✖


Jump to content

Процесс Фишера-Тропша

(Перенаправлено из синтеза Фишера-Тропша )

Процесс Фишера-Тропша (FT) представляет собой совокупность химических реакций , которые превращают смесь окиси углерода и водорода , известную как синтез-газ , в жидкие углеводороды . Эти реакции происходят в присутствии металлических катализаторов , обычно при температуре 150–300 ° C (302–572 ° F) и давлении от одной до нескольких десятков атмосфер. Процесс Фишера-Тропша является важной реакцией как в технологии сжижения угля , так и в технологии преобразования газа в жидкости для производства жидких углеводородов. [1]

В обычной реализации окись углерода и водород, сырье для FT, производятся из угля , природного газа или биомассы в процессе, известном как газификация . Затем эти газы преобразуются в синтетическое смазочное масло и синтетическое топливо . [2] Этот процесс периодически привлекал внимание как источник дизельного топлива с низким содержанием серы, а также для решения проблемы поставок или стоимости углеводородов, полученных из нефти. Процесс Фишера-Тропша обсуждается как этап производства углеродно-нейтральных жидких углеводородных топлив из CO 2 и водорода. [3] [4] [5]

Этот процесс был впервые разработан Францем Фишером и Гансом Тропшем в Институте исследования угля кайзера Вильгельма в Мюльхайме-на-Руре , Германия, в 1925 году. [6]

Механизм реакции

[ редактировать ]
Метилидинетрикобальтнонакарбонил — это молекула, которая иллюстрирует тип восстановленных частиц углерода, которые, как предполагается, возникают в процессе Фишера-Тропша.

Процесс Фишера-Тропша включает серию химических реакций, в результате которых образуются различные углеводороды, в идеале имеющие формулу (C n H 2 n +2 ). Наиболее полезные реакции производят алканы следующим образом: [7]

(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, как правило, имеют прямую цепь и подходят для использования в качестве дизельного топлива . Помимо образования алканов, конкурирующие реакции дают небольшие количества алкенов , а также спиртов и других кислородсодержащих углеводородов. [8]

Реакция представляет собой сильно экзотермическую реакцию из-за стандартной энтальпии реакции (ΔH) в сочетании -165 кДж / моль CO. [9]

Промежуточные соединения Фишера-Тропша и элементарные реакции

[ редактировать ]

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 присоединяются к углероду и кислороду, связь C–O разрывается и образуется новая связь C–C.Для одной группы –CH 2 –, образуемой CO + 2 H 2 → (CH 2 ) + H 2 O, необходимо несколько реакций:

  • Ассоциативная адсорбция CO
  • Расщепление связи C–O
  • Диссоциативная адсорбция 2 H 2
  • Передача 2 H к кислороду с образованием H 2 O.
  • Десорбция H 2 O
  • Перенос 2 H на углерод с образованием CH 2

Превращение СО в алканы включает гидрирование СО, гидрогенолиз (расщепление Н 2 ) связей С–О и образование связей С–С. Предполагается, что такие реакции протекают через первоначальное образование связанных с поверхностью карбонилов металлов . CO лиганд Предполагается, что подвергается диссоциации, возможно, на оксидные и карбидные лиганды. [10] Другими потенциальными промежуточными продуктами являются различные C 1 фрагменты , включая формил (CHO) , гидроксикарбен (HCOH), гидроксиметил (CH 2 OH), метил (CH 3 ), метилен (CH 2 ), метилидин (CH) и гидроксиметилидин (COH). Кроме того, решающее значение для производства жидкого топлива имеют реакции, образующие связи C–C, такие как миграционная вставка . Многие родственные стехиометрические реакции были смоделированы на дискретных металлических кластерах , но гомогенные катализаторы Фишера-Тропша не имеют коммерческого значения.

Добавление меченого изотопами спирта в поток сырья приводит к включению спиртов в продукт. Это наблюдение устанавливает возможность разрыва связи C–O. С использованием 14 меченные C, Этилен и пропен, на кобальтовых катализаторах приводят к включению этих олефинов в растущую цепь. Таким образом, реакция роста цепи, по-видимому, включает как «внедрение олефина», так и «введение CO». [11]

Сырье: газификация

[ редактировать ]

Установки Фишера-Тропша, работающие на биомассе , угле или родственном им твердом сырье (источнике углерода), должны сначала преобразовать твердое топливо в газы. Эти газы включают CO, H 2 и алканы. Это преобразование называется газификацией . [12] Синтез-газ («синтез-газ») получают в результате газификации биомассы/угля и представляют собой смесь водорода и монооксида углерода. Соотношение H 2 :CO регулируется с помощью реакции конверсии вода-газ . Угольные установки FT производят различное количество CO 2 в зависимости от источника энергии в процессе газификации. Однако большинство угольных электростанций полагаются на сырьевой уголь для удовлетворения всех энергетических потребностей процесса.

Сырье: СЖТ

[ редактировать ]

Оксид углерода для катализа ФТ получают из углеводородов. В технологии газ-жидкость (GTL) углеводороды представляют собой материалы с низкой молекулярной массой, которые часто выбрасываются или сжигаются на факелах. Застрявший газ обеспечивает относительно дешевый газ. Чтобы GTL был коммерчески жизнеспособным, газ должен оставаться относительно дешевле нефти.

