Процесс Фишера – Тропша - Fischer–Tropsch process

Процесс Фишера-Тропша - это совокупность химических реакций , в результате которых смесь монооксида углерода и водорода или водяного газа превращается в жидкие углеводороды . Эти реакции происходят в присутствии металлических катализаторов , обычно при температурах 150–300 ° C (302–572 ° F) и давлениях от одного до нескольких десятков атмосфер. Процесс был впервые разработан Францем Фишером и Hans Тропш на Kaiser-Wilhelm-Institut für Kohlenforschung в Руре , Германия, в 1925 году.

Как главный пример химии C1 , процесс Фишера-Тропша является важной реакцией как в технологии сжижения угля, так и в технологии газ-жидкость для производства жидких углеводородов. В обычном варианте монооксид углерода и водород, сырье для FT, производятся из угля , природного газа или биомассы в процессе, известном как газификация . Затем в процессе Фишера-Тропша эти газы преобразуются в синтетическое смазочное масло и синтетическое топливо . Процесс Фишера-Тропша периодически привлекал внимание как источник дизельного топлива с низким содержанием серы и для решения вопроса о поставках или стоимости углеводородов, полученных из нефти.

Механизм реакции

Процесс Фишера – Тропша включает серию химических реакций, в результате которых образуются различные углеводороды, в идеале имеющие формулу (C n H 2 n +2 ). Более полезные реакции производят алканы следующим образом:

(2 n + 1) H 2 + n  CO → C n H 2 n +2 + n  H 2 O

где n обычно составляет 10–20. Образование метана ( n = 1) нежелательно. Большинство производимых алканов имеют прямую цепь и подходят в качестве дизельного топлива . Помимо образования алканов, конкурирующие реакции дают небольшие количества алкенов , а также спиртов и других кислородсодержащих углеводородов.

Реакция Фишера-Тропша является сильно экзотермической реакцией из-за стандартной энтальпии реакции (ΔH), равной -165 кДж / моль CO вместе.

Промежуточные соединения Фишера-Тропша и элементные реакции

Превращение смеси H 2 и CO в алифатические продукты представляет собой многостадийную реакцию с несколькими промежуточными соединениями. Рост углеводородной цепи можно представить как повторяющуюся последовательность, в которой атомы водорода добавляются к углероду и кислороду, связь C – O расщепляется и образуется новая связь C – C. Для одной –CH 2 - группы, продуцируемой CO + 2 H 2 → (CH 2 ) + H 2 O, необходимо несколько реакций:

  • Ассоциативная адсорбция CO
  • Расщепление связи C – O
  • Диссоциативная адсорбция 2 H 2
  • Перенос 2 H в кислород с образованием H 2 O
  • Десорбция H 2 O
  • Перенос 2 H в углерод с получением CH 2

Превращение CO в алканы включает гидрирование CO, гидрогенолиз (расщепление с помощью H 2 ) связей C – O и образование связей C – C. Предполагается, что такие реакции протекают через начальное образование поверхностно связанных карбонилов металлов . Предполагается, что лиганд CO подвергается диссоциации, возможно, на оксидные и карбидные лиганды. Другими потенциальными промежуточными продуктами являются различные фрагменты C 1, включая формил (CHO) , гидроксикарбен (HCOH), гидроксиметил (CH 2 OH), метил (CH 3 ), метилен (CH 2 ), метилидин (CH) и гидроксиметилидин (COH). Кроме того, критическими для производства жидкого топлива являются реакции, которые образуют связи C – C, такие как мигрирующее введение . Многие родственные стехиометрические реакции были смоделированы на дискретных металлических кластерах , но гомогенные катализаторы Фишера-Тропша плохо разработаны и не имеют коммерческого значения.

