Synteza Fischera-Tropscha

Z Wikipedii

Masz nowe wiadomości (różnica z poprzednią wersją).

Synteza Fischera-Tropscha (w skrócie synteza F-T lub FTS) to katalityczna reakcja chemiczna tworzenia węglowodorów z mieszaniny tlenku węgla i wodoru, czyli tak zwanego gazu syntezowego lub syngazu. Celem syntezy F-T jest produkcja paliw płynnych. Jedną z zalet syntezy F-T jest możliwość wytwarzania paliwa wolnego od związków siarki i azotu a przez to czystszego dla środowiska naturalnego.

Procesem Fischera-Tropscha zwyczajowo nazywa się proces chemicznego wytwarzania paliw przy wykorzystaniu syntezy F-T albo proces syntinowy, kóry składa się z trzech etapów:

Wytwarzania i przygotowania gazu syntezowego. Może on być otrzymywany m.in. z węgla - poprzez jego zgazowanie, gazu ziemnego - poprzez jego reforming jak i również z biomasy - np. w wyniku jej pirolizy. Ostatnia możliwość, choć dotychczas nieekonomiczna, może stanowić przyszłość dla tej technologii. W skład syngazu może również wchodzić dwutlenek węgla, który jest zdolny do współtworzenia łańcucha węglowodorowego. Wytwarzanie gazu syntezowego to w obecnym czasie najdroższy etap procesu pozyskiwania paliw. Na dzień dzisiejszy najpowszechniejsze jest pozyskiwanie syngazu w wyniku reformingu metanu (gazu ziemnego), proces taki nazywany jest procesem Fischera-Tropscha konwersji gazu do cieczy (z ang. a Fischer-Tropsch gas to liquid process, F-T GTL).
Konwersji gazu syntezowego, głównie do węglowodorów alifatycznych (głównego składnika benzyny) oraz wody.
Przygotowania i obróbki (głównie hydrokrakingu) do pożądanych produktów.

[edytuj] Katalizatory

Katalizatorami reakcji Fischeraa-Tropscha są tlenki metali: żelaza, kobaltu, rutenu i niklu. Ze względów ekonomicznych i technologicznych, w przemyśle znalazły zastosowanie jedynie katalizatory oparte na tlenkach kobaltu lub żelaza.

Ważnymi dodatkami do katalizatorów F-T są tzw. promotory. Do najważniejszych promotorów należą potaz i miedź, ale mogą to być również wapń, mangan, cez lub magnez. Dodatki promotorów zmieniają aktywność lub/i selektywność katalizatorów.

[edytuj] Stechiometryczne równania reakcji

Synteza F-T to dość skomplikowany proces podczas, którego zachodzi wiele reakcji chemicznych.

Podczas jej trwania powstają głównie proste węglowodory alifatyczne: alkany (parafiny) oraz alk-1-eny (1-olefiny) jak również alk-2-eny (2-olefiny). W mniejszych ilościach powstają inne izomery węglowodorów jak i związki tlenowe: głównie alkohole, ale również aldehydy, ketony, estry i kwasy organiczne. Podstawowym produktem ubocznym syntezy jest woda.

Ogólny zapis reakcji tworzenia węglowodorów może wyglądać następująco:

$nCO + (n + {m \over 2})H_2 \longrightarrow C_nH_m + nH_2O \,$

gdzie n określa liczbę atomów węgla, a m atomów wodoru w cząsteczce produktu.

Lub rozdzielnie dwie główne reakcje tworzenia węglowodorów:

reakcja tworzenia alkanów:

$nCO + (2n+1)H_2 \longrightarrow C_nH_{2n+2} + nH_2O \,$

reakcja tworzenia alkenów:

$nCO + 2n H_2 \longrightarrow C_nH_{2n} + nH_2O \,$

Inne przykładowe reakcje:

reakcja tworzenia alkoholi:

$nCO + 2nH_2 \longrightarrow C_nH_{2n+1}OH + (n-1)H_2O \,$

reakcja tworzenia aldehydów:

$(n+1)CO + (2n+1)H_2 \longrightarrow C_nH_{2n+1}CHO + nH_2O \,$

Najważniejszą reakcją uboczną syntezy FT jest reakcja konwersji gazu wodnego (z ang. water gas shift reaction, WGS).

$CO + H_2O \leftrightarrow CO_2 + H_2 \,$

Reakcja ta nie jest do końca niepożądana ze względu na zużywanie wody. Bardzo często, reakcja WGS osiąga stan równowagi.

Innymi, ubocznymi i skrajnie niepożądanymi są reakcje, w których powstaje węgiel atomowy $C_{(s)} \,$ . Węgiel ten osadza się na powierzchni katalizatora i powoduje jego dezaktywację.

reakcja Bouduarda:

$2CO \longrightarrow C_{(s)} + CO_2 \,$

reakcja tworzenia węgla z tlenku węgla i wodoru:

$CO + H_2 \longrightarrow C_{(s)} + H_2O \,$

Wszystkie reakcje zachodzące podczas syntezy Fischera-Tropscha są silnie egzotermiczne.