ФТ, требуется несколько реакций Для получения газообразных реагентов, необходимых для катализа . Во-первых, газы-реагенты, поступающие в реактор, должны быть обессерены . В противном случае серосодержащие примеси дезактивируют (« отравляют ») катализаторы, необходимые для реакций ФТ. [8] [7]

:CO используют несколько реакций Для регулирования соотношения H 2 . Наиболее важной является реакция конверсии вода-газ , которая обеспечивает источник водорода за счет окиси углерода: [8]

Для установок FT, использующих метан в качестве сырья , другой важной реакцией является сухой риформинг , при котором метан преобразуется в CO и H2 :

Условия процесса

[ редактировать ]

Обычно процесс Фишера-Тропша работает в диапазоне температур 150–300 ° C (302–572 ° F). Более высокие температуры приводят к более быстрым реакциям и более высокой скорости конверсии, но также способствуют образованию метана. По этой причине температура обычно поддерживается в нижней и средней части диапазона. Увеличение давления приводит к более высоким скоростям конверсии, а также способствует образованию длинноцепочечных алканов , что желательно. Типичные давления составляют от одной до нескольких десятков атмосфер. Даже более высокие давления были бы благоприятны, но выгоды могут не оправдать дополнительные затраты на оборудование высокого давления, а более высокие давления могут привести к дезактивации катализатора из-за образования кокса .

Могут быть использованы различные композиции 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 присущей реакции конверсии водяного газа катализатору железному . Эта реакционная способность может быть важна для синтез-газа, полученного из угля или биомассы, которые имеют тенденцию иметь относительно низкие соотношения H 2 :CO (< 1).

Проектирование технологического реактора Фишера-Тропша

[ редактировать ]

Эффективный отвод тепла из реактора является основной потребностью реакторов ФТ, поскольку эти реакции характеризуются высокой экзотермичностью. Обсуждаются четыре типа реакторов:

Многотрубчатый реактор с неподвижным слоем

[ редактировать ]
Этот тип реактора содержит несколько трубок небольшого диаметра. Эти трубки содержат катализаторы и окружены охлаждающей водой, которая отводит тепло реакции. Реактор с неподвижным слоем пригоден для работы при низких температурах и имеет верхний температурный предел 257 ° C (530 К). Превышение температуры приводит к отложению углерода и, следовательно, к закупорке реактора. Поскольку большие количества образующихся продуктов находятся в жидком состоянии, этот тип реактора также можно назвать системой реакторов с струйным потоком.

Реактор с увлеченным потоком

[ редактировать ]
Реактор этого типа содержит два ряда теплообменников, отводящих тепло; оставшаяся часть удаляется продуктами и перерабатывается в системе. Следует избегать образования тяжелых восков, поскольку они конденсируются на катализаторе и образуют агломерации. Это приводит к псевдоожижению. Следовательно, стояки эксплуатируются при температуре выше 297 °C (570 K).

Шламовые реакторы

[ редактировать ]
Отвод тепла осуществляется внутренними змеевиками охлаждения. Синтез-газ барботируется через парафинистые продукты и мелкодисперсный катализатор, суспендированный в жидкой среде. Это также обеспечивает перемешивание содержимого реактора. Размер частиц катализатора уменьшает ограничения диффузионного тепло- и массопереноса. Более низкая температура в реакторе приводит к более вязкому продукту, а более высокая температура (> 297 °С, 570 К) дает нежелательный спектр продукта. Кроме того, проблемой является отделение продукта от катализатора.

Реакторы с псевдоожиженным слоем и циркуляционным катализатором (вертикальные реакторы)

[ редактировать ]
Они используются для высокотемпературного синтеза ФТ (около 340 ° C) для получения низкомолекулярных ненасыщенных углеводородов на алкализированных катализаторах из плавленого железа. Технология псевдоожиженного слоя (заимствованная из каталитического крекинга тяжелых нефтяных дистиллятов) была внедрена компанией Hydrocarbon Research в 1946–50 годах и названа процессом «Гидрокол». Крупномасштабный завод по производству гидрокола Фишера-Тропша (350 000 тонн в год) работал в 1951–57 годах в Браунсвилле, штат Техас. Из-за технических проблем и непрактичности экономики из-за увеличения доступности нефти эта разработка была прекращена. Синтез ФТ в псевдоожиженном слое был повторно исследован компанией Sasol. В эксплуатации находится один реактор мощностью 500 тысяч тонн в год. Этот процесс использовался для производства алкенов C 2 и C 7 . Высокотемпературный процесс с циркулирующим железным катализатором («циркулирующий псевдоожиженный слой», «реактор с восходящим потоком», «процесс с увлеченным катализатором») был представлен компанией Kellogg Company и соответствующим заводом, построенным в Sasol в 1956 году. Он был усовершенствован компанией Sasol для успешная операция. В Секунде, Южная Африка, компания Sasol эксплуатировала 16 усовершенствованных реакторов этого типа мощностью примерно 330 000 тонн в год каждый. Процесс с циркулирующим катализатором можно заменить технологией псевдоожиженного слоя. Первые эксперименты с частицами кобальтового катализатора, суспендированными в масле, были проведены Фишером. Барботажная колонна-реактор с порошкообразным железным суспензионным катализатором и синтез-газом с высоким содержанием CO был специально разработан для пилотного масштаба компанией Kölbel в компании Rheinpreuben в 1953 году. С 1990 года исследуются низкотемпературные суспензионные процессы ФТ для использования железа и кобальтовые катализаторы, в частности, для производства углеводородного воска или для гидрокрекинга и изомеризации для производства дизельного топлива от Exxon и Sasol. Низкотемпературный синтез ФТ в суспензионной фазе (барботажная колонна) эффективен. Эту технологию также разрабатывает компания Statoil (Норвегия) для использования на судне по переработке попутного газа морских нефтяных месторождений в углеводородную жидкость. [13]

Распространение продукции

[ редактировать ]

В целом распределение продуктов углеводородов, образующихся в процессе Фишера-Тропша, соответствует распределению Андерсона-Шульца-Флори : [14] что можно выразить как:

⁠ W п / п ⁠ знак равно (1 - α ) 2 а п -1

где W n — массовая доля углеводородов, содержащих n атомов углерода, а α — вероятность роста цепи или вероятность того, что молекула продолжит реагировать с образованием более длинной цепи. В целом α во многом определяется катализатором и конкретными условиями процесса.

