholdige forbindelser, for eksempel: acetaldehyd, eddiksyre, etylenglykol, etc.

Alle disse reaksjonene er representert ganske ekte. Dessverre kan disse metodene for tiden ikke konkurrere med allerede mestre industrielle prosesser, siden fortsetter i svært tøffe miljøer og med liten selektivitet. Det er håpet at søket etter nye effektive metoder for industriell bruk av syntesegass vil fortsette å fortsette, og det er ingen tvil om at dette området har en fin fremtid.

LITTERATUR

1. Katalyse i C 1 -himia / Ed. L. Kima. L.: Kjemi, 1987. 296 s.

2. Karakhanov E.A. Hva er Petrochemistry // Soros pedagogisk magasin. 1996. No. 2. C. 65-73.

3. Kharitonov Yu.ya. Komplekse forbindelser // ibid. # 1. C. 48-56.

4. Temkin On. Katalytisk kjemi // ibid. c. 57-65.

Essay.

Fisher-Tropsch-prosessen

Introduksjon

hydrokarbon teknologisk katalysator

Historien kjenner mange eksempler når, på grunn av det presserende behovet, ble nye originale tilnærminger født for å løse langsiktige viktige problemer. Således, i førkrig i Tyskland, blottet for tilgang til oljekilder, ble det knust hard mangel på drivstoff som kreves for funksjonen av kraftig militært utstyr. Å ha betydelige reserver av fossilt kull, ble Tyskland tvunget til å se etter måter å forvandle det til flytende drivstoff. Dette problemet ble vellykket løst ved innsatsen til gode kjemikere, hvorav først og fremst nevnes av Franz Fisher, direktør for Caiser Wilhelm Institute for studiet av kull.

I 1926 ble arbeidet i Franz Fisher og Hans Tropsch "på direkte syntese av petroleums hydrokarboner under vanlig press" publisert. Det ble rapportert at når hydrogen gjenopprettes ved hydrogen, karbonmonoksyd ved atmosfærisk trykk i nærvær av forskjellige katalysatorer (sinkjern eller kromkobaltoksid) ved 270 º C er flytende og til og med faste metanhomologer.

Dermed virket den berømte syntesen av hydrokarboner fra karbonmonoksyd og hydrogen, kalt Fischer-Tropsch Synthesis (FT). CO og H-blanding 2 I ulike forhold kan kalt syntesegass, oppnås fra både kull og fra andre karbonholdige råmaterialer. Etter oppfinnelsen av prosessen har de tyske forskerne gjort mange forbedringer og rettelser, og navnet "Fisher-Tropsh" er nå brukt på et stort antall lignende prosesser.

For rettferdighets skyld skal det bemerkes at syntesen av Fishera-Tropsch stammer fra skrape - da var det vitenskapelige forutsetninger som var basert på prestasjonene av organisk kjemi og heterogen katalyse. Tilbake i 1902 ble P. Sabati og J. Sandaras først oppnådd metan fra CO og H 2. I 1908 oppdaget E. Orlov at når karbonmonoksid passerer gjennom en katalysator som består av nikkel og palladium, dannes etylen.

Den første industrielle reaktoren ble lansert i Tyskland i 1935, ble en CO-TH deponert katalysator brukt. På 1930-40-tallet, basert på Fischer-Tropsch-teknologien, ble produksjonen av syntetisk bensin (Cozhin-I eller Sintitin) etablert med et oktannummer på 40 ÷ 55, syntetisk dieselfraksjon av høy kvalitet (Cozhin-II) med et cetane nummer 75 ÷ 100. og solid paraffin. Råmaterialet for prosessen fungerte som kull hvorfra forgasningen ble oppnådd ved syntesegass, og fra IT-hydrokarboner. Industrielt utstyr av kunstig flytende drivstoff nådde den største løftet i andre verdenskrig. I 1945 var det 15 Fisher-Tropsch Synthesis fabrikker (i Tyskland, USA, Kina og Japan) med en total kapasitet på ca 1 million tonn hydrokarboner per år. De produserte hovedsakelig syntetiske motorbrensler og smøreoljer. I Tyskland dekket syntetisk drivstoff nesten fullstendig behovene til den tyske hæren i luftfart bensin. Årlig produksjon av syntetisk drivstoff i dette landet har nådd mer enn 124.000 fat per dag, dvs. Ca 6,5 \u200b\u200bmillioner tonn i 1944.

Etter 1945, på grunn av den raske utviklingen av oljeproduksjon og fall i oljeprisene, behovet for syntesen av flytende brensler fra CO og N 2. Poppet petrokjemisk boom. Imidlertid i 1973 brøt oljekrisen ut - OPEC oljeproduserende land (organisering av petroleumseksportland, organisering av oljeeksportland) kraftig økte priser på råolje, og verdenssamfunnet ble tvunget til å realisere den virkelige trusselen mot utmattelse i overskuelig Timing av billige og rimelige oljeressurser. Energistrømmet på 70-tallet gjenopplivet interessen til forskere og industrialister å bruke alternativ olje av råvarer, og her er det første stedet utvilsomt tilhørende hjørnet. Verdens kullreserver er store, de i ulike estimater er mer enn 50 ganger overlegen olje ressurser, og de kan være nok i hundrevis av år.

I tillegg er det et betydelig antall kilder til hydrokarbongasser i verden (både direkte forekomster av naturgass og forbigående oljegass), som av en eller annen eller annen ikke brukes av økonomiske årsaker (betydelig fjernhet fra forbrukerne og som en Resultat, høytransportkostnader i en gassformig stat). Imidlertid er verdens hydrokarbonreserver tørket, energibehov vokser, og i disse forholdene er den sløsing av hydrokarboner uakseptabelt, som det fremgår av den stabile veksten i verdensoljeprisene siden begynnelsen av det 21. århundre.

Under disse forholdene kjøper Fisher-Tropsch Synthesis igjen relevans.

1. Kjemisk prosess

.1 Grunnleggende hydrokarbonformasjonsreaksjoner

De totale reaksjonene av syntesen av hydrokarboner fra karbon- og hydrogenoksider, avhengig av katalysator- og prosessbetingelsene, kan representeres av forskjellige ligninger, men de er alle redusert til to hoved. Den første store reaksjonen - den faktiske syntesen av Fisher-Tropsch:

Den andre hovedreaksjonen er en vanngass-likevekt. Denne prosessen tar særlig effekt på jernkatalysatorer som sekundær:

Med tanke på denne sekundære reaksjonen for Ft Synthesis på jernkatalysatorer, oppnås en total ligning:

Reaksjoner (1) og (3) med støkiometrisk, uttømmende transformasjon gjør det mulig å oppnå maksimalt utbytte på 208,5 g hydrokarboner per 1 m 3 Blandinger co + n 2 Når du bare danner olefiner.

Reaksjonen (2) kan undertrykkes ved lave temperaturer, lav kontakttid, sirkulasjon av syntesegass og fjerning av vann fra sirkulerende gass, slik at syntesen kan strømme delvis ved ligning (1) for å danne vann og delvis ved ligning (3) med dannelsen av CO2 .

Fra ligning (1) med en dobbelt transformasjon ved ligning (2), oppnås den totale ligningen av hydrokarbonsyntese fra CO og N 2O Ifølge Kölbelu Engelhardta:

Stoichiometrisk utbytte er 208,5 g [-Ch 2-] for 1 m 3 Blandinger av CO + H2 .