[edytuj] Mechanizm reakcji

[edytuj] Historia

W roku 1902, Sabatier i Senderens, jako pierwsi, zaobserwowali syntezę metanu z mieszaniny wodoru i tlenku węgla (3H_2 + 1CO) lub wodoru i dwutlenku węgla (3H_2 + 1CO_2) w obecności zredukowanego niklu w temperaturze 200-300^oC. Tą samą syntezę zaobserowwali w obecności zredukowanego kobaltu w temperaturze 270-300^oC. W roku 1913, Badische Anilin und Soda Fabrik opublikowali wyniki przeprowadzenia reakcji konwersji gazu syntezowego do produktów ciekłych, głównie związków tlenowych (alkoholi, kwasów, itp.) zawierających również małe ilości węglowodorów. Badania zostały przeprowadzone na katalizatorze osmowo-kobaltowym.

Po kliku latach swojej pracy w instytucie Kaiser-Wilhelm w Mülheim (Kaiser-Wilhelm Institute for Coal Research, Mülheim, Ruhr, Germany), dwaj badacze Franz Fischer i Hans Tropsch ogłosili zsyntezowanie produktu, który nazwali "synthol" i który zawierał głównie związki tlenowe, ale również i małą ilość węglowodorów (synteza została przeprowadzona na katalizatorze żelazowym). Przez następne kilkanaście lat synteza ta została przez nich dopracowana i wdrożona do przemysłu. W roku 1936 powstała pierwsza fabryka o wydajności 200 tys. ton węglowodorów na rok, a w roku 1943 pracowało już dziewięć fabryk produkujących łącznie 740 tys. ton paliw na rok. Niemieckie fabryki zamknięto pod koniec wojny a zainteresowanie reakcją przeniosło się głównie do Wielkiej Brytani i Stanów Zjednoczonych. Pojawienie się taniej ropy naftowej na początku lat 50-tych spowodowało znaczny spadek zainteresowania syntezą za wyjątkiem jedego przypadku. Sytuacja polityczna w Republice Południowej Afryki (nałożone embargo) jak i dostępność do taniego źródła węgla (kopanie odkrywkowe) spowodowały powstanie firmy SASOL, która w roku 1955 uruchomiła swoją pierwszą instalację przemysłową. W kolejnnych 30 latach powstały tam jeszcze dwie dodatkowe fabryki (SASOL II i III) produkujące łącznie prawie 4 miliony ton paliw rocznie.

Kryzys naftowy na początku lat 70-tych spowodował kolejne zainteresowanie syntezą F-T, ale na krótko - do ponowneogo spadku cen ropy w latach 80-tych. Zainteresowanie syntezą, w zmniejszonym stopniu utrzymało się jednak w Stanach Zjednoczonych, gdzie wiele ośrodków nadal prowadziło badania.

Ponowny sukcesywny wzrost cen ropy naftowej od początku lat 90-tych, jak i ciągłe obniżanie kosztów produkcji paliwa przy użyciu syntezy Fischera-Tropscha procentuje powstawaniem kolejnych fabryk w Norwegii (Statoil), Malezji (Shell) oraz Katarze (Sasol). Powstaje również kilka instalacji pilotażowych - w Oklahomie (ConocoPhiliphs i Syntroleum/Marathon), Japoni (JNOC), w RPA (PetroSA/Statoil) oraz na Alasce (BP).

Obecnie (2006) firma Shell realizuje ambitny plan budowy kilku fabryk na całym świecie (Argentyna, Australia, Egipt, Indonesja, Iran, Malezja, Trynidad), firmy Sasol i Chevron budują swoje fabryki w Nigerii i Australii oraz kilka potentatów naftowych w Katarze (Conoco, ExxonMobil, Marathon, Sasol i Shell). Wszystkie te ostatnie wykorzystują syntezę F-T w procesie konwersji gazu ziemnego, ze względu na jego niską cenę i łatwość wykorzystania.

W Polsce, ze względu na posiadane złoża węgla kamiennego, pożądany byłby proces wykorzystujący syntezę Fischera-tropscha właśnie do jego przetwarzania.

[edytuj] Bibliografia

Storch, H.H., Golumbic, N., Anderson, R.B., The Fischer-Tropsch and related syntheses, New York: Wiley, 1951
"Fischer-Tropsch rises yet again", Chemical Engineering, November 2005
Lech Nowicki, "Modelowanie kinetyki reakcji uwodornienia tlenków węgla na wybranych typach katalizatorów w układzie gaz-ciecz-ciało stałe", Zeszyty Naukowe Nr 835, Politechnika Łódzka, Łódź 2000

[edytuj] Linki zewnętrzne

Źródło: "http://pl.wikipedia.org../../../s/y/n/Synteza_Fischera-Tropscha_480d.html"

Kategorie: Energetyka • Reakcje chemiczne • Chemia metaloorganiczna

Synteza Fischera-Tropscha

Z Wikipedii

Spis treści

[edytuj] Katalizatory

[edytuj] Stechiometryczne równania reakcji

[edytuj] Mechanizm reakcji

[edytuj] Historia

[edytuj] Bibliografia

[edytuj] Linki zewnętrzne

Views

nawigacja

techniczne

zmiany

Szukaj

W innych językach