Анализ приведенного выше уравнения показывает, что метан всегда будет крупнейшим отдельным продуктом, пока α меньше 0,5; однако, увеличивая α близко к единице, общее количество образующегося метана можно свести к минимуму по сравнению с суммой всех различных продуктов с длинной цепью. Увеличение α увеличивает образование длинноцепочечных углеводородов. Углеводороды с очень длинной цепью представляют собой воски, твердые при комнатной температуре. Поэтому для производства жидкого транспортного топлива может потребоваться крекинг некоторых продуктов ФТ. Чтобы избежать этого, некоторые исследователи предложили использовать цеолиты или другие подложки катализаторов с порами фиксированного размера, которые могут ограничивать образование углеводородов на срок, превышающий некоторый характерный размер (обычно n < 10). Таким образом, они могут управлять реакцией и минимизировать образование метана, не производя при этом большого количества длинноцепочечных углеводородов. Такие усилия имели лишь ограниченный успех.

Катализаторы

[ редактировать ]

являются четыре металла Катализаторами процесса Фишера-Тропша : железо, кобальт, никель и рутений. Поскольку процесс ФТ обычно превращает недорогие прекурсоры в сложные смеси, требующие дальнейшей очистки, катализаторы ФТ основаны на недорогих металлах, особенно на железе и кобальте. [15] [16] Никель генерирует слишком много метана, поэтому его не используют. [7]

Обычно такие гетерогенные катализаторы получают осаждением из растворов нитрата железа. Такие растворы можно использовать для нанесения соли металла на носитель катализатора (см. ниже). Такие обработанные материалы превращаются в активные катализаторы при нагревании в атмосфере CO, H 2 или с обрабатываемым сырьем, т.е. катализаторы генерируются на месте. Из-за многостадийности процесса ФТ анализ каталитически активных частиц затруднен. Более того, как известно для железных катализаторов, несколько фаз могут сосуществовать и участвовать в различных стадиях реакции. К таким фазам относятся различные оксиды и карбиды , а также полиморфные модификации металлов. Контроль этих компонентов может иметь отношение к распределению продукции. Помимо железа и кобальта, никель и рутений активны в превращении смеси CO/H 2 в углеводороды. [11] Несмотря на свою дороговизну, рутений является наиболее активным из катализаторов Фишера-Тропша в том смысле, что он работает при самых низких температурах реакции и производит углеводороды с более высокой молекулярной массой. Рутениевые катализаторы состоят из металла без каких-либо промоторов, что обеспечивает относительно простую систему, пригодную для механистического анализа. Его высокая цена исключает промышленное применение. Кобальтовые катализаторы более активны для синтеза ФТ, когда сырьем является природный газ. Природный газ имеет высокое соотношение водорода и углерода, поэтому для кобальтовых катализаторов сдвиг вода-газ не требуется. Катализаторы на основе кобальта более чувствительны, чем их железные аналоги.

Иллюстрацией выбора катализатора в реальном мире является высокотемпературный метод Фишера-Тропша (HTFT), который работает при 330–350 ° C, и использует катализатор на основе железа. Этот процесс широко использовался компанией Sasol на своих установках по переработке угля в жидкость (CTL). Низкотемпературный метод Фишера-Тропша (LTFT) использует катализатор на основе железа или кобальта. Этот процесс наиболее известен тем, что он использовался на первом интегрированном заводе GTL, эксплуатируемом и построенном Shell в Бинтулу , Малайзия. [17]

Промоутеры и поддержка

[ редактировать ]

Помимо активного металла (обычно Fe или Co), в состав катализатора входят два других компонента: промоторы и носитель катализатора . Промоторы – это добавки, улучшающие поведение катализатора. Для катализаторов ФТ типичными промоторами являются калий и медь, которые обычно добавляют в виде солей. Выбор промоторов зависит от основного металла: железа или кобальта. [18] Железные катализаторы нуждаются в промотировании щелочью для достижения высокой активности и стабильности (например, 0,5% масс. К 2 О ). Легированные калием α-Fe 2 O 3 синтезируют при переменных температурах прокаливания (400–800 °С). [19] Добавление Cu для ускорения восстановления, добавление SiO.
2 , Ал
22О
3 для структурного продвижения и, возможно, немного марганца можно применять для контроля селективности (например, высокой олефинности). Выбор промоторов зависит от основного металла, т.е. железа или кобальта. [18] В то время как щелочные металлы группы 1 (например, калий) помогают железным катализаторам, они отравляют кобальтовые катализаторы.

Катализаторы наносятся на связующие/носители с большой площадью поверхности, такие как диоксид кремния , оксид алюминия или цеолиты . [16]

История

[ редактировать ]
Институт Макса Планка по исследованию угля в Мюльхайме-ан-дер-Руре, Германия.