Hydrokarbonformasjon fra.. 2 og N. 2 på grunn av ligning (1) og reaksjon, revers (2):

Stoichiometrisk utbytte 156,25 g. [-Ch 2-] for 1 m 3 Blandinger CO2. + N. 2.

I den generelle formen av ligningen ser du ut som dette:

For syntesen av paraffiner

For syntese av olefiner

(10)

(11)

(12)

(13)

1.2 Sided reaksjoner

Metan er dannet i nærvær av kobolt og nikkelkatalysatorer:

(14)

4 på 1 M. 3 Blandinger av CO + N 2. Vannet dannet i dette tilfellet omdannes deretter (spesielt på jernkatalysatorer) i nærvær av CO til blandingen 2 + N. 2Derfor er den totale metandannelsesreaksjonen forskjellig:

(15)

Stoichiometrisk utbytte 178,6 g 4 på 1 M. 3 Blandinger av CO + N 2. Ved temperaturer over 300 ° C dannes også metan under hydrogenering med 2 I henhold til den totale ligningen:

(16)

Stoichiometrisk utbytte 142,9 g 4 på 1 M. 3 Blandinger co. 2 + H. 2. Synteseprosessen er komplisert av dannelsen av karbon på reaksjonen av Bouire:

(17)

FT Synthesis kan rettes mot den preemptive dannelsen av alkoholer eller aldehyder, som i syntesen av hydrokarboner dannes som biprodukter. De viktigste ligningene i tilfelle av alkoholer er følgende

(18)

(19)

(20)

og aldehyder dannes som dette:

(21)

(22)

Ligninger for andre produkter dannet i små mengder (ketoner, karboksylsyrer, etere) utelates.

.3 Reaksjonsmekanisme

Hydrogenering av karbonoksyd i FT-prosessen er et kompleks av komplekse, parallelle og påfølgende reaksjoner. Den første fasen er samtidig hemosorpsjon av karbon og hydrogenoksyd på katalysatoren. Karbonoksyd i dette tilfelle er forbundet med et karbonatom med et metall, som et resultat av at forbindelsen av C-O svekkes, og samspillet mellom CO og hydrogen tilrettelegges for å danne et primært kompleks. Fra dette komplekset og veksten av hydrokarbonkjeden ("begynnelsen av kjeden") begynner. Som et resultat av ytterligere trinnvis vedlegg av overflateforbindelsen som bærer ett karbonatom, blir karbonkjeden forlenget ("kjedevekst"). Veksten i kretsen er som følge av desorpsjon, hydrogenering eller samhandling av den voksende kjeden med synteseprodukter ("kretsbrudd").

De viktigste produktene i disse reaksjonene er mettede og umettede hydrokarboner av en alifatisk serie, og biprodukter er alkoholer, aldehyder og ketoner. Reaktive forbindelser (umettede hydrokarboner, aldehyder, alkoholer, etc.) kan integreres i de voksende kjedene eller for å danne et overflatekompleks, som gir begynnelsen av kjeden. I fremtiden, reaksjonen mellom de produserte produktene fører til syrer, etere, etc. Dehydrocyklisering Reaksjoner som oppstår ved høyere syntese temperaturer fører til aromatiske hydrokarboner. Korreksjon eller hydrokronisering av mer høykokende hydrokarboner, primær og desorbert fra katalysatoren, bør ikke utelukkes, hvis de blir adsorbert på den igjen.

Reaksjonsmekanismen, til tross for tiårene av studien, er fortsatt uklart i detaljene. Denne situasjonen er imidlertid typisk for heterogen katalyse. Den mest anerkjente er mekanismen med å øke på slutten av kjeden. Molekyler eller atomer som går i en spennende tilstand med samtidig hemosorpsjon av karbon- og hydrogenoksyd på katalysatoren, reagerer på dannelsen av et ENOL-primærkompleks (skjema a 1), som også gir begynnelsen av kjeden. Kjedevekst (skjema a 2) begynner med spaltningen av molekylet 2O fra to primære komplekser (med dannelsen av C-C-kommunikasjon) og separasjonen av et atom fra metallatomet som følge av hydrogenering. Det resulterende komplekse C. 2Ved å koble til ett primært kompleks, fremhever molekylet 2O og som følge av hydrogenering frigjøres fra metall. Således, ved kondens og hydrogenering, oppstår en trappet kjedevekst på hvert påfølgende C-Atom. Begynnelsen av kjeden kan portretteres som dette:

Skjema A1.

Veksten av kjeden i ekstreme C-atomer er slik:

En annen mulighet er at i utgangspunktet er forbindelsen til Me-C i det primære adsorpsjonskomplekset delvis hydrogenert, og deretter kondenserer den resulterende forbindelse med det primære komplekset, som fører til den økende kjeden i henhold til skjemaet ( 3) eller i henhold til ordningen (og 4) Og som et resultat, dannes et sekundært metylutviklet adsorpsjonskompleks:

Skjema A3.

Skjema A4.

Desorptionen av det primære adsorpsjonskomplekset, som alltid inneholder hydroksygruppen fører til aldehyder, og i etterfølgende reaksjoner - til alkoholer, syrer og estere:

Hydrokarboner kan dannes som følge av dehydrering eller splitting adsorpsjonskomplekser:

Ordningen A5.

Begynnelsen av kjeden kan også gi alkoholer og aldehyder etter adsorpsjonen på katalysatoren i fenolform.

eller olefiner, som sannsynligvis etter interaksjon med vann er forbundet i en ENOL-form på katalysatoren.

Polymerisasjonen av CH betraktes som en annen motorvekst mulighet 2-Grupper. Når hydrogenering av primærkomplekset, men-SN 2- og SN. 2-Surface-kompleksene:

Det hydrogenerte overflatekomplekset interagerer med et lignende kompleks med vannrenser (B1 ):

Skjema b1.

På samme måte kan de dannede overflatekompleksene interagere med det primære, ikke-hydrert komplekset (med utdanning med 2-Paditive kompleks i henhold til ordningen 2) eller reagere med komplekset etter hydrogenering (i henhold til B1-skjemaet ):

Skjema B2.

Kjeden kan vokse og ved polymerisering av primær ch 2-Grupper i henhold til ordningen i (med en forandring på meg):

Bidraget av polymerisering i prosessen med vekst av kjeden avhenger av forholdet mellom kondensasjons- og polymerisasjonshastigheter.

2. Katalysatorer

FT Synthesis begynner med samtidig hemosorpsjon CO og N 2 på metallatomer. For dannelse av slike hemosorpsjon, overgangsmetaller med 3D og 4F elektroner eller deres implementering av introduksjonen (karbider, nitrider, etc.) er spesielt egnet. Metaller VIII-grupper brukes av katalysatorer: RU er mest aktiv, deretter CO, Fe, Ni. For å øke overflaten, blir de ofte brukt på porøse bærere, for eksempel silikagel og alumina. I industrien fant bare Fe og Co. Ruthenies er for dyre, i tillegg er reserver på jorden for små til bruk som katalysator i multi-kanalprosesser. På nikkelkatalysatorer ved atmosfærisk trykk dannes metan, med økende trykk, danner nikkel en flygende karbonyl og vaskes ut av reaktoren.