Добавление меченного изотопами спирта к потоку сырья приводит к включению спиртов в продукт. Это наблюдение устанавливает легкость разрыва связи C – O. Использование этилена и пропена, меченных 14 C, поверх кобальтовых катализаторов приводит к включению этих олефинов в растущую цепь. Таким образом, реакция цепного роста, по-видимому, включает как «вставку олефина», так и «вставку CO».

8 СО + 17 ч
2
С
8
ЧАС
18
+ 8 часов
2
О

Сырье: газификация

Установки Фишера-Тропша, связанные с углем или связанным с ним твердым сырьем (источниками углерода), должны сначала преобразовать твердое топливо в газообразные реагенты, то есть CO, H 2 и алканы. Это преобразование называется газификацией, а продукт - синтез-газом («синтез-газ»). Синтез-газ, полученный при газификации угля, имеет отношение H 2 : CO ~ 0,7 по сравнению с идеальным соотношением ~ 2. Это соотношение регулируется с помощью реакции конверсии водяного газа . Установки Фишера-Тропша на основе угля производят различные количества CO 2 в зависимости от источника энергии процесса газификации. Однако большинство угольных электростанций полагаются на подаваемый уголь для обеспечения всех энергетических потребностей процесса Фишера – Тропша.

Сырье: GTL

Окись углерода для катализа FT получают из углеводородов. В технологии газ-жидкость (GTL) углеводороды представляют собой материалы с низким молекулярным весом, которые часто выбрасываются или сжигаются в факелах. Мель газа обеспечивает относительно дешевый газ. GTL жизнеспособен, если газ остается относительно дешевле нефти.

Для получения газообразных реагентов, необходимых для катализа Фишера-Тропша, требуется несколько реакций . Во-первых, газы-реагенты, поступающие в реактор Фишера-Тропша, должны быть обессерированы . В противном случае серосодержащие примеси дезактивируют (« отравляют ») катализаторы, необходимые для реакций Фишера-Тропша.

Для регулирования соотношения H 2 : CO используют несколько реакций . Наиболее важной является реакция конверсии водяного газа , которая обеспечивает источник водорода за счет монооксида углерода:

Н 2 О + СО → Н 2 + СО 2

Для заводов Фишера-Тропша, которые используют метан в качестве сырья , другой важной реакцией является паровой риформинг , который преобразует метан в CO и H 2 :

Н 2 О + СН 4 → СО + 3 Н 2

Условия процесса

Обычно процесс Фишера-Тропша работает в диапазоне температур 150–300 ° C (302–572 ° F). Более высокие температуры приводят к более быстрым реакциям и более высоким скоростям конверсии, но также способствуют образованию метана. По этой причине температура обычно поддерживается в диапазоне от низкой до средней. Повышение давления приводит к более высоким скоростям превращения, а также способствует образованию длинноцепочечных алканов , оба из которых желательны. Типичное давление составляет от одной до нескольких десятков атмосфер. Даже более высокое давление было бы благоприятным, но преимущества могут не оправдать дополнительных затрат на оборудование высокого давления, а более высокие давления могут привести к дезактивации катализатора из-за образования кокса .

Могут использоваться различные составы синтез-газа. Для катализаторов на основе кобальта оптимальное соотношение H 2 : CO составляет около 1,8–2,1. Катализаторы на основе железа могут допускать более низкие соотношения из-за внутренней активности железного катализатора в реакции конверсии водяного газа . Эта реакционная способность может быть важной для синтез-газа, полученного из угля или биомассы, которые, как правило, имеют относительно низкие отношения H 2 : CO (<1).

Проект технологического реактора Фишера – Тропша

Эффективный отвод тепла от реактора - основная потребность реакторов Фишера-Тропша, поскольку эти реакции характеризуются высокой экзотермичностью. Обсуждаются четыре типа реакторов:

Многотрубный реактор с неподвижным слоем

Этот тип реактора содержит ряд трубок небольшого диаметра. Эти трубки содержат катализатор и окружены охлаждающей водой, которая отводит тепло реакции. Реактор с неподвижным слоем подходит для работы при низких температурах и имеет верхний предел температуры 257 ° C (530 K). Избыточная температура приводит к отложению углерода и, следовательно, к закупорке реактора. Поскольку большие количества образующихся продуктов находятся в жидком состоянии, этот тип реактора может также называться реакторной системой с струйным потоком.