Процесс FT привлек внимание как средство нацистской Германии для производства жидких углеводородов. Оригинальный процесс был разработан Францем Фишером и Гансом Тропшем , работавшими в Химическом институте кайзера Вильгельма в 1926 году. Они подали ряд патентов, например , патент США № 1,746,464 , поданный в 1926 году, опубликованный в 1930 году. [20] Он был коммерциализирован компанией Brabag в Германии в 1936 году. Будучи бедной нефтью, но богатой углем, Германия использовала этот процесс во время Второй мировой войны для производства эрзац- топлива (заменителя). На производство FT приходилось примерно 9% немецкого военного производства топлива и 25% автомобильного топлива. [21] Со времен Фишера и Тропша в этот процесс было внесено множество усовершенствований и корректировок.

Горное бюро США в рамках программы, инициированной Законом о синтетическом жидком топливе , в 1946 году наняло семь в рамках операции «Скрепка», ученых, занимающихся синтетическим топливом на заводе Фишера-Тропша в Луизиане, штат Миссури . [21] [22]

В Великобритании Альфред Август Айхер получил несколько патентов на усовершенствования процесса в 1930-х и 1940-х годах. [23] Компания Айхера называлась Synthetic Oils Ltd (не связанная с одноименной компанией в Канаде). [ нужна ссылка ]

Примерно в 1930-х и 1940-х годах Артур Имхаузен разработал и внедрил промышленный процесс производства пищевых жиров из этих синтетических масел путем окисления . [24] Продукты подвергали фракционной перегонке и пищевые жиры получали из C.
9 - С
16 фракция [25] которые прореагировали с глицерином, например, синтезированным из пропилена. [26] Маргарин «угольное масло», изготовленный из синтетических масел, оказался питательным и имел приятный вкус, и его включали в диеты, обеспечивая до 700 калорий в день. [27] [28] Для этого процесса требовалось не менее 60 кг угля на кг синтетического масла. [26]

Коммерциализация

[ редактировать ]
Газификация с псевдоожиженным слоем с помощью FT-пилота в Гюссинге , Бургенланд, Австрия. Управляется SGCE и Velocys.

Рас Лаффан, Катар

[ редактировать ]
Основная статья: Орикс GTL

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 температуре 230 ° C, преобразуя природный газ в нефтяные жидкости со скоростью 140 000 баррелей в день (22 000 м3). 3 /сут), с дополнительной добычей 120 000 баррелей (19 000 м 3 ) нефтяного эквивалента в сжиженном природном газе и этане .

Еще один завод в Рас-Лаффане, под названием Oryx GTL, был введен в эксплуатацию в 2007 году мощностью 34 000 баррелей в сутки (5 400 м3). 3 /д). На заводе используется суспензионная дистиллятная технология Sasol, в которой используется кобальтовый катализатор. Oryx GTL — совместное предприятие QatarEnergy и Sasol . [29]

Сасоль

[ редактировать ]
Гараж SASOL в Гаутенге
Основная статья: Сасол

Крупнейшее в мире внедрение технологии Фишера-Тропша — это серия заводов, которыми управляет компания Sasol в Южной Африке , стране с большими запасами угля, но с небольшим количеством нефти. Мощность завода в Секунде составляет 165 000 баррелей в сутки. [30] Первый коммерческий завод открылся в 1952 году. [31] Sasol использует уголь и природный газ в качестве сырья и производит различные синтетические нефтепродукты, включая большую часть дизельного топлива в стране . [32]

ПетроСА

[ редактировать ]

PetroSA , еще одна южноафриканская компания, управляет нефтеперерабатывающим заводом мощностью 36 000 баррелей в день, который завершил полукоммерческую демонстрацию в 2011 году, подготавливая почву для начала коммерческой подготовки. Эту технологию можно использовать для преобразования природного газа, биомассы или угля в синтетическое топливо. [33]

Синтез средних дистиллятов Shell

[ редактировать ]

Одно из крупнейших внедрений технологии Фишера-Тропша находится в Бинтулу , Малайзия. На этом предприятии Shell перерабатывается природный газ в с низким содержанием серы дизельное топливо и пищевой парафин. Масштаб составляет 12 000 баррелей в сутки (1 900 м3). 3 /д).

Велоцис

[ редактировать ]

В настоящее время ведется строительство коммерческого эталонного завода Velocys, использующего микроканальную технологию Фишера-Тропша; Проект GTL компании ENVIA Energy в Оклахома-Сити строится рядом со свалкой Waste Management в Ист-Оук. Проект финансируется совместным предприятием Waste Management, NRG Energy, Ventech и Velocys. Сырьем для этого завода будет смесь свалочного газа и трубопроводного природного газа. [34]

СГЦЭ

[ редактировать ]

Начинаем как лицензиар технологии биомассы [35] Летом 2012 года «СГК Энергия» (SGCE) успешно ввела в эксплуатацию пилотную многотрубную установку Фишера-Тропша и связанные с ней установки модернизации продукции в Технологическом центре Пасадены, штат Техас. Технологический центр сосредоточился на разработке и эксплуатации своего решения XTLH, которое оптимизировало переработку низкоценных углеродных отходов в современное топливо и восковые продукты. [36] Это подразделение также служит местом обучения эксплуатации завода Juniper GTL мощностью 1100 баррелей в день, построенного в Вестлейке, штат Луизиана.