Koboltkatalysatorer var de første katalysatorene som ble anvendt i industrien (i Tyskland, og deretter i Frankrike og Japan på 1930-1940-tallet). Typisk for deres arbeid er trykk 1 ÷ 50. aTM og temperatur 180 ÷ 25. 0 ° C. Under disse forholdene dannes lineære paraffiner. Kobolt har betydelig hydrogenativ aktivitet, så en del av det så uunngåelig blir til metan. Denne reaksjonen akselererer kraftig med en temperaturøkning, slik at koboltkatalysatorer ikke kan anvendes i høy temperatur ft-prosessen.

Jernkatalysatorer fra midten av 1950-tallet brukes på ft syntesefabrikker i Sør-Afrika. Sammenlignet med kobolt er de mye billigere, jobber i et bredere temperaturområde (200 ÷ 36. 0 ° C), og lar deg få et bredere utvalg av produkter: paraffiner, lavere ?-olefiner, alkoholer. Under syntesen av FT, er jernkatalyser vanngassreaksjonen, noe som gjør det mulig å effektivt bruke syntesegassen oppnådd fra kull, hvor forholdet mellom CO: N 2 Nedenfor er STOICHIOMETRIC 1: 2. Jernkatalysatorer har en lavere affinitet for hydrogen sammenlignet med kobolt, så metanering er ikke et stort problem for dem. Imidlertid, i kraft av samme lave hydrogenaktivitet, blir overflaten av jernkontakter raskt ladet. Koboltkontakter er i stand til å arbeide uten regenerering mye lenger. En annen ulempe med jernkontakter er deres vanninhiberende. Siden vann er et produkt av syntese, er konverterings CO for ett pass lavt. For å oppnå en høy grad av transformasjon, er det nødvendig å organisere resirkuleringsgass.

Og jern, og koboltkatalysatorer er ekstremt følsomme for grå forgiftning. Derfor må syntesegass pre-rengjort fra svovel, i det minste til nivå 2 mg / m 3 . Resterende svovel adsorberes av katalysatoroverflaten, slik at FT-synteseproduktene innebærer ikke det nesten. Denne omstendigheten gjør syntetisk dieselbrensel oppnådd ved hjelp av FT-teknologi, veldig attraktivt på grunn av moderne, stive miljøkrav for transport.

Ved eksponering for forskjellige midler på ferskt tilberedte katalysatorer i jerngruppen, er sammensetningen og strukturen til katalysatorene, faser virkelig aktive i FT-syntesen vises. Mens antallet slike faser i tilfelle av kobolt og nikkel er relativt liten, er det mange av dem for jern, derfor er det katalytiske systemet komplisert. Jern danner med karbon eller andre metalloider (nitrogen, bor, etc.) Forbindelser av innføring av forskjellige sammensetning, uten å miste "metall" -karakteren som er nødvendig for FT Snontsa.

Mange studier har bekreftet at jernkatalysatorer under FT-syntesen endres ved fasesammensetning, graden av oksidasjons- og karbonstrukturer av implementering. Jern redusert katalysator til begynnelsen av syntesen går i Fe Carbide 2C (karbid hugga). På samme tid, men langsommere, er Fe Oxide dannet 3O. 4, hvis andel (basert på det opprinnelige jern) stadig øker, mens Fe Carbide-innholdet 2C Avhengig av tidspunktet for drift og temperatur endres lite. Innholdet av gratis karbon øker med en økning i syntesetiden. Under driftsforhold er fasesammensetningen av katalysatoren i likevekt med sammensetningen av reaksjonsblandingen, og bare til en lavt i tillegg avhenger av fremgangsmåten for fremstilling eller forbehandling (utvinning, karbiding).

I papiret viser bartholoma at på CO og Ni-katalysatorer med hydrogenert i metan langs to ruter, hver er assosiert med visse områder på overflaten. A.L. Lapidus med ansatte legger fram en to-sentrert modell av ko-katalysatoren i FT-syntesen. Ifølge disse ideene er sentrene for den første typen krystallitter av metallisk co. På dem er dissociativt adsorbert og hydrogenert deretter til metan. I de samme sentrene reagerer disproportionation-co, noe som fører til katalysatoren sjarmerende. Andre typer sentre er grensen mellom metallkO og oksydfasen på overflaten av katalysatoren. De er ansvarlige for veksten av hydrokarbonkjeden. Karbonoksyd er adsorbert på en svakt koblet assosiativ form, deretter beveget seg til bæreren, hvor overflatekompleksene av type CH danner med hydrogen x. O. Disse kompleksene samhandler med hverandre ved å danne polymerstrukturer på overflaten. Deres hydrogenering på COO gir hydrokarboner.

To typer adsorpsjon fra på overflaten oppdages av spekteret av termisk programmert desorpsjon (TPD) av CO, hvor sentrene av den første typen tilsvarer toppen med t max. I området 250-350 ° C, den andre sentrene - T max. < 250°C. По соотношению площадей пиков можно судить о доле каждого из типов центров и, соответственно, предсказывать каталитическое действие контакта.

Eksperimenter viste en god korrelasjon mellom utbyttet av hydrokarboner og antall sentre av svakt koblet adsorpsjon av CO på overflaten av kontakten.

Oksidfasen av ko-katalysatorer dannes vanligvis i prosessen med deres foreløpige varmebehandling (kalsinering og / eller gjenoppretting) på grunn av samspillet mellom oksydbæreren (SiO 2, Al. 2O. 3 etc.), koboltoksid og promotor. Katalysatorer som ikke inneholder oksidfaser, er ikke i stand til å katalysere dannelsen av flytende hydrokarboner fra CO og N 2Siden de ikke har polymerisasjonssentre på overflaten.

Således spiller oksydfasen av katalysatorer av FT-syntesen en avgjørende rolle i dannelsen av flytende hydrokarboner, og for å skape effektive katalysatorer i denne prosessen, er det nødvendig å være spesielt oppmerksom på valget av bæreren og utføre den foreløpige varmen behandling av katalysatoren. Kjøring på en aktiv del av katalysatoren ved foreløpig varmebehandling, noe som fører til en økning i samspillet mellom den aktive fase med en bærer, eller satt inn iitiver, kan øke katalysatorens polymerisasjonsegenskaper og dermed øke Selectivity av reaksjonen i forhold til dannelsen av flytende hydrokarboner.

Promotorer på handlingsprinsippet er delt inn i to grupper - struktur og energi.

Som strukturelle promotorer benyttes nesten ikke gjenopprettede oksider av tungmetaller, som Al 2OM 3Tho. 2, MgO og Cao. De bidrar til dannelsen av den utviklede overflaten av katalysatoren og forhindrer omkrystallisering av den katalytisk aktive fase. En slik funksjon utføres av bærere - kizelgur, dolomitt, silisiumdioksyd (i form av et friskt ghelthydroksyd eller kaliumsilikat).

Energipromotorer, som også kalles kjemiske, elektroniske eller aktiverende tilsetningsstoffer, i henhold til den elektroniske reaksjonsmekanismen, øker hastigheten og påvirker selektiviteten. Kjemisk aktive strukturelle promotorer kan også gjelde som energipromotorer. Energipromotorer (spesielt alkali) påvirker signifikant tekstur av katalysatoren (overflate, porefordeling).

Alkalimetallkarbonater brukes oftest som energipromotorer for jernkatalysatorer (uavhengig av produksjonsmetoden). Jernkatalysatorer oppnådd av forskjellige måter tilsvarer en ulik optimal konsentrasjon av alkalisk additiv. Utfellede katalysatorer bør ikke inneholde mer enn 1% til 2SÅ 3 (basert på Fe); For visse utfelte katalysatorer er det optimale 0,2% 2SÅ 3 (Avviket på 0,1% påvirker aktivitet og selektivitet betydelig). For smeltet katalysatorer er den optimale konsentrasjonen indikert? 0,5% K2. OM.