Реактор с увлеченным потоком

Важным требованием к реактору для процесса Фишера-Тропша является отвод тепла реакции. Этот тип реактора содержит две группы теплообменников, которые отводят тепло; остаток удаляется продуктами и перерабатывается в системе. Следует избегать образования тяжелых парафинов, поскольку они конденсируются на катализаторе и образуют агломерации. Это приводит к псевдоожижению. Следовательно, стояки эксплуатируются при температуре выше 297 ° C (570 K).

Шламовые реакторы

Отвод тепла осуществляется внутренними охлаждающими змеевиками. Синтез-газ барботируют через парафиновые продукты и мелкодисперсный катализатор, который находится во взвешенном состоянии в жидкой среде. Это также обеспечивает перемешивание содержимого реактора. Размер частиц катализатора снижает ограничения диффузионного тепло- и массообмена. Более низкая температура в реакторе приводит к более вязкому продукту, а более высокая температура (> 297 ° C, 570 K) дает нежелательный спектр продуктов. Также проблемой является отделение продукта от катализатора.

Реакторы с псевдоожиженным слоем и с циркуляционным катализатором (стояк)

Они используются для высокотемпературного синтеза Фишера-Тропша (около 340 ° C) для получения низкомолекулярных ненасыщенных углеводородов на катализаторах из щелочного плавленого железа. Технология псевдоожиженного слоя (адаптированная из каталитического крекинга тяжелых нефтяных дистиллятов) была представлена ​​Hydrocarbon Research в 1946–50 и получила название процесса Hydrocol. В 1951–57 гг. В Браунсвилле, штат Техас, работала крупномасштабная установка Hydrocol Фишера-Тропша (350 000 тонн в год). Из-за технических проблем и непрактичной экономики из-за увеличения доступности нефти эта разработка была прекращена. Синтез Фишера-Тропша в псевдоожиженном слое был недавно очень успешно повторно исследован компанией Sasol. Один реактор мощностью 500 тысяч тонн в год находится в эксплуатации, строятся еще более крупные (около 850 тысяч тонн в год). В настоящее время этот процесс используется в основном для производства алкенов C 2 и C 7 . Эту новую разработку можно рассматривать как важный прогресс в технологии Фишера-Тропша. Высокотемпературный процесс с циркулирующим железным катализатором («циркулирующий псевдоожиженный слой», «реактор с восходящим потоком», «процесс с увлеченным катализатором») был внедрен компанией Kellogg и соответствующим заводом, построенным в Sasol в 1956 году. Он был усовершенствован Sasol для успешная операция. В Секунде, Южная Африка, Sasol эксплуатирует 16 усовершенствованных реакторов этого типа мощностью около 330 000 тонн в год каждый. Теперь процесс с циркулирующим катализатором заменяется передовой технологией псевдоожиженного слоя Sasol. Ранние эксперименты с частицами кобальтового катализатора, взвешенными в масле, были выполнены Фишером. Барботажная колонна реактора с порошковой суспензией железного катализатора и синтез-газом, обогащенным CO, была специально разработана для экспериментальной установки компанией Kölbel в компании Rheinpreuben в 1953 году. В последнее время (с 1990 года) изучаются низкотемпературные суспензионные процессы Фишера-Тропша для использование железных и кобальтовых катализаторов, особенно для производства углеводородного парафина, или для гидрокрекинга и изомеризации для производства дизельного топлива компаниями Exxon и Sasol. Сегодня низкотемпературный синтез Фишера-Тропша в суспензионной фазе (барботажная колонна) рассматривается многими авторами как наиболее эффективный процесс для производства чистого дизельного топлива по Фишеру-Тропшу. Эта технология Фишера-Тропша также разрабатывается компанией Statoil (Норвегия) для использования на судне для преобразования попутного газа на морских нефтяных месторождениях в углеводородную жидкость.