UPM (Финляндия)

[ редактировать ]

В октябре 2006 года финский производитель бумаги и целлюлозы UPM объявил о своих планах производить биодизельное топливо с помощью процесса Фишера-Тропша наряду с производственными процессами на своих европейских бумажных и целлюлозных заводах, используя в качестве исходного материала биомассу отходов , образующихся в процессе производства бумаги и целлюлозы. [37]

Рентэк

[ редактировать ]

Демонстрационная установка Фишера-Тропша была построена и эксплуатируется компанией Rentech, Inc. в партнерстве с ClearFuels, компанией, специализирующейся на газификации биомассы. Предприятие, расположенное в Коммерс-Сити, штат Колорадо, производит около 10 баррелей в день (1,6 млн баррелей). 3 /г) топлива из природного газа. Объекты коммерческого масштаба были запланированы в Риальто, Калифорния ; Натчез, Миссисипи ; Порт-Сент-Джо, Флорида ; и Уайт-Ривер, Онтарио . [38] «Рентех» закрыла свой пилотный завод в 2013 году и отказалась от работ по процессу ФТ, а также от предлагаемых коммерческих объектов.

Технология ИНФРА GTL

[ редактировать ]

В 2010 году компания ИНФРА построила компактную пилотную установку по переработке природного газа в синтетическую нефть. На заводе смоделирован полный цикл химического процесса GTL, включая прием трубопроводного газа, удаление серы, паровую конверсию метана, кондиционирование синтез-газа и синтез Фишера-Тропша. В 2013 году первую опытную установку приобрело ООО «ВНИИГАЗ Газпром». В 2014 году ИНФРА ввела в эксплуатацию и на постоянной основе начала эксплуатировать новый, более масштабный опытный завод полного цикла. Он представляет собой второе поколение испытательной установки ИНФРА и отличается высокой степенью автоматизации и обширной системой сбора данных. В 2015 году ИНФРА построила собственный завод по производству катализаторов в Троицке (Москва, Россия). Завод по производству катализаторов имеет мощность более 15 тонн в год и производит уникальные запатентованные катализаторы Фишера-Тропша, разработанные научно-исследовательским подразделением компании. В 2016 году компания ИНФРА спроектировала и построила в Уортоне (штат Техас, США) модульную транспортабельную установку GTL (газ-жидкость) М100 для переработки природного и попутного газа в синтетическую нефть. Завод M100 работает как демонстрационная установка технологии, платформа для исследований и разработок по очистке катализаторов и экономическая модель для масштабирования процесса Infra GTL на более крупных и эффективных заводах. [39]

Другой

[ редактировать ]

В США и Индии некоторые угледобывающие штаты инвестировали в электростанции Фишера-Тропша. В Пенсильвании компания Waste Management and Processors, Inc. финансировалась государством для внедрения технологии FT, лицензированной Shell и Sasol, для переработки так называемых отходов угля (остатков процесса добычи) в дизельное топливо с низким содержанием серы. [40] [41]

Научные разработки

[ редактировать ]

Choren Industries построила завод в Германии , который перерабатывает биомассу в синтез-газ и топливо с использованием технологической структуры Shell FT. Компания обанкротилась в 2011 году из-за непрактичности процесса. [42] [43]

Газификация биомассы (БГ) и синтез Фишера-Тропша (ФТ) в принципе могут быть объединены для производства возобновляемого транспортного топлива ( биотоплива ). [44]

В партнерстве с Sunfire Audi производит E-дизель в небольших масштабах в два этапа, второй из которых — FT. [45]

Сертификация ВВС США

[ редактировать ]

Syntroleum , публичная американская компания, произвела более 400 000 галлонов США (1 500 000 л) дизельного и реактивного топлива по процессу Фишера-Тропша с использованием природного газа и угля на своем демонстрационном заводе недалеко от Талсы, Оклахома . Syntroleum работает над коммерциализацией своей лицензированной технологии Фишера-Тропша через заводы по переработке угля в жидкость в США, Китае и Германии, а также заводы по переработке газа в жидкость по всему миру. Ультрачистое топливо с низким содержанием серы, использующее в качестве сырья природный газ, было тщательно протестировано Министерством энергетики США и Министерством транспорта США . Компания Syntroleum работала над разработкой синтетической смеси реактивного топлива, которая поможет ВВС снизить зависимость от импортной нефти. Военно-воздушные силы, которые являются крупнейшим потребителем топлива в вооруженных силах США, начали изучать альтернативные источники топлива в 1999 году. 15 декабря 2006 года B-52, взлетел с базы ВВС Эдвардс в Калифорнии впервые приводимый в движение исключительно двигателем смесь 50–50 JP-8 и топливо FT Syntroleum. Семичасовые летные испытания были признаны успешными. Целью программы летных испытаний является квалификация топливной смеси для использования на самолетах 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 безопасных внутренних источников энергии для военных нужд. Пентагон надеется к 2016 году сократить использование сырой нефти иностранных производителей и получать около половины авиационного топлива из альтернативных источников. [46]

Повторное использование углекислого газа

[ редактировать ]

Диоксид углерода не является типичным сырьем для катализа ФТ. Водород и углекислый газ реагируют над катализатором на основе кобальта, образуя метан. С помощью катализаторов на основе железа также производятся ненасыщенные углеводороды с короткой цепью. [47] При введении в носитель катализатора церий действует как катализатор обратной конверсии водяного газа, еще больше увеличивая выход реакции. [48] Короткоцепочечные углеводороды были переведены в жидкое топливо на твердых кислотных катализаторах, таких как цеолиты .