Kobber kan tilskrives promotorer på grunn av både struktur og energi påvirkning. Kobber forenkler reduksjonen av jern, og denne prosessen, avhengig av mengden kobber, kan strømme ved en temperatur på lavere (opptil 150 ° C) enn uten additiv. Deretter bidrar dette tilsetningsstoffet når det tørker hydroksydet av jern (II og III) bidrar til oksydasjonen av den til FE 2O. 3. Kobber favoriserer dannelsen av jernforbindelser med karbon og sammen med alkali akselererer reduksjonen av jern, dannelsen av karbid og karbon. På selektiviteten til FT-syntese påvirker kobber ikke.

3. Faktorer som påvirker prosessen

.1 Kvaliteten på råvarer

Utgangen og sammensetningen av FT-synteseprodukter avhenger i stor grad av forholdet mellom CO: N 2 I den opprinnelige syntesegassen. Dette forholdet i sin tur avhenger vesentlig av metoden for fremstilling av syntesegass. For tiden er det tre hovedindustrielle metoder for å skaffe seg sistnevnte.

Kullforgasning. Prosessen er basert på kullinteraksjon med vanndamp:

Denne reaksjonen er endotermisk, likevekt skiftes til høyre ved temperaturer på 900 ÷ 1000º C. Teknologiske prosesser har blitt utviklet ved hjelp av en paroksulær sprengning, hvor, sammen med en nevnt reaksjon, en eksotermisk kullforbrenningsreaksjonstrømmer, som gir den nødvendige termiske balansen:

Metan konvertering. Reaksjonen av interaksjonen av metan med vanndamp utføres i nærvær av nikkelkatalysatorer (NI / AL 2O. 3) Ved forhøyede temperaturer (800 ÷ 900ºс) og trykk:

I stedet for metan kan ethvert hydrokarbon-råstoff brukes som råvarer.

Delvis oksidasjon av hydrokarboner. Prosessen består i ufullstendig termisk oksydasjon av hydrokarboner ved temperaturer over 1300º FRA:

Metoden gjelder også for eventuelle hydrokarbonråvarer.

Når forgaselse av kull og delvis oksidasjon, forholdet mellom CO: N 2 Nær 1: 1, mens med metankonvertering er det 1: 3.

Generelt kan følgende mønstre noteres:

i tilfelle av en kildeblanding ankert med hydrogen, oppnås fortrinnsvis paraffiner, og den termodynamiske sannsynligheten for at formasjonen reduseres i en rekke metan\u003e lavmolekylvekt H-alkaner\u003e N-alkaner med høy molekylvekt;

syntesegass med høyt innhold av karbonoksyd fører til dannelsen av olefiner og aldehyder, og bidrar også til karbonavsetning. Sannsynligheten for alkeneformasjonen minker i en rad med høy molekylvekt H-olefiner\u003e H-olefiner med lav molekylvekt.

.2 temperatur

FT Synthesis er svært eksoterm reaksjon. Den varmeformede varmen er opptil 25% av varmen av forbrenning av syntesegass. Syntesehastigheten og samtidig øker utbyttet av produktet fra enhetens volum av katalysatoren per tidsenhet med økende temperatur. Imidlertid øker hastigheten på bivirkninger også. Derfor er den øvre temperaturen på FT-syntesen begrenset primært av uønsket metan- og Cox-formasjon. En særlig sterk økning i metanutgang med en temperaturøkning observeres for CO-katalysatorer.

Som regel utføres prosessen ved en temperatur på 190 ÷ 24. 0 ° C (Lavtemperaturalternativ, for CO og FE-katalysatorer) eller 30 0 ÷ 35. 0 ° C (høytemperaturalternativ, for FE-katalysatorer).

.3 Trykk

Akkurat som når temperaturen øker, øker reaksjonshastigheten med økende trykk. I tillegg bidrar økningen i trykk i systemet til dannelsen av tyngre produkter. Typiske trykkverdier for industrielle prosesser er 0,1 ÷ 5. MPA. Siden det økte trykket gir deg mulighet til å øke synteseytelsen, utføres prosessen for økonomisk effektivitet ved et trykk på 1,2 ÷ 4 MPA.

Den felles effekten av temperatur og trykk, samt naturen til katalysatoren for produksjonen av forskjellige produkter, tilfredsstiller tildelingen av Anderson-Schulz-Flor (ASF) beskrevet av formelen

hvor P. n. - Massefraksjon av hydrokarbon med karbonnummer n;

K. 1/ (K. 1+ K. 2), K. 1K. 2 - henholdsvis vekstkonstander og kjede-sammenbrudd.

Metan (n \u003d 1) er alltid tilstede i større mengder enn foreskrevet av ASF-fordeling, siden den dannes uavhengig av reaksjonen av direkte hydrogenering. Verdi ? den reduseres med økende temperatur og, som regel øker med trykkvekst. Hvis produktene er dannet i reaksjonen av forskjellige homologe serier (paraffiner, olefiner, alkoholer), kan fordelingen for hver av dem ha sin egen verdi ?. ASF-distribusjonen pålegger restriksjoner på maksimal selektivitet på enhver hydrokarbon eller smal fraksjon.

Grafisk presenteres ASF-distribusjonen i figur 1.

.4 Volumetrisk hastighet

Å øke volumetrisk hastighet (eller reduksjon av kontakttiden) av gassen favoriserer ikke reaksjonene som lekker med lavere hastighet. Disse tilhører reaksjonen på overflaten av katalysatoren - oksygenrenseren, hydrogenering av olefiner og veksten av karbonkjeden. Derfor, med en nedgang i gjennomsnittlig kontakttid i synteseproduktene, øker antallet alkoholer, olefiner og kortkjedeforbindelser (gassformige hydrokarboner og hydrokarboner fra pumpingsområdet for bensinfraksjonen).

4. Varianter av teknologiske ordninger

Det viktigste tekniske problemet med Fischer-Tropsch-syntesen er behovet for å fjerne en stor mengde varme som er uthevet som følge av sterkt eksoterme kjemiske reaksjoner. Utformingen av reaktoren er i stor grad bestemt av typen produkter som den er ment for. Det er flere varianter av utformingen av reaktorer for FT-syntese, som bestemmer eller den teknologiske ordningen i prosessen.

.1 Skjema med en flertrørreaktor og et stasjonært katalysatorlag

I slike reaktorer er det en lavtemperaturprosess i gassfasen. Utformingen av flertrørreaktoren presenteres i figur 2.

Multi-tube reactors er enkle å betjene, ikke opprette problemer med katalysator grenen, kan brukes til å oppnå produkter av enhver sammensetning. Imidlertid har de en rekke ulemper: kompleksiteten i fremstillingen, et stort metallforbruk, kompleksiteten tilyren, et signifikant trykkfall i lengde, diffuse begrensninger på store katalysatorkorn, relativt lav varmevaske.

En av de mulige teknologiske ordningene med høy ytelse FT-syntese i en flerrørreaktor er vist i figur 3.

De teknologiske parametrene er presentert i tabell 1, sammensetningen av de oppnådde produktene er i tabell 2.

