stringtranslate.com

Процесс Фишера-Тропша

Процесс Фишера -Тропша (FT) представляет собой набор 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

Метилидинтрикобальтнонакарбонил — 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

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:

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 . Предполагается, что лиганд CO подвергается диссоциации, возможно, на оксидные и карбидные лиганды. [10] 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, 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. Использование меченных 14 C этилена и пропена на кобальтовых катализаторах приводит к включению этих олефинов в растущую цепь. Таким образом, реакция роста цепи, по-видимому, включает как «внедрение олефина», так и «введение CO». [11]

8 СО + 17 Н 2 → С 8 Н 18 + 8 Н 2 О

Сырье: газификация

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 обеспечения всех энергетических потребностей процесса.

Сырье: СЖТ

Оксид углерода для катализа ФТ получают из углеводородов. В технологии газожидкости (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.

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

Для регулирования соотношения H 2 :CO используют несколько реакций . 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 , в ходе которого метан преобразуется в CO и H2 :

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 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 через образование 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 железному катализатору реакции конверсии водяного газа . 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

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

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

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

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)

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 дистиллятов тяжелой нефти) была внедрена компанией Hydrocarbon Research в 1946–1950 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 внедрен 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 порошковым железным суспензионным катализатором и синтез-газом с высоким содержанием CO была специально разработана 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

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

W н/нзнак равно (1 - α ) 2 α 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

Катализаторами процесса Фишера-Тропша являются четыре металла : 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 выделяет слишком много метана, поэтому он не используется. [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

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 мас.% K 2 O ). 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
2О
3для 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] Хотя 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

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 ученых, занимающихся синтетическим топливом в рамках операции «Скрепка» , на заводе Фишера-Тропша в Луизиане, штат Миссури .

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 цитата ]

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, а пищевые жиры получали из C
9- С
16фракция [25] , прореагировавшая с глицерином , такая как синтезированная 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

Газификация в кипящем слое с помощью FT-пилота в Гюссинге , Бургенланд, Австрия. Управляется SGCE и Velocys.

Рас Лаффан, 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 температуре 230 °C, преобразуя природный газ в нефтяные жидкости со скоростью 140 000 баррелей в день (22 000 м 3 /день), с дополнительным производством 120 000 баррелей (19 000 м 3 ) нефтяного эквивалента в жидком природном газе и этан .

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

Сасоль

Гараж SASOL в Гаутенге

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. Производительность 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

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

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

Велоцис

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

Начав в качестве лицензиара технологии биомассы [35] Летом 2012 года SGC Energia (SGCE) успешно ввела в эксплуатацию пилотную многотрубную технологическую установку Фишера-Тропша и связанные с ней установки по модернизации продукции в Технологическом центре Пасадены, штат Техас. Технологический центр сосредоточился на разработке и эксплуатации своего решения XTLH, которое оптимизировало переработку потоков 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 Уэстлейке, штат Луизиана.

UPM (Финляндия)

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

Рентэк

Демонстрационная установка Фишера-Тропша была построена и эксплуатируется компанией Rentech, Inc. в партнерстве с ClearFuels, компанией, специализирующейся на газификации биомассы. Расположенный в Коммерс-Сити, штат Колорадо, завод производит около 10 баррелей в день (1,6 м 3 /день) 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

В 2010 году компания ИНФРА построила компактную опытную 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

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

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]

Газификацию биомассы (БГ) и синтез Фишера-Тропша (ФТ) в принципе можно объединить для производства возобновляемого транспортного топлива ( биотоплива ). [44]

Ауди

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

Сертификация ВВС США

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 с базы ВВС Эдвардс в Калифорнии впервые взлетел B-52 , приводимый в движение исключительно двигателем Смесь JP-8 и топлива Syntroleum FT 50–50. 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. [45]

Повторное использование углекислого газа

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. [46] При введении в носитель катализатора церий действует как катализатор обратной конверсии водяного газа, еще больше увеличивая выход реакции. [47] Короткоцепочечные углеводороды были преобразованы в жидкое топливо на твердых кислотных катализаторах, таких как цеолиты .

Эффективность процесса

При использовании традиционной технологии FT эффективность процесса варьируется от 25 до 50 процентов [48] и термический КПД около 50% [49] для установок CTL, идеализированных на уровне 60% [50] , а для установок GTL с эффективностью около 60% [49]. идеализирован до 80% [50] эффективности.

Фишер-Тропш в природе

Также было высказано предположение, что процесс типа Фишера-Тропша привел к образованию некоторых строительных блоков ДНК и РНК внутри астероидов . [51] Точно так же гипотетическая абиогенная нефтяная формация требует некоторых естественных процессов, подобных FT.

Биологическая химия типа Фишера-Тропша может осуществляться с помощью фермента нитрогеназы в условиях окружающей среды. [52] [53]

Смотрите также

Рекомендации

  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 . PMID  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. ^ abc Dry, Марк Э. (2002). «Процесс Фишера-Тропша: 1950–2000». Катализ сегодня . 71 (3–4): 227–241. дои : 10.1016/S0920-5861(01)00453-9.
  8. ^ abc 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. ^ Аб 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, Мишель; 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 использования синтез-газа в топливе и химикатах с упором на потенциал получения 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. ^ аб 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. ^ аб Балонек, Кристин 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 Кумаран (21 октября 2022 г.). «Химическое состояние калия на поверхности оксидов железа: влияние концентрации прекурсора 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. ^ Аб 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, поданный в 1941 г., опубликованный в 1945 г. «Усовершенствования в методах производства углеводородных масел из газообразных смесей водорода и монооксида углерода или относящиеся к ним» (PDF) . 14 января 1941 года. Архивировано из оригинала (PDF) 17 декабря 2008 года . Проверено 9 ноября 2008 г.
  24. ^ Имхаузен, Артур (1943). «Die Fettsäure-Synthese und ihre Bedeutung für die Sicherung der deutschen Fettversorgung». Коллоид-Zeitschrift . 103 (2): 105–108. дои : 10.1007/BF01502087. S2CID  93119728.
  25. ^ Уитмор, Фрэнк К. (1951). Органическая химия . Dover Publications Inc. с. 256.
  26. ^ ab «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.Э.; 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. ^ «Технология PetroSA готова 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 меньшего масштаба 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, партнерство по газификации с SGC Energia» . Апрель 2011 г. Архивировано из оригинала 3 января 2022 г. Проверено 3 января 2022 г.
  36. ^ «Успешная эксплуатация опытного завода 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. PMID  18528839. S2CID  34524430.
  45. ^ 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 .
  46. ^ 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.
  47. ^ Дорнер, Роберт. «Каталитическая поддержка для использования в реакциях гидрирования углекислого газа». Архивировано из оригинала 11 сентября 2014 г. Проверено 22 мая 2013 г.
  48. ^ 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.
  49. ^ Аб де Клерк 2011
  50. ^ ab «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 )
  51. ^ 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.
  52. ^ Герлах, Дейдра Л.; Ленерт, Николай (22 августа 2011 г.). «Химия Фишера-Тропша при комнатной температуре?». Angewandte Chemie, международное издание . 50 (35): 7984–7986. дои : 10.1002/anie.201102979. hdl : 2027.42/87158 . ISSN  1433-7851. ПМИД  21761528.
  53. ^ 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

Внешние ссылки