Эффективность процесса

[ редактировать ]

При использовании традиционной технологии FT эффективность процесса варьируется от 25 до 50 процентов. [49] и термический КПД около 50% [50] для объектов CTL идеализирован на уровне 60% [51] с объектами GTL около 60% [50] эффективность идеализирована до 80% [51] эффективность.

Фишер-Тропш в природе

[ редактировать ]

Также было высказано предположение, что процесс типа Фишера-Тропша привел к образованию некоторых строительных блоков ДНК и РНК внутри астероидов . [52] Точно так же гипотетическое абиогенное нефтяное образование требует некоторых естественных процессов, подобных FT.

Биологическая химия типа Фишера-Тропша может осуществляться с помощью фермента нитрогеназы в условиях окружающей среды. [53] [54]

См. также

[ редактировать ]
  • Процесс Бергиуса - метод производства жидких углеводородов для использования в качестве синтетического топлива.
  • Газификация угля - Производство синтез-газа из угля.
  • Анализ Фишера - стандартизированный лабораторный тест для определения добычи нефти из обычных сланцев.
  • Гидрирование - химическая реакция между молекулярным водородом и другим соединением или элементом, общий термин для этого типа процесса.
  • Теория пика Хабберта - одна из основных теорий пика нефти.
  • Промышленный газ - газообразные материалы, производимые для использования в промышленности.
  • Процесс Каррика - процесс карбонизации при низкой температуре.
  • Реакция Сабатье - процесс метанирования углекислого газа водородом.
  • Паровой риформинг метана – метод получения водорода и окиси углерода из углеводородного топлива.
  • Программа синтетического жидкого топлива - программа для США.