Tabell 1 - Driftsforhold for industrielle installasjoner av gassfasesyntese Fisher-Tropsch på det stasjonære katalysatorlaget

Parameter prøvetaking, MPa 2.3 ÷ 2.5. Temperatur, ° С 220 ÷ 250. N. RATIO. 2: CO i den opprinnelige Gaza1.3: 2 Zealisering av sirkulasjon og kilde gass2,5 stablet trinn1 ÷ 2 katalysator, masser. C.FE (100) CU (5) til 2O (5) SiO 2 (25) Varigheten av katalysatoren, MES.9 ÷ 12

Tabell 2 - Typisk sammensetning av hydrokarboner oppnådd i industriell Fisher-Tropsch Synthesis på et stasjonært katalysatorlag

Karakteristisk sointing produkt (gjennomsnittlig data),% av massen. Hydrokarboner: FRA 1-FRA 27 S. 3-FRA 45 Fraksjoner 30-165 ° C8.5 165-230 ° C.230-420 ° C7,6 320-460 ° C23\u003e 460 ° C18 Oksygenholdig sammensetning4tenet Transformerende blanding CO + N. 2, %73Beer hydrokarboner S. 2+, g per 1 m 3 Blandinger av CO + N 2140

.2 Skjema med fluidisert sengekatalysatorlag

Kokende lagreaktorer gir en god kjøleribbe og isotermisk prosess. De diffuse begrensningene i dem er minimal på grunn av den høye lineære gasshastigheten og bruken av en fin dispergert katalysator. Imidlertid er slike reaktorer vanskelig å vise. Problemet er grenen av katalysatoren fra produkter. Separate noder blir utsatt for sterk erosjon. Den viktigste begrensningen av de kokende lagreaktorene er umuligheten av å oppnå tunge paraffiner i dem. Figur 4 viser den teknologiske skjemaet til FT-syntesen i den fluidiserte bed-reaktoren.

Figur 4. Skjema i Fischer-Tropsch-prosessen i den fluidiserte bed-reaktoren av katalysatoren:

3 - varmeovner; 2 - Syntese gassgenerator; 4 - varmevekslere; 5 - vaskekolonne; 6 - Reaktor; 7 - syklon; 8 - Separator.

Prosessparametrene i prosessen når man arbeider i henhold til skjemaet under behandling, presenteres i tabell 3, sammensetningen av produktene oppnådd - i tabell 4.

Tabell 3 - Forhold for industriell installasjon av Fishera-Tropsch Synthesis i en fluidized bed-reaktor

Parameter indionance, mpa2.8the, ° C315sp 2: CO i den opprinnelige Gaza3: 1solering av sirkulerende og kilde gass1,5

Tabell 4 - Typisk sammensetning av hydrokarboner oppnådd i en fluidisert bed-reaktorkatalysator

Karakteristisk sointing produkt (gjennomsnittlig data),% av massen. FRA 29 S. 3-FRA 429 Fraksjoner 30-200 ° C40 200-320 ° C.30\u003e 320 ° C. Oksygenholdige forbindelser10 Sweep Transformation Co,% 95 ÷ 98. Hydrokarbonbedrift S. 2+, g per 1 m 3 Blandinger av CO + N 2160

.3 Skjema med sirkulerende vektet pulverisert katalysator

Denne ordningen refererer også til høy temperatur F-T-prosessen. Den teknologiske ordningen av Fischer-Tropsch-prosessen i strømmen av en vektet pulverkatalysator er vist i figur 5.

Figur 5. Ft Synthesis Scheme i en strøm av en vektet pulverkatalysator:

Bake; 2 - Reaktor; 3 - kjøleskap; 4 - Kolonne-separator for vasking med olje; 5 - kondensator; 6 - Separasjonskolonne; 7 - Kolonne for vasking av den resulterende bensin; 8 - Kolonne for spyling av gass.

De teknologiske parametrene til syntesen i tilfelle en fremgangsmåte i strømmen av en vektet pulverkatalysator presenteres i tabell 5, er sammensetningen av de oppnådde produktene i tabell 6.

Tabell 5 - Arbeidsforhold for industrielle installasjoner av Fisher-Tropsch Synthesis i en strøm av en vektet pulverkatalysator

Parameter prøvetaking, MPa 2,0 ÷ 2,3. Temperatur, ° С 300 ÷ 340. N. RATIO. 2: CO i kilde gass i total gass (2.4 ÷ 2.8) : 1 (5 ÷ 6) : 1 Sekresjon av sirkulasjon og kilde gass 2,0 ÷ 2,4. Katalysatorens varighet, dag.? 40

Tabell 6 - En typisk sammensetning av hydrokarboner oppnådd ved installasjon av Fischer-Tropsch-syntese i en strøm av en vektet pulverkatalysator

Karakteristikkene av produktet av produktet (medium data),% masse.metan etylen etan propylen propan butylen butyon FRA 5-FRA 12 FRA 13-FRA 18 FRA 19-FRA 21 FRA 22-FRA 30 FRA 31+ oksygenholdige forbindelser10 4 6 12 2 8 1 39 5 1 3 2 7 Sweep Transformation av blandingen CO + H2. , %77 ÷ 85.

4.4 Skjema med boble (slurry) reaktor

Barbage type reaktor, som også kalles boble (slurry), anses å være den mest effektive for FT syntese. I dette apparatet passerer syntesegassen oppover gjennom et lag av et høykokende løsningsmiddel, hvor den fin dispergerte katalysatoren er suspendert. Som reaktorer med et kokende lag, er det anordnet en effektiv masseoverføring og kjøleskuff i boblereaktoren. Samtidig er det mulig å oppnå tung mat, som i det rørformede apparatet. Figur 6 viser driftsplanen for en slik reaktor.

Den teknologiske skjemaet som bruker en boblereaktor, presenteres i figur 7.

Figur 7. Ft Synthesis Scheme i en boblereaktor:

Kompressor; 2 - flowmetere; .3 - membraner; 4 - samplere; 5 - Reaktor: 6 - Steam Collector; 7 - varmeveksler; 8 - Dagligvarebutikk; 9 - Separasjonsbeholdere; 10 - pumper; 11 - kjøleskap; 12 - Installasjon for å markere fra 2; 13 - Filter; 14 - Apparat for fremstilling av katalysatorfjæring; 15 - Sentrifuger; 16 - Kapasitet for olje.

Ved å bruke eksemplet på denne ordningen, er det mulig å merke seg den større teknologiske fleksibiliteten til syntesen av FT, når du varierer kvaliteten på råvarer og teknologiske indikatorer du kan få produktet av den nødvendige fraksjonelle sammensetningen (tabell 7).

Tabell 7 - Sammensetningen av produktene med ulike moduser for å opprettholde FT-syntese i en boblereaktor

IndikatorerProduksjon av ulike produkter med lav mol. Massion medium mol. Masse en høy mol. Massower av det totale produktet med 3+, g per 1 m 3 Blandinger av CO + N 2162172182 Betingelser i totalt produkt med 3+, % FRA 3+ S. 429,66,92,2 S. 5-190 ° C63,040,07,1 190-320 ° C6,225,78,3 320-450 ° C1,218,333,0\u003e 450 ° C- 9,149,4

Verdiene av de teknologiske parametrene for ordningen under vurdering er vist i tabell 8.