Распространение продукции

В целом распределение продуктов углеводородов, образовавшихся в процессе Фишера-Тропша, следует распределению Андерсона-Шульца-Флори , которое можно выразить как:

W n/п= (1 - α ) 2 α n −1

где W n - массовая доля углеводородов, содержащих n атомов углерода, а α - вероятность роста цепи или вероятность того, что молекула продолжит реакцию с образованием более длинной цепи. Как правило, α в значительной степени определяется катализатором и конкретными условиями процесса.

Изучение приведенного выше уравнения показывает, что метан всегда будет самым большим отдельным продуктом, пока α меньше 0,5; однако, увеличивая α близко к единице, общее количество образующегося метана может быть минимизировано по сравнению с суммой всех различных продуктов с длинной цепью. Увеличение α увеличивает образование длинноцепочечных углеводородов. Углеводороды с очень длинной цепью представляют собой воски, которые тверды при комнатной температуре. Следовательно, для производства жидкого транспортного топлива может потребоваться крекинг некоторых продуктов Фишера – Тропша. Чтобы избежать этого, некоторые исследователи предложили использовать цеолиты или другие субстраты катализаторов с порами фиксированного размера, которые могут ограничивать образование углеводородов, превышающих некоторый характерный размер (обычно n  <10). Таким образом, они могут управлять реакцией, чтобы свести к минимуму образование метана без образования большого количества длинноцепочечных углеводородов. Такие усилия имели лишь ограниченный успех.

Катализаторы

Для процесса Фишера – Тропша можно использовать различные катализаторы , наиболее распространенными из которых являются переходные металлы кобальт , железо и рутений . Также можно использовать никель , но он способствует образованию метана (« метанированию »).

Карбид молибдена

ВМС США недавно обнаружили недорогой катализатор из карбида молибдена и калия, позволяющий синтезировать реактивное топливо / дизельное топливо на борту ядерных авианосцев с использованием морской воды в качестве сырья. Если цена на солнечную энергию продолжит снижаться, в ближайшем будущем может стать более экономичным производить более чистое сжигание углеродно-нейтрального синтетического топлива, чем перекачивать и очищать нефть.

Кобальт

Катализаторы на основе кобальта очень активны, хотя железо может быть более подходящим для определенных применений. Кобальтовые катализаторы более активны в синтезе Фишера-Тропша, когда исходным сырьем является природный газ. В природном газе высокое отношение водорода к углероду, поэтому для кобальтовых катализаторов не требуется сдвиг водяного газа. Железные катализаторы предпочтительны для сырья более низкого качества, такого как уголь или биомасса. Синтез-газы, полученные из этого бедного водородом сырья, имеют низкое содержание водорода и требуют реакции конверсии водяного газа. В отличие от других металлов, используемых для этого процесса (Co, Ni, Ru), которые остаются в металлическом состоянии во время синтеза, железные катализаторы имеют тенденцию образовывать ряд фаз, включая различные оксиды и карбиды во время реакции. Контроль этих фазовых превращений может быть важным для поддержания каталитической активности и предотвращения разрушения частиц катализатора.

Метилидинетрикобальтнонакарбонил - это молекула, которая иллюстрирует вид восстановленных углеродных частиц, которые, как предполагается, возникают в процессе Фишера-Тропша.

В дополнение к активному металлу катализаторы обычно содержат ряд «промоторов», включая калий и медь. Щелочные металлы группы 1, включая калий, являются ядом для кобальтовых катализаторов, но являются промоторами для железных катализаторов. Катализаторы наносятся на связующие / носители с большой площадью поверхности, такие как диоксид кремния , оксид алюминия или цеолиты . Промоутеры также имеют большое влияние на активность. Оксиды щелочных металлов и медь являются обычными промоторами, но их состав зависит от первичного металла, железа или кобальта. Оксиды щелочных металлов на кобальтовых катализаторах обычно вызывают сильное падение активности даже при очень низких концентрациях щелочи. Селективность по C ≥5 и CO 2 возрастает, а селективность по метану и C 2 –C 4 снижается. Кроме того, увеличивается отношение алкена к алкану.