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Хёк, Микаэль; Фантаццини, Дин; Ангелантони, Андре; Сноуден, Саймон (2013). «Сжижение углеводородов: жизнеспособность как стратегия смягчения последствий пика нефти» . Философские труды Королевского общества А. 372 (2006): 20120319. Бибкод : 2013RSPTA.37220319H . дои : 10.1098/rsta.2012.0319 . ПМИД   24298075 . Архивировано из оригинала 28 марта 2019 г. Проверено 3 июня 2009 г.
  2. ^ «Продукция, поставляемая в США для сырой нефти и нефтепродуктов» . tonto.eia.doe.gov . Архивировано из оригинала 28 февраля 2011 года . Проверено 3 апреля 2018 г.
  3. ^ Дэвис, С. Дж., Льюис, Н. С., Шанер, М., Аггарвал, С., Арент, Д., Азеведо, И. Л., Бенсон, С. М., Брэдли, Т., Брауэр, Дж., Чан, Ю. М. и Клак, Коннектикут, 2018. Энергетические системы с нулевыми выбросами. Наука, 360(6396), стр.eaas9793
  4. ^ Чен, Чи; Гаредью, Махлет; Шихан, Стаффорд В. (2022). «Одностадийное производство спиртов и парафинов из CO2 и H2 в тоннах» . Энергетические письма ACS . 7 (3): 988–992. doi : 10.1021/acsenergylett.2c00214 . S2CID   246930138 .
  5. ^ Тракимавичюс, Лукас (декабрь 2023 г.). «Миссия Net-Zero: прокладывая путь к использованию электронного топлива в вооруженных силах» . Центр передового опыта НАТО в области энергетической безопасности.
  6. ^ Арно де Клерк (2013). «Процесс Фишера-Тропша». Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . Вайнхайм: Wiley-VCH. стр. 1–20. doi : 10.1002/0471238961.fiscdekl.a01 . ISBN  978-0471238966 .
  7. ^ Перейти обратно: а б с Сухой, Марк Э. (2002). «Процесс Фишера-Тропша: 1950–2000». Катализ сегодня . 71 (3–4): 227–241. дои : 10.1016/S0920-5861(01)00453-9 .
  8. ^ Перейти обратно: а б с Канеко, Такао; Дербишир, Фрэнк; Макино, Эйитиро; Грей, Дэвид; Тамура, Масааки (2001). «Сжижение угля». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a07_197 . ISBN  9783527306732 .
  9. ^ Фраталокки, Лаура; Висконти, Карло Джорджо; Гроппи, Джанпьеро; Лиетти, Лука; Тронкони, Энрико (2018). «Усиление теплопередачи в трубчатых реакторах Фишера-Тропша за счет использования проводящих пенопластов». Химико-технологический журнал . 349 : 829–837. doi : 10.1016/j.cej.2018.05.108 . HDL : 11311/1072010 . ISSN   1385-8947 . S2CID   103286686 .
  10. ^ Гейтс, Брюс К. (февраль 1993 г.). «Расширение аналогии металлического кластера и поверхности металла». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 32 (2): 228–229. дои : 10.1002/anie.199302281 .
  11. ^ Перейти обратно: а б Шульц, Х. (1999). «Краткая история и современные тенденции синтеза Фишера-Тропша». Прикладной катализ А: Общие сведения . 186 (1–2): 3–12. дои : 10.1016/S0926-860X(99)00160-X .
  12. ^ Сасидхар, Наллапанени (ноябрь 2023 г.). «Углеродно-нейтральное топливо и химикаты от автономных заводов по переработке биомассы» (PDF) . Индийский журнал экологической инженерии . 3 (2): 1–8. дои : 10.54105/ijee.B1845.113223 . ISSN   2582-9289 . S2CID   265385618 . Проверено 3 декабря 2023 г.
  13. ^ Мулин, Джейкоб А.; Макки, Майкл; ван Дипен, Аннелис Э. (май 2013 г.). Технология химических процессов . Уайли. стр. 193–200. ISBN  978-1-4443-2025-1 .
  14. ^ Спат, Польша; Дейтон, округ Колумбия (декабрь 2003 г.). «Предварительный отбор — технико-экономическая оценка синтез-газа для топлива и химикатов с упором на потенциал синтез-газа, полученного из биомассы» (PDF) . НРЕЛ/TP510-34929 . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. п. 95. Архивировано из оригинала (PDF) 17 декабря 2008 г. Проверено 12 июня 2008 г.
  15. ^ Дойчманн, Олаф; Кноцингер, Гельмут; Кохлёфль, Карл; Турек, Томас (2011). «Гетерогенный катализ и твердые катализаторы, 3. Промышленное применение». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.o05_o03 . ISBN  978-3527306732 .
  16. ^ Перейти обратно: а б Ходаков Андрей Юрьевич; Чу, Вэй; Фонгарланд, Паскаль (1 мая 2007 г.). «Достижения в разработке новых кобальтовых катализаторов Фишера-Тропша для синтеза длинноцепочечных углеводородов и чистого топлива». Химические обзоры . 107 (5): 1692–1744. дои : 10.1021/cr050972v . ISSN   0009-2665 . ПМИД   17488058 .
  17. ^ «Технология преобразования газа в жидкость (GTL)» . Архивировано из оригинала 16 апреля 2015 года . Проверено 15 мая 2015 г.
  18. ^ Перейти обратно: а б Балонек, Кристина М.; Лиллебо, Андреас Х.; Рейн, Шреяс; Риттер, Эрлинг; Шмидт, Лэнни Д.; Холмен, Андерс (01 августа 2010 г.). «Влияние примесей щелочных металлов на Co-Re-катализаторы синтеза Фишера-Тропша из синтез-газа, полученного из биомассы». Письма о катализе . 138 (1–2): 8–13. дои : 10.1007/s10562-010-0366-4 . ISSN   1011-372X . S2CID   98234730 .
  19. ^ Хок, доктор медицины Арифул; Гусман, Марсело И.; Селег, Джон П.; Гнанамани, Мутху Кумар (21 октября 2022 г.). «Химическое состояние калия на поверхности оксидов железа: влияние концентрации предшественника калия и температуры прокаливания» . Материалы . 15 (20): 7378. Бибкод : 2022Mate... 15.7378H дои : 10.3390/ma15207378 . ISSN   1996-1944 гг . ПМЦ   9610504 . ПМИД   36295443 .
  20. ^ США 1746464 , выдан 11 февраля 1930 г.  
  21. ^ Перейти обратно: а б Лекель, Дитер (21 мая 2009 г.). «Производство дизельного топлива от Фишера-Тропша: прошлое, настоящее и новые концепции». Энергетика и топливо . 23 (5): 2342–2358. дои : 10.1021/ef900064c . ISSN   0887-0624 .
  22. ^ «Немецкие ученые по синтетическому топливу» . Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 года . Проверено 15 мая 2015 г.
  23. ^ Например, британский патент № 573982, подан в 1941 г., опубликован в 1945 г. «Усовершенствования методов производства углеводородных масел из газовых смесей водорода и монооксида углерода» (PDF) . 14 января 1941 года. Архивировано из оригинала (PDF) 17 декабря 2008 года . Проверено 9 ноября 2008 г.
  24. ^ Имхаузен, Артур (1943). «Синтез жирных кислот и его значение для обеспечения поставок жиров в Германию». Коллоидный журнал . 103 (2): 105–108. дои : 10.1007/BF01502087 . S2CID   93119728 .