Tabell 8 - Arbeidsforhold for industrielle installasjoner Fishers-Tropsch Synthesis med bobleaktor

Parameter prøvetaking, MPa 1,0 ÷ 1,2. Temperatur, ° С 210 ÷ 280. N. RATIO. 2: CO i kilde gass1: (1.3 ÷ 1.5) Hastighetshastighet, h -1110 ÷ 190. Graden av transformasjon SÅ Blandinger CO + N. 2, %89 ÷ 92 87 ÷ 90 Hydrokarbonbedrift S. 1+, g per 1 m 3 Blandinger CO + H2. 176 ÷ 178.

For å oppnå hydrokarboner med lav molekylvekt, brukes høyere temperaturer og bulkhastighet, men redusert trykk. Hvis paraffiner på høy molekylvekt er påkrevd, endres de spesifiserte parametrene tilsvarende.

5. Moderne produksjon

Relativt lave verdensoljeprisene, litt svingende rundt $ 20 (i form av verdien av US Dollar 2008) etter andre verdenskrig, til 70-tallet i det 20. århundre, bygging av store næringer basert på syntesen av Fisher-Tropsch, unprofitable, ble gjort i lang tid. Multi-akseproduksjonen av syntetiske hydrokarboner fra syntesegassen eksisterte og utviklet seg bare i Sør-Afrika, men dette skyldtes den økonomiske fordelen, men av den politiske og økonomiske isolasjonen i landet under apartheidens modus. Og for tiden forblir Sasol (sydafrikansk kull, olje- og gassfirma) blant de mest produktive i verden.

I moderne forhold er bedriften som bruker FT-prosessen er i stand til å være kostbar til å arbeide til en pris for olje over $ 40 per fat. I tilfelle at den teknologiske ordningen sørger for fangst og oppbevaring eller avhending av karbondioksid generert under syntese, øker denne tallet til $ 50 ÷ 55. . Siden verdensoljeprisene ikke faller under disse merkene siden 2003, gjorde konstruksjonen av store bedrifter for produksjon av syntetiske hydrokarboner fra syntesegass ikke å vente. Det er bemerkelsesverdig at de fleste prosjekter utføres i Qatar rik på naturgass.

Nedenfor er de største gyldige og produserte GTL-bedriftene (gass til væske, "gass til flytende"), basert på Syntese av FT.

.1 Sasol 1, 2, 3. Petrosa

Sasol Sørafrikanske selskapet har samlet enorm erfaring i industriell bruk av FT-syntesen. Det første Sasol 1-pilotanlegget ble lansert i 1955, råmaterialet for hvilket er syntesegassen oppnådd av forgasningsmetoden for kull. På grunn av handlingene til den kommersielle embargoet i Sør-Afrika på 50-8-80-tallet fra det 20. århundre, ble to større produksjoner pålagt i 1980 og 1984 for å sikre land i 1980 og 1984 - Sasol 2 og Sasol 3.

I tillegg er Sasol en GTL-lisensgiver for det sør-afrikanske statsselskapet Petrosa. Hennes bedrift, også kjent som Mosgas, har jobbet siden 1992. Råvarer er naturgass produsert i det åpne havet.

I mange års utnyttelse av Sasol produksjon har ingeniører forsøkt å forbedre syntese teknologi, alle fire typer reaktorer beskrevet i avsnitt 4 ble testet i arbeidet, som begynte med multi-tube reaktorer som arbeider ved atmosfærisk, og senere ved forhøyet trykk og slutt med boblereaktorer.

Sasol bedrifter leverer både motorbrensel og råvarer til petrokjemi (olefiner, alkoholer, aldehyder, ketoner og syrer, samt fenol, kresoler, ammoniakk og svovel).

Denne bedriften ble bestilt i 2007 i Qatar. Lisensgiveren var i fellesskap i fellesskap med Sasol og Chevron, dannet den internasjonale joint venture Sasol Chevron Limited.

Start naturgassen blir utsatt for dampreformer, hvorpå den resulterende syntesegass tilføres til bobberreaktoren, hvor lavtemperatur ft syntese er passert. Synteseprodukter blir utsatt for hydrotrerebehandling og hydrokraking.

Vareprodukter er miljøvennlige dieselbrensel (mindre enn 5 ppm svovel, mindre enn 1% aromatiske hydrokarboner, et cetannummer på ca. 70), så vel som nafta, anvendt som råmaterialer for pyrolyse.

5.3 SMDS.

Shell i 1993 bestilte sitt Shell MDS-anlegg (midtdestillatsyntese, syntesen av medium destillater) i Malaysia. Prosessen er basert på en moderne modifikasjon av FT-prosessen. Syntese gass for FT-reaksjonen oppnås ved delvis oksidasjon av naturgass. Prosessen utføres i flerrørreaktorer fylt med en høy ytelse katalysator. Synteseene (hovedsakelig høymolekylære alkaner) blir utsatt for hydrokrakt og hydroisomerisering.

Produksjonen er rettet mot å skaffe seg høykvalitets syntetisk dieselbrensel og parafin, samt paraffiner.

.4 PEARL.

Pearl inkluderer verdens største GTL-produksjon skapt av Shell med Qatar Petroleum. Den første fasen av komplekset er tillatt i mai 2011, utkjørselen til full kapasitet er planlagt for 2012. Den teknologiske prosessen, generelt, er utviklingen av teknologier som brukes på SMD-fabrikken. Kjeden av prosessene er identisk: Naturgass ekstrahert på hyllfeltene blir utsatt for delvis oksidasjon for å oppnå en blanding av n 2 og co; Deretter gjennomgår syntesegassen transformasjon til flerrørreaktorer (24 enheter) i en langkjedet paraffin. Sistnevnte som følge av hydrokrakning og separasjon gir råvareprodukter: motorbrensel, nafta (råvarer til petrokjemi), samt i rollen som biprodukter base smøremidler og paraffiner.

5.5 Escravos.

Dette GTL-prosjektet som ble utført i Nigeria, ble opprinnelig utviklet i fellesskap av Sasol og Chevron Corporation, som Oryx. På grunn av den betydelig økte kostnaden for implementeringen av Sasol-prosjektet forlot ham. For tiden er selskapet bygget med deltakelse av Chevron Nigeria Limited og Nigerian National Petroleum Company. Kommisjonen av anlegget er planlagt for 2013. Kilden råmaterialet er naturgass. Faktisk vil FT Synthesis bli utført i bobleaktorene. Et særegent trekk ved den teknologiske ordningen er å bruke Chevrons iscracking-prosess, takket være at de er beskyttet til lys og mellomstore destillater og reflekterer syntetiske paraffiner - Ft Synthesis-produkter.

Motorprodukter er motorbrensel (primært diesel), nafta, samt oksygenholdige produkter - metanol og dimetyleter.

Tabell 9 Oppsummerer generell informasjon om produksjonen av syntetiske hydrokarboner beskrevet ovenfor.

Tabell 9 - Moderne GTL-kraft i verden

KompaniyaRazrabotchik tehnologiiMesto raspolozheniyaMoschnost, fat / sutkiSasol 1SasolSasolburg, YuAR5600Sasol 2 3SasolSekunda, YuAR124000Petro SA (tidligere Mossgas) SasolMossel Bay YuAR22500SMDSShellBintulu, Malayziya14000EscravosSasol, ChevronEskravos, Nigeriya34000 (utkast) OryxSasol, ChevronRas Laffan Katar33700PearlShellRas Laffan Katar70000

I tillegg er lovende byggingen av FT-syntesefabrikker i Algerie (opptil 33 tusen fat per dag) og Iran (opptil 120 tusen fat per dag).