Катализаторы Фишера – Тропша чувствительны к отравлению серосодержащими соединениями. Катализаторы на основе кобальта более чувствительны, чем их железные аналоги.

Железо

Железные катализаторы Фишера-Тропша нуждаются в промотировании щелочью для достижения высокой активности и стабильности (например, 0,5 мас.% K
2
О
). Добавление Cu для стимулирования восстановления, добавление SiO
2
, Al
2
О
3
для структурного промотирования и, возможно, некоторое количество марганца может быть применено для контроля селективности (например, с высокой олефинностью). Рабочий катализатор получается только тогда, когда - после восстановления водородом - в начальный период синтеза образуется несколько фаз карбида железа и элементарный углерод, тогда как оксиды железа все еще присутствуют в дополнение к некоторому количеству металлического железа. С железными катализаторами следуют два направления селективности. Одно направление нацелено на получение смеси низкомолекулярных олефиновых углеводородов в процессе с увлеченной фазой или в псевдоожиженном слое (процесс Сасол-Синтол). Из-за относительно высокой температуры реакции (приблизительно 340 ° C) средняя молекулярная масса продукта настолько мала, что в условиях реакции не возникает жидкой фазы продукта. Частицы катализатора, движущиеся в реакторе, имеют небольшие размеры (диаметр частиц 100 мкм), и осаждение углерода на катализаторе не нарушает работу реактора. Таким образом, низкая пористость катализатора с малым диаметром пор, полученная из плавленого магнетита (плюс промоторы) после восстановления водородом, является подходящей. Для максимального увеличения общего выхода бензина на Sasol олигомеризовали алкены C 3 и C 4 . Однако извлечение олефинов для использования в качестве химикатов, например, в процессах полимеризации, сегодня является выгодным. Второе направление разработки катализаторов на основе железа было направлено на достижение максимальной активности катализатора при низкой температуре реакции, когда большая часть углеводородного продукта находится в жидкой фазе в условиях реакции. Обычно такие катализаторы получают осаждением из нитратных растворов. Высокое содержание носителя обеспечивает механическую прочность и широкие поры для легкого массопереноса реагентов в жидком продукте, заполняющем поры. Тогда основной фракцией продукта является парафин, который перерабатывается в товарные восковые материалы в Sasol; однако его также можно очень избирательно подвергнуть гидрокрекингу до высококачественного дизельного топлива. Таким образом, железные катализаторы очень гибкие.

Рутений

Рутений - самый активный из катализаторов ФТ. Он работает при самых низких температурах реакции и производит углеводороды с самым высоким молекулярным весом. Он действует как катализатор Фишера-Тропша, как чистый металл, без каких-либо промоторов, таким образом обеспечивая простейшую каталитическую систему синтеза Фишера-Тропша, где механистические выводы должны быть наиболее легкими - например, намного проще, чем с железом в качестве катализатора. Как и в случае с никелем, при повышенной температуре селективность меняется в основном на метан. Его высокая цена и ограниченные мировые ресурсы исключают промышленное применение. Систематические исследования Фишера-Тропша с рутениевыми катализаторами должны внести существенный вклад в дальнейшее изучение основ синтеза Фишера-Тропша. Возникает интересный вопрос, который следует рассмотреть: какие общие свойства имеют металлы никель, железо, кобальт и рутений, чтобы позволить им - и только им - быть катализаторами Фишера-Тропша, превращая смесь CO / H 2 в алифатическую (длинноцепочечную) углеводороды в «одностадийной реакции». Термин «одностадийная реакция» означает, что промежуточные продукты реакции не десорбируются с поверхности катализатора. В частности, удивительно, что сильно карбидированный щелочной железный катализатор дает такую ​​же реакцию, как и просто металлический рутениевый катализатор.