  25. ^ Уитмор, Фрэнк К. (1951). Органическая химия . Dover Publications Inc. с. 256.
  26. ^ Перейти обратно: а б «Синтетическое мыло и пищевые жиры». Химический век . 54 : 308. 1946.
  27. ^ Майер, Эльке (апрель 2016 г.). «Уголь в жидкой форме» (PDF) . Исследования Макса Планка . Макс-Планк-Гезельшафт. стр. 78–79. Архивировано (PDF) из оригинала 1 ноября 2020 г. Проверено 19 декабря 2019 г.
  28. ^ Иде, Аарон Дж. (1964). Развитие современной химии . Харпер и Роу. п. 683.
  29. ^ Карл Местерс (2016). «Подборка последних достижений в химии C1». Ежегодный обзор химической и биомолекулярной инженерии . 7 : 223–38. doi : 10.1146/annurev-chembioeng-080615-034616 . ПМИД   27276549 .
  30. ^ Мелело К.Е.; Уолвин Д.Р. (1 сентября 2016 г.). «Факторы успеха коммерциализации технологии преобразования газа в жидкость» . Южноафриканский журнал делового менеджмента . 47 (3): 63–72. doi : 10.10520/EJC194106 (неактивен 31 января 2024 г.). {{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )
  31. ^ «Строительство первого в мире завода по синтезу». Архивировано 29 апреля 2022 г. в Wayback Machine Popular Mechanics , февраль 1952 г., стр. 264, внизу страницы.
  32. ^ «Технологии и процессы» Sasol. Архивировано 16 ноября 2008 г. в Wayback Machine.
  33. ^ «Технологии PetroSA готовы к следующему этапу | Архив | BDlive» . Businessday.co.za. 10 мая 2011 г. Архивировано из оригинала 3 апреля 2012 г. Проверено 5 июня 2013 г.
  34. ^ « Подготавливая почву для будущего малотоннажного GTL», «Переработка газа» . Август 2015 г. Архивировано из оригинала 9 сентября 2015 г. Проверено 6 ноября 2015 г.
  35. ^ «Frontline Bioenergy завершает финансирование серии B партнерства по газификации с ЮГК Энергия» . Апрель 2011 г. Архивировано из оригинала 3 января 2022 г. Проверено 3 января 2022 г.
  36. ^ «Успешная эксплуатация опытной установки Фишера-Тропша мощностью 1 баррель в день» . АЙШЕ. Апрель 2013 г. Архивировано из оригинала 03 января 2022 г. Проверено 3 января 2022 г.
  37. ^ «UPM-Kymmene обещает создать плацдарм на рынке биодизеля» . NewsRoom Финляндия. Архивировано из оригинала 17 марта 2007 г.
  38. ^ http://www.rentechinc.com/ Архивировано 27 ноября 2010 г. на Wayback Machine (официальный сайт).
  39. ^ «Журнал GEO ExPro» (PDF) . Том. 14, № 4 – 2017 Стр. 14–17 . Архивировано (PDF) из оригинала 21 августа 2018 г. Проверено 27 августа 2018 г.
  40. ^ «Губернатор Ренделл предлагает инновационное решение, помогающее удовлетворить энергетические потребности штата Пенсильвания» . Штат Пенсильвания. Архивировано из оригинала 11 декабря 2008 г.
  41. ^ «Швейцер хочет превратить уголь Оттер-Крик в жидкое топливо» . Биллингс Газетт. 2 августа 2005 г. Архивировано из оригинала 1 января 2009 г.
  42. ^ [1] Официальный веб-сайт Чорена
  43. ^ «Фэрли, Питер. Выращивание биотоплива – новые методы производства могут изменить нишевую технологию. Обзор технологий MIT , 23 ноября 2005 г.» . Архивировано из оригинала 9 августа 2020 года . Проверено 29 августа 2020 г.
  44. ^ Индервильди, Оливер Р.; Дженкинс, Стивен Дж.; Кинг, Дэвид А. (2008). «Механистические исследования горения и синтеза углеводородов на благородных металлах». Angewandte Chemie, международное издание . 47 (28): 5253–5. дои : 10.1002/anie.200800685 . ПМИД   18528839 . S2CID   34524430 .
  45. ^ «Audi активизирует исследования в области углеродно-нейтрального синтетического топлива с помощью новой экспериментальной установки электронного дизельного топлива; энергия в жидкости» . 08.11.2017.
  46. ^ Саморано, Марти (22 декабря 2006 г.). «Испытание синтетического топлива B-52: командир центра пилотирует первый полет B-52 ВВС, используя исключительно синтетическую топливную смесь во всех восьми двигателях». Новости и обзоры Aerotech .
  47. ^ Дорнер, Роберт; Деннис Р. Харди; Фредерик В. Уильямс; Хизер Д. Уиллауэр (2010). «Гетерогенная каталитическая конверсия CO 2 в углеводороды с добавленной стоимостью». Энергетическая среда. Наука . 3 (7): 884–890. дои : 10.1039/C001514H .
  48. ^ Дорнер, Роберт. «Каталитическая поддержка для использования в реакциях гидрирования углекислого газа» . Архивировано из оригинала 11 сентября 2014 г. Проверено 22 мая 2013 г.
  49. ^ Унру, Доминик; Пабст, Кира; Шауб, Георг (15 апреля 2010 г.). «Синтопливо Фишера-Тропша из биомассы: максимизация углеродной эффективности и выхода углеводородов». Энергетика и топливо . 24 (4): 2634–2641. дои : 10.1021/ef9009185 . ISSN   0887-0624 .
  50. ^ Перейти обратно: а б де Клерк 2011 г.
  51. ^ Перейти обратно: а б «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 28 апреля 2017 г. Проверено 26 марта 2013 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
  52. ^ Пирс, Бен К.Д.; Пудриц, Ральф Э. (2015). «Посев догенетической Земли: метеоритное изобилие азотистых оснований и потенциальные пути реакции». Астрофизический журнал . 807 (1): 85. arXiv : 1505.01465 . Бибкод : 2015ApJ...807...85P . дои : 10.1088/0004-637X/807/1/85 . S2CID   93561811 .
  53. ^ Герлах, Дейдра Л.; Ленерт, Николай (22 августа 2011 г.). «Химия Фишера-Тропша при комнатной температуре?» . Международное издание «Прикладная химия» . 50 (35): 7984–7986. дои : 10.1002/anie.201102979 . hdl : 2027.42/87158 . ISSN   1433-7851 . ПМИД   21761528 .
  54. ^ Ли, Чи Чунг; Ху, Илинь; Риббе, Маркус В. (6 августа 2010 г.). «Ванадийнитрогеназа снижает выбросы CO» . Наука . 329 (5992): 642. Бибкод : 2010Sci...329..642L . дои : 10.1126/science.1191455 . ISSN   0036-8075 . ПМК   3141295 . ПМИД   20689010 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Fischer–Tropsch_process&oldid=1233664611"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 1c632208bc76c3acaa5afcff6b072c03__1720587660
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/1c/03/1c632208bc76c3acaa5afcff6b072c03.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Fischer–Tropsch process - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)