Det er informasjon om fellesutviklingen av Sasol og Norsk Statoil installasjoner som ligger på marine plattformer eller til og med flytende planter for behandling av naturlig og tilhørende gass i flytende hydrokarboner. Men ingenting er kjent om dette prosjektet.

Et grunnleggende prosjekt er utviklet og videre forhandlinger om bygging av GTL-anlegget i Usbekistan er i gang. Det er planlagt å behandle metan produsert av Sasol og Petronas teknologi teknologi.

ExxonMobil, Syntroleum, ConocoPhillips er engasjert i forskning innen GTL-prosesser, men disse bedriftene har fortsatt til rådighet bare pilotinnstillinger som brukes til forskningsformål.

Konklusjon

Fisher-Tropsch Synthesis tillater å oppnå fra naturlige brennbare fossiler som for tiden brukes primært som drivstoff for varme- og kraftverk (kull, naturgass) eller i det hele tatt forbrent på fakler eller utgitt til atmosfæren (tilhørende petroleumsgass), høykvalitets motorbrensel og Verdifulle råvarer til etterfølgende kjemisk syntese. For det meste på den første banen blir utviklingen av Shell-teknologien utviklet, prosessene til Sasol-firmaet kombinerer begge retninger. Figur 8 presenterer mulige alternativer for behandling av primære ft-synteseprodukter.

Kvaliteten på Sasol Chevron Dieselbrensel oppnådd i Sasol Chevron-teknologien presenteres i tabell 10.

Tabell 10 - Karakteristisk for syntetisk DT

Karakteristiske substrate Tributes av standarden EN 590: 2009Things på 15 º C, kg / m 3780820 ÷ 845. Dumping Temperatur 95% Fraksjon, º C355? 360Kinematisk viskositet på 40 º C, mm. 2/ C2.0. 2,0 ÷ 4.5. Flash temperatur, º C\u003e 55\u003e 55cetanic nummer\u003e 70\u003e 51 svovel vedlikehold, mg / kg<1?10Содержание полициклических ароматических углеводородов, % масс.<0,01?11Температура помутнения-23-Содержание насыщенных углеводородов, % об.>99-

Vellykket eller mislykket erfaring i driften av moderne GTL-produksjon, først og fremst Pearl - den mest moderne og store GTL-bedriften - vil trolig bestemme fremtidig utvikling av teknologi og fabrikker som bruker FT-prosessen. GTL-teknologi, i tillegg til ustabile oljepriser, er det andre betydelige problemer.

Den første av dem er en svært høy kapitalintensitet. Ifølge beregningene, vedlegg til anlegget med en kapasitet på 80 tusen fat syntetiske hydrokarboner per dag, utgjør det opprinnelige råmaterialet som er kull, utgjør $ 7 milliarder til 9 milliarder dollar for sammenligning: raffinaderiet vil koste 2 milliarder dollar . De fleste av kapitalkostnadene (60 ÷ 7. 0%) utgjorde et kompleks av å oppnå syntesegass. Realfigurer bekrefter beregningene: Kostnadene til Escravos GTL Escravos med planlagt $ 1,7 milliarder steg til $ 5,9 milliarder. Byggingen av Pearl GTL kostnadsskall på $ 18-19 milliarder. Gjennomføring av et grandioseprosjekt for bygging av en GTL-anlegg med En kapasitet på 154 tusen. Tønner per dag med syntetiske hydrokarboner ble avvist av Exxon Mobil-utvikleren. Prosjektet ble planlagt å investere 7 milliarder dollar, noe som tydeligvis ikke ville være nok. Imidlertid forklarte selskapet nektet for prosjektet "Omfordeling av ressurser" til fordel for å bygge en gassbehandling Enterprise Barzan, også lokalisert i Qatar.

Et annet tyngre problem er innflytelse på miljøet. Som vist i avsnitt 1, i FT-prosessen, dannes karbondioksid, som er drivhusgass. Som det antas å utslipp fra 2 Årsaken til globale klimatiske endringer, og mengden av karbondioksidutslipp er begrenset til kvotene for klimagassutslipp. I en kjede av gruvedrift og forbruk for syntetiske motorbrensel er karbondioksidutslipp omtrent dobbelt så mye som for petroleumsbrensel. Det finnes ulike teknologier for avhending av karbondioksid (fra lagring i underjordiske tanker før du laster ned i gass- eller oljebevart reservoar), men de øker kostnadene for de allerede billige GTL-prosjektene. Det er imidlertid verdt å merke seg at andre skadelige utslipp direkte forbrenning av syntetiske brennstoffer i ICC til 10 ÷ 5. 0% lavere enn for petroleumsbrensel (tabell 11).

Tabell 11 - Skadelige utslipp ved forbrenning av syntetisk og tradisjonell DT

Dimensytisk DT G / kW · CNEFTYAN DT G / kW · Chuhangorodi (NA) 0,210,25 Monoksyd av karbon (CO) 0,670,94 Dioksydkarbon (CO 2) 376308 Nitrogen (Nei x. ) 6,037,03regled partikler (sot) 0,080,15

Miljøproblemet kan tilskrives behovet for en stor mengde vann for å utføre kullforgasning hvis sistnevnte brukes som råstoff. Ofte er klimaet i kullrike land, men dårlig olje, tørr. I den andre fasen av GTL-produksjonen er den faktiske syntesen av FT - vann et biprodukt, som etter rengjøring kan brukes i prosessen. Denne teknikken brukes på Pearl Factory. Siden vannet ikke er nødvendig for å oppnå syntesegass i denne virksomheten, brukes den til å generere en høytrykksdamp når du kjøper FT-reaktorene. Den resulterende vanndampen fører kompressorer og elektriske generatorer.

GTL-markedet er et voksende marked. De viktigste faktorene som beveger dette markedet, er det presserende behovet for inntektsbevis vanskelig å utnytte på andre måter (rørledningstransport eller flytende) av store reserver av naturlige, tilhørende petroleumsgass- og gass kullinnskudd mot bakgrunnen av en økende verden trenger for flytende hydrokarboner og stramming Krav til de økologiske egenskapene til hydrokarbonbrensel. Utviklingen av GTL-teknologier er en god markedsmulighet for de landene og selskapene som har store reserver av naturlig eller tilknyttet gass og kull. GTL-produksjonen kan ikke konkurrere, og utfyller slike retninger i bransjen som LNG (flytende naturgass, flytende naturgass), produksjon av miljøvennlige drivstoff, høy kvalitet baseoljer.

Liste over kilder brukt

1.Kjemikalier fra kull. Per. med det. / Ed. I.v. Calece - M.: Kjemi, 1980. - 616 S, IL.

2.Karakhanov E.A. Syntese gass som et alternativ til olje. II. Metanol og syntese basert på IT // Syrisk pedagogisk magasin. - 1997. - №12. - P. 68.

3.De tidlige dagene med kullforskning [elektronisk ressurs]. - Tilgangsmodus: # "Justify"\u003e 4. Fisher Prosess - Tropsch [Electronic Resource]. - Tilgangsmodus: # "Justify"\u003e. Oversikt over Fisher-Tropsch Synthesis Katalysatorer [Elektronisk ressurs]. - Tilgangsmodus: # "Justify"\u003e 6. Tørr M.E. Anvendt katalyse A: Generelt. - 2004. - №276, - R. 1.