HTFT и LTFT

Высокотемпературный метод Фишера-Тропша (или HTFT) работает при температурах 330–350 ° C и использует катализатор на основе железа. Этот процесс широко использовался компанией Sasol на своих заводах по переработке угля в жидкость (CTL). Низкотемпературный режим Фишера-Тропша (LTFT) работает при более низких температурах и использует катализатор на основе железа или кобальта. Этот процесс наиболее известен тем, что он использовался на первом интегрированном заводе GTL, который эксплуатировался и строился Shell в Бинтулу , Малайзия.

История

Институт Макса Планка по исследованию угля в Мюльхайм-ан-дер-Рур, Германия.

С момента изобретения оригинального процесса Францем Фишером и Хансом Тропшем, работавшими в Химическом институте им. Кайзера Вильгельма в 1926 году, было внесено множество усовершенствований и корректировок. Фишер и Тропш зарегистрировали ряд патентов, например , патент США 1 746 464 , поданный в 1926 г., опубликованный в 1930 г. Он был коммерциализирован Брабагом в Германии в 1936 г. Будучи бедной нефтью, но богатой углем, Германия использовала процесс Фишера-Тропша во время мировой войны. II для производства эрзац (замещающего) топлива. На продукцию Фишера-Тропша приходилось примерно 9% немецкого военного производства топлива и 25% автомобильного топлива.

Бюро Соединенных Штатов Mines , в программе инициированного синтетических жидких топлив Закон , используемые семь Операция Скрепка синтетического топлива ученые в установке Фишера-Тропша в Луизиане, штат Миссури в 1946 году.

В Великобритании Альфред Август Айхер получил несколько патентов на усовершенствование процесса в 1930-х и 1940-х годах. Компания Айчера была названа Synthetic Oils Ltd (не связана с одноименной компанией в Канаде).

Примерно в 1930-х и 1940-х годах Артур Имхаузен разработал и внедрил промышленный процесс производства пищевых жиров из этих синтетических масел путем окисления . Продукты подвергали фракционной перегонке, а пищевые жиры получали из C
9
- С
16
фракция, которая реагировала с глицерином, например, синтезированный из пропилена. Маргарин, сделанный из синтетических масел, оказался питательным и приятным на вкус, и его использовали в диетах, обеспечивающих до 700 калорий в день. Для этого требовалось не менее 60 кг угля на 1 кг синтетического масла.

Коммерциализация

Газификация в псевдоожиженном слое с пилотной установкой FT в Гюссинге , Бургенланд, Австрия

Рас-Лаффан, Катар

Завод ORYX GTL - Катар

Завод LTFT Pearl GTL в Рас-Лаффане , Катар, является вторым по величине заводом FT в мире после завода Sasol Secunda в Южной Африке. Он использует кобальтовые катализаторы при 230 ° C, преобразуя природный газ в жидкие углеводороды со скоростью 140 000 баррелей в день (22 000 м 3 / сут), с дополнительным производством 120 000 баррелей (19 000 м 3 ) нефтяного эквивалента в жидких углеводородных средах и этан .

Другой завод в Рас-Лаффане, названный Oryx GTL, был введен в эксплуатацию в 2007 году с производительностью 34 000 баррелей в сутки (5 400 м 3 / сут). На заводе используется суспензионный дистиллятный процесс Sasol, в котором используется кобальтовый катализатор. Oryx GTL - совместное предприятие Qatar Petroleum и Sasol .

