费托合成

Lurgi气化炉的方案

费托（Fischer-Tropsch）工艺包括一系列的生成多种烃类的化学反应，其中生产烷烃的用途较广，其反应方程式如下所示，其中烷烃用通式C_nH_2n+2表示：

(2n + 1) H₂ + n CO → C_nH_(2n+2) + n H₂O

其中的N通常是10-20，甲烷（N=1）是无用的产物。生成的烷烃大多数倾向于成直链，适合作为柴油燃料。除了烷烃以外，还会有少量的烯烃、醇类和其它含氧烃作为副产物生成。[3]

在各种金属催化剂上CO＋H₂可能同时发生的合成反应有：

• 烃类（烷烃和烯烃）的合成

${\displaystyle {\rm {\ {\mathit {m}}CO+(2{\mathit {m}}+1)H_{2}\rightarrow C_{\mathit {m}}H_{2{\mathit {m}}+2}+{\mathit {m}}H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\rm {\ {\mathit {m}}CO+2{\mathit {m}}H_{2}\rightarrow C_{\mathit {m}}H_{2{\mathit {m}}}+{\mathit {m}}H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\rm {\ 2{\mathit {m}}CO+({\mathit {m}}+1)H_{2}\rightarrow C_{\mathit {m}}H_{2{\mathit {m}}+2}+{\mathit {m}}CO_{2}}}}$

• 含氧化合物（甲醇及高级醇类）的合成

${\displaystyle {\rm {\ CO+2H_{2}\rightarrow CH_{3}OH}}}$

${\displaystyle {\rm {\ {\mathit {n}}CO+2{\mathit {n}}H_{2}\rightarrow C_{\mathit {n}}H_{2{\mathit {n}}+1}OH+({\mathit {n}}-1)H_{2}O}}}$

• 副反应

${\displaystyle {\rm {\ CO+H_{2}O\rightarrow CO_{2}+H_{2}}}}$

${\displaystyle {\rm {\ 2CO\rightarrow CO_{2}+C}}}$

${\displaystyle {\rm {\ CO+H_{2}\rightleftharpoons C+H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\rm {\ C+{\mathit {x}}M\rightarrow M_{\mathit {x}}C}}}$

钴

钴基催化剂具有高活性，尽管铁可能更适合某些应用。 当原料是天然气时，钴催化剂对于费托合成更具活性。 天然气具有高氢碳比，因此钴催化剂不需要水煤气变换。 对于较低质量的原料，例如煤或生物质，铁催化剂是优选的。 从这些贫氢原料中提取的合成气氢含量低，需要进行水煤气变换反应。 与用于此过程的其他金属（Co、Ni、Ru）在合成过程中保持金属状态不同，铁催化剂在反应过程中倾向于形成许多相，包括各种氧化物和 碳化物。 控制这些相变对于保持催化活性和防止催化剂颗粒分解可能很重要。

甲爪基九羰基三钴是一种分子，说明了推测在费-托过程中发生的还原碳种类。

除了活性金属外，催化剂通常还含有许多“促进剂”，包括钾和铜。第1族碱金属，包括钾，是钴催化剂的毒物，但对铁催化剂是促进剂。 催化剂负载在高表面积的粘合剂/载体上，例如二氧化硅、氧化铝或沸石[4]。促进剂对活性也有重要影响。 碱金属氧化物和铜是常见的促进剂，但配方取决于主要金属，铁与钴[5]。钴催化剂上的碱金属氧化物通常会导致活性严重下降，即使在碱负载量非常低的情况下也是如此。C_≥5和 CO₂选择性增加，而甲烷和C₂–C₄选择性降低。 此外，烯烃与烷烃的比例增加。

费托合成催化剂对含硫化合物的中毒很敏感。 钴基催化剂比铁基催化剂更敏感。

位于奥地利布尔根兰州居辛市，流化床气化与费托合成试点工厂, 利用木屑生物质(2006年)

费托合成已被应用在大型的天然气液化和煤炭液化设施中：比如在卡塔尔的拉斯拉凡市的壳牌公司珍珠天然气制油设施。这种大型设施很容易受到高资本成本，高运行和维护费用，不确定和不稳定原油价格，以及环境保护问题的影响。

薩索爾公司(SASOL)

薩索爾公司在南非塞昆達市的工廠

費托研究反應炉

薩索爾公司CTL-加油站, 位于南非的Bobsburg市

最大規模的實施費托技術是在南非的薩索爾公司（SASOL）的在一系列的工廠。南非是同樣擁有充足、易於開采的煤炭資源並且不得不進口原油的一个国家。第一座工廠在1952年开启，位于首都约翰内斯堡以南40英里。[13]薩索爾公司使用煤和現在的天然氣作為原料生產各種合成石油產品，包括该國家的大多數柴油。[14]

工廠由特別成立的薩索爾在德國"液化空气"公司 (Lurgi AG) 的參與下建造。 薩索爾1廠 (Sasol 1) 試驗工廠設計為每天約 6,000 桶燃料。 由於油價下跌，燃料生產變得無利可圖，因此該工廠轉而生產高價蠟。

從 1980 年開始，由於南非的政治發展，能力得到顯著擴展。 薩索爾於 1980 年和 1982 年委託薩索爾2廠 (Sasol II) 和薩索爾3廠 (Sasol III)。 因此，總產能為 104,000 桶/天。 由於硬煤在露天採礦中的開採成本相對較低，因此 2006 年該國約 40% 的燃料需求仍來自燃煤汽油。 由南非政府資助的費托工廠於 1992 年在莫塞爾灣投入運營，並使用離岸提取的天然氣進行運營。

薩索爾公司在2012年12月宣布，計劃在路易斯安那州的韦斯特莱克建立一個日產96,000桶的工廠，從在路易斯安那州和得克薩斯州的緊頁岩層中的天然氣作為原料。成本估計為$110億和$120億美元之間，有來自路易斯安那州的$20億美元的稅收減免。計劃中的工廠將包括一個煉油廠和化工廠。[15]

2017年11月，薩索爾公司取消了在路易斯安那州韦斯特莱克（Westlake）建设煤制油(GTL)工厂的计划[16][17]。

使用传统的费托合成技术，该工艺的碳效率从25％到50％[24]，热效率约为50％[25]，对于CTL设备理想化率为60％[26]，GTL设备的效率约为60％[25]理想化到80％[26]的效率。

• （英文） Klerk, Arno de. 1st. Weinheim, Germany: Wiley-VCH. 2011. ISBN 9783527326051.
• （英文） Klerk, Arno de., Edward Furimsky. . Cambridge: RSC Publishing. 2010.