7.11. Storch G., Holyambik N., Holyambik R. Synthesis av hydrokarboner fra karbonmonoksyd og hydrogen. - M.: I.L., 1954. - S. 257.

8.Lee W.H., Bartolomew C.H.J. Katal. - 1989. - №120. - R. 256.

.Wisam al-shalchi. Gass til væsken teknologi (GTL). - Baghdad - 2006.

10.Olje [elektronisk ressurs]. - Tilgangsmodus: # "Juster"\u003e 11. Matthew Dalton. Stort kull forsøker å rekruttere militær for å tenne et marked. // Wall Street Journal. - 2007. - september. elleve.

.Utforsk Sasol - Sasol Historie [Elektronisk ressurs]. - Tilgangsmodus: # "Justify"\u003e. Petrosa GTL Refinery & LTFT teknologiutvikling [Electronic Resource]. - Tilgangsmodus: # "Justify"\u003e. Oryx GTL [elektronisk ressurs]. - Tilgangsmodus: # "Justify"\u003e. Shell MDS-teknologi og prosess [Elektronisk ressurs]. - Tilgangsmodus: # "Justify"\u003e. Inne i skallet. s Bintulu GTL plante [elektronisk ressurs]. - Tilgangsmodus: # "Juster"\u003e 17. Første last av Pearl GTL-produkter fra Qatar [Electronic Resource]. - Tilgangsmodus: # "Justify"\u003e. Gass-til-væsker (GTL) prosesser [elektronisk ressurs]. - Tilgangsmodus: # "Juster"\u003e 19. ESCRAVOS Gass-til-væsker Prosjekt, Niger Delta [Electronic Resource]. - Tilgangsmodus: # "Juster"\u003e 20. GTL Markedsoversikt [Elektronisk ressurs]. - Tilgangsmodus: # "Justify"\u003e. Usbekistan utvikler samarbeid med Sasol-bedrifter og Petronas [elektronisk ressurs]. - Tilgangsmodus: # "Justify"\u003e. GTL Pearl [Elektronisk ressurs]. - Tilgangsmodus: # "Juster"\u003e 23. Exxon Mobil, Qatar Unplug GTL-prosjektet [Elektronisk ressurs]. - Tilgangsmodus: http://www.imakenws.com/lng/e_article000760746.cfm? X \u003d b96t25p, bd1rfpn

Fisherens metode - Tropsch for transformasjonen av metan til tyngre hydrokarboner ble utviklet i 1923 og implementert i den tyske industrien på 1940-tallet.

Nesten alle luftfartsbrensel i dette landet under andre verdenskrig ble produsert ved hjelp av Fisher's syntese - en kull tropsh. Deretter ble denne metoden for produksjonsmotorbrensel forlatt, siden brennstoffet oppnådd under oljeutvinning, til nylig, var det mer økonomisk mer lønnsomt.

Ved mottak av flytende brensel basert på Fishers syntese - en rekke karbonforbindelser (naturgass, stein og brun kull, alvorlige oljefraksjoner, konverteres trebearbeidingsavfall) til syntesegass (CO og H2-blanding), og deretter blir den til syntetisk " RAW OIL "- Syntraprops. Dette er en blanding av hydrokarboner, som på etterfølgende behandling er delt inn i forskjellige typer praktisk talt miljøvennlige brensel fri fra urenheter av svovel- og nitrogenforbindelser. Det er nok å legge til 10% av kunstig drivstoff til vanlig diesel, slik at dieseblir miljøstandarder.

Gasskonverteringen i dyre produkter av fin organisk syntese er enda mer effektiv.

Gasskonverteringen i motorbrennstoffet kan generelt representeres som transformasjon av metan til tyngre hydrokarboner:

2ns4 + 1 / 2no2 \u003d cn h2n + nn2

Fra materialbalansen av brutto-reaksjonen følger det at masseutbyttet av sluttproduktet ikke kan overstige 89%.

Reaksjonen er direkte umulig. Omdannelsen av gass til flytende brensel (CCH) passerer gjennom en rekke teknologiske stadier (figur 17). Samtidig, avhengig av hvilken sluttproduktet må oppnås, er en eller annen prosess valgt.

Fisher-Tropsch Synthesis kan betraktes som en reaksjon av den reduktive oligomerisering av karbonmonoksid, hvor karbon-karbonbindinger dannes, og generelt er det en kompleks kombinasjon av en rekke heterogene reaksjoner, som kan sendes av totale ligninger :

nCO + 2NH2\u003e (CH2) N + NH2 O,

2NCO + NH2\u003e (CH2) N + NCO2.

Fig. 17.

Reaksjonsprodukter er alkaner, alkener og oksygenholdige forbindelser, det vil si at en kompleks blanding av produkter som er karakterisert ved polymerisasjonsreaksjonen dannet. De primære produktene av Fisher-Tropsch-syntese er A- og B-olefiner, som omdannes til alkaner som følge av etterfølgende hydrogenering. Naturen til katalysatoren som brukes, temperaturen, er forholdet mellom CO og H2 påvirket av fordelingen av produkter. Ved bruk av jernkatalysatorer er andelen av olefiner stor, mens i tilfelle av koboltkatalysatorer med hydrogeneringsaktivitet er mettede hydrokarboner for det meste dannet.

For tiden, som katalysatorer for syntesen av Fischer-Tropsch, avhengig av oppgavene som er angitt (økning av utgangen av bensinfraksjonen, anvendes en økning i utbyttet av nedre olefiner etc.) som høyt dispergerte jernkatalysatorer, påført på aluminium, Silisium og magnesiumoksider, og bimetalliske katalysatorer: jernmagnan, jernmolybden, etc.

I 70 år fra åpningsdatoen, abonnerer syntesen ikke på reaksjonsmekanismen. For tiden vurderes tre forskjellige mekanismer. Den første mekanismen, kalt karbidet, først foreslått av Fisher og Tropshch, og videre funnet støtte fra andre forskere, antar dannelsen av C-C-koblinger som et resultat av oligomerisering av metylenfragmenter på overflaten av katalysatoren. I første fase dannes adsorpsjon av CO og overflatekarbid, og oksygen blir til vann eller CO2:

I andre trinn hydrogeneres overflatekarbid for å danne SNX-fragmenter (x \u003d 1-3):

Forlengelsen av kjeden oppstår som et resultat av reaksjonen av overflate metyl og metylen og videre ved å innføre metylengrupper i kjedenes vekst:

Fasdet av kjeden bryteren oppstår som et resultat av desorptionen av Alkin fra overflaten av katalysatoren.

Den andre mekanismen som kalles hydroksykarbenov, innebærer også hydrogenering av koordinert medmetall med dannelsen avr, som følge av kondensering av hvilken og dannelsen av C-C-koblinger:

Den tredje mekanismen som kan kalles implementeringsmekanismen innebærer dannelsen av C-C-koblinger som et resultat av innføringen av metallkarbonforbindelse (om evnen til å introdusere metall-alkyls evne til å bli nevnt ovenfor):

Et ganske rikt eksperimentelt materiale har blitt akkumulert, som indikerer til fordel for en variant av mekanismen, men det er nødvendig å si at det til dags dato er umulig å gjøre et entydig valg mellom dem. Det kan antas at på grunn av den store betydningen av syntesen av Fisher-Tropsh, vil studien i denne retningen fortsette å fortsette, og vi vil vitne til nye syn på mekanismene for å forekomme reaksjoner.