Сасол

Гараж SASOL в Гаутенге

Самая крупная в мире реализация технологии Фишера-Тропша - это серия заводов, эксплуатируемых Sasol в Южной Африке , стране с большими запасами угля, но с низким содержанием нефти. Мощность завода в Секунде составляет 165 000 баррелей в сутки. Первый коммерческий завод открылся в 1952 году. Sasol использует уголь, а теперь и природный газ, в качестве сырья и производит различные синтетические нефтепродукты, включая большую часть дизельного топлива страны .

ПетроСА

PetroSA , еще одна южноафриканская компания, управляет нефтеперерабатывающим заводом мощностью 36 000 баррелей в день, который завершил полукоммерческую демонстрацию в 2011 году, открыв путь для начала коммерческой подготовки. Эта технология может использоваться для преобразования природного газа, биомассы или угля в синтетическое топливо.

Синтез среднего дистиллята Shell

Одно из крупнейших внедрений технологии Фишера-Тропша находится в Бинтулу , Малайзия. Этот завод Shell перерабатывает природный газ в дизельное топливо с низким содержанием серы и пищевой воск. Масштаб составляет 12 000 баррелей в сутки (1 900 м 3 / сут).

Скорость

В настоящее время ведется строительство коммерческой эталонной установки Velocys, использующей ее микроканальную технологию Фишера-Тропша; Проект GTL в Оклахома-Сити ENVIA Energy строится рядом с полигоном Waste Management в Ист-Оук. Проект финансируется совместным предприятием Waste Management, NRG Energy, Ventech и Velocys. Сырьем для этого завода будет свалочный газ и трубопроводный природный газ.

UPM (Финляндия)

В октябре 2006 года финский производитель бумаги и целлюлозы UPM объявил о своих планах по производству биодизеля с помощью процесса Фишера-Тропша наряду с производственными процессами на своих целлюлозно-бумажных заводах в Европе, используя в качестве исходного материала биомассу, полученную в результате процессов производства бумаги и целлюлозы.

Rentech

Демонстрационный завод Фишера-Тропша был построен и эксплуатируется Rentech, Inc. в партнерстве с ClearFuels, компанией, специализирующейся на газификации биомассы. Расположенный в Коммерс-Сити, штат Колорадо, предприятие производит около 10 баррелей в день (1,6 м 3 / сут) топлива из природного газа. Объекты коммерческого масштаба были запланированы в Риальто, Калифорния ; Натчез, Миссисипи ; Порт-Сент-Джо, Флорида ; и Белая река, Онтарио . Rentech закрыл пилотный завод в 2013 году и прекратил работу над технологическим процессом FT, а также с предложенными коммерческими объектами.

Технология INFRA GTL

В 2010 году ИНФРА построила компактную опытную установку по переработке природного газа в синтетическую нефть. Установка смоделировала полный цикл химического процесса GTL, включая прием трубопроводного газа, удаление серы, паровой риформинг метана, кондиционирование синтез-газа и синтез Фишера-Тропша. В 2013 году первая опытная установка была приобретена ООО «ВНИИГАЗ Газпром». В 2014 году ИНФРА ввела в эксплуатацию и на постоянной основе ввела в эксплуатацию новую, более крупную опытную установку полного цикла. Он представляет собой второе поколение испытательного центра ИНФРА и отличается высокой степенью автоматизации и обширной системой сбора данных. В 2015 году ИНФРА построила собственный завод катализаторов в Троицке (Москва, Россия). Завод по производству катализаторов имеет мощность более 15 тонн в год и производит уникальные запатентованные катализаторы Фишера-Тропша, разработанные отделом исследований и разработок компании. В 2016 году компания ИНФРА спроектировала и построила модульную транспортируемую установку GTL (газ-жидкость) M100 для переработки природного и попутного газа в синтетическую сырую нефть в Уортоне (Техас, США). Завод M100 работает как демонстрационная установка, платформа для исследований и разработок для очистки катализатора и экономическая модель для масштабирования процесса Infra GTL на более крупные и более эффективные предприятия.

Другой

В Соединенных Штатах и ​​Индии некоторые угледобывающие государства инвестировали в электростанции Фишера-Тропша. В Пенсильвании компания Waste Management and Processors, Inc. была профинансирована государством для внедрения технологии Fischer-Tropsch, лицензированной Shell и Sasol, для преобразования так называемых угольных отходов (остатков горнодобывающего процесса) в дизельное топливо с низким содержанием серы.

Научно-исследовательские разработки

Choren Industries построила в Германии завод по переработке биомассы в синтез-газ и топливо с использованием технологической структуры Shell Fischer-Tropsch. Компания обанкротилась в 2011 году из-за непрактичности процесса.

Газификацию биомассы (BG) и синтез Фишера-Тропша (FT) можно в принципе объединить для производства возобновляемого транспортного топлива ( биотоплива ).

Audi

В партнерстве с Sunfire Audi производит малотоннажный дизельный двигатель E, состоящий из двух ступеней, второй из которых является FT.

Сертификация ВВС США

Syntroleum , публично торгуемая американская компания, произвела более 400 000 галлонов США (1 500 000 л) дизельного и реактивного топлива с помощью процесса Фишера-Тропша с использованием природного газа и угля на своем демонстрационном заводе недалеко от Талсы, штат Оклахома . Syntroleum работает над коммерциализацией своей лицензированной технологии Фишера-Тропша на заводах по переработке угля в жидкость в США, Китае и Германии, а также на заводах по переработке газа в жидкость на международном уровне. Сверхчистое топливо с низким содержанием серы, использующее в качестве сырья природный газ, было тщательно протестировано Министерством энергетики США (DOE) и Министерством транспорта США (DOT). Совсем недавно Syntroleum работала с ВВС США над разработкой смеси синтетического реактивного топлива, которая поможет ВВС снизить их зависимость от импортируемой нефти. Военно-воздушные силы США, которые являются крупнейшим потребителем топлива в армии США, начали изучать альтернативные источники топлива в 1999 году. 15 декабря 2006 года B-52 взлетел с базы ВВС Эдвардс , Калифорния, впервые с приводом от единственного двигателя. 50–50 смесь топлива JP-8 и Syntroleum FT. Семичасовые летные испытания были признаны успешными. Целью программы летных испытаний является квалификация топливной смеси для использования во флоте на служебных B-52, а затем летные испытания и квалификация на других самолетах. Программа испытаний завершилась в 2007 году. Эта программа является частью Инициативы Министерства обороны по гарантированному топливу, направленной на разработку надежных внутренних источников энергии для нужд военных. Пентагон надеется сократить использование сырой нефти от иностранных производителей и получить около половины своего авиационного топлива из альтернативных источников к 2016 году. Теперь, когда B-52 одобрен для использования смеси FT, C-17 Globemaster III , B- 1B , и, в конечном итоге, каждый планер в его инвентаре, чтобы использовать топливо к 2011 году.

Повторное использование углекислого газа

Диоксид углерода не является типичным сырьем для катализа FT. Водород и диоксид углерода реагируют на катализаторе на основе кобальта с образованием метана. С катализаторами на основе железа также производятся ненасыщенные углеводороды с короткой цепью. При введении в носитель катализатора оксид церия действует как катализатор обратного сдвига водяного газа, дополнительно увеличивая выход реакции. Углеводороды с короткой цепью были превращены в жидкое топливо вместо твердых кислотных катализаторов, таких как цеолиты .

Эффективность процесса

Используя обычную технологию FT, эффективность процесса варьируется от 25 до 50 процентов и тепловой КПД около 50% для установок CTL, идеализированных на уровне 60%, с установками GTL с КПД около 60%, идеализированными до 80%.

Фишера – Тропша в природе

Было высказано предположение, что процесс типа Фишера-Тропша произвел несколько строительных блоков ДНК и РНК внутри астероидов . Точно так же гипотетическое абиогенное нефтяное образование требует некоторых естественных FT-подобных процессов.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки