Fischer-Tropsch 과정

Fischer–Tropsch process

Fischer-Tropsch 공정(FT)은 합성가스로 알려진 일산화탄소와 수소의 혼합물을 액체 탄화수소로 전환하는 화학 반응의 집합체입니다. 이러한 반응은 일반적으로 150 ~ 300 °C (302 ~ 572 °F)의 온도와 1 ~ 수십 기압의 압력에서 금속 촉매가 존재할 때 발생합니다. Fischer-Tropsch 공정은 액체 탄화수소를 생산하기 위한 액체 기술에 대한 석탄 액화와 가스 모두에서 중요한 반응입니다.[1]

일반적인 구현에서 FT의 공급 원료인 일산화탄소와 수소는 가스화라고 알려진 과정에서 석탄, 천연 가스 또는 바이오매스로부터 생산됩니다. 그런 다음 이 가스를 합성 윤활유와 합성 연료로 전환합니다.[2] 이 프로세스는 저유황 디젤 연료의 공급원으로서 석유 유래 탄화수소의 공급 또는 비용을 해결하기 위해 간헐적으로 관심을 받아 왔습니다. Fischer-Tropsch 공정은 CO와2 수소로부터 탄소 중립 액체 탄화수소 연료를 생산하는 단계로 논의됩니다.[3][4][5]

이 과정은 1925년 독일 뮐하임 안 데어 루르에 있는 카이저 빌헬름 석탄 연구소에서 프란츠 피셔와 한스 트로프쉬에 의해 처음 개발되었습니다.[6]

반응 메커니즘

Methylidine ­tricobalt ­nacarbonyl은 Fischer-Tropsch 과정에서 발생하는 것으로 추측되는 환원된 탄소 종의 종류를 보여주는 분자입니다.

Fischer-Tropsch 공정은 다양한 탄화수소를 생산하는 일련의 화학 반응을 수반하며, 이상적으로 화학식 (CHn2n+2)를 갖습니다. 더 유용한 반응은 다음과 같이 알칸을 생성합니다.[7]

(2n + 1) H2 + n CO → CnH2n+2 + n H2O

여기서 n은 일반적으로 10~20입니다. 메탄의 생성(n = 1)은 원하지 않습니다. 생산되는 대부분의 알칸은 곧은 사슬로 디젤 연료로 적합한 경향이 있습니다. 알칸 생성 외에도, 경쟁 반응은 알코올 및 기타 산소화 탄화수소뿐만 아니라 소량의 알켄을 제공합니다.[8]

이 반응은 -165 kJ/mol CO가 결합된 표준 반응 엔탈피(THE δH)로 인한 고도의 발열 반응입니다.

Fischer-Tropsch 중간체와 원소 반응

H와2 CO의 혼합물을 지방족 생성물로 전환하는 것은 여러 중간 화합물과의 다단계 반응입니다. 탄화수소 사슬의 성장은 탄소와 산소에 수소 원자가 추가되고 C-O 결합이 분할되며 새로운 C-C 결합이 형성되는 반복적인 순서를 포함하는 것으로 시각화될 수 있습니다. CO + 2 H → (CH) + HO에 의해 생성되는 하나의 –CH– 그룹에 대해서는 다음과 같은 몇 가지 반응이 필요합니다.

  • CO의 연상흡착
  • C-O 결합의 분할
  • 2 H의 해리흡착2
  • 22 H를 산소에 전달하여 HO를 생성합니다.
  • HO탈착2
  • 탄소에 2H를 옮겨 CH를2 생성합니다.

CO를 알칸으로 전환하는 과정은 CO의 수소화, C-O 결합의 수소 분해(H로2 절단), C-C 결합의 형성을 포함합니다. 이러한 반응은 표면 결합 금속 카르보닐의 초기 형성을 통해 진행되는 것으로 가정됩니다. CO 리간드는 아마도 산화물 및 탄화물 리간드로 해리되는 것으로 추측됩니다.[10] 다른 잠재적인 중간체는 포르밀(CHO), 히드록시카르벤(HCOH), 히드록시메틸(CHOH2), 메틸(CH3), 메틸렌(CH2), 메틸리딘(CH) 및 히드록시메틸리딘(COH)을 포함하는 다양한1 C 단편들입니다. 또한 이동 삽입과 같은 C-C 결합을 형성하는 반응은 액체 연료의 생산에 매우 중요합니다. 많은 관련 화학량론적 반응이 이산 금속 클러스터에서 시뮬레이션되었지만 균질한 Fischer-Tropsch 촉매는 상업적으로 중요하지 않습니다.

공급 스트림에 등방성 라벨이 붙은 알코올을 첨가하면 제품에 알코올이 포함됩니다. 이 관찰을 통해 C–O 본드 스크리닝의 설비가 확립됩니다. 코발트 촉매 위에 C-표지된 에틸렌과 프로펜을 사용하면 이러한 올레핀이 성장 사슬에 통합됩니다. 따라서 연쇄 성장 반응은 '올레핀 삽입'과 'CO-삽입'을 모두 포함하는 것으로 보입니다.[11]

8 CO + 17 H → CH + 8 HO

공급재고: 가스화

Fischer–Tropsch 플랜트는 바이오매스, 석탄 또는 관련 고체 공급 원료(탄소 공급원)와 관련하여 먼저 고체 연료를 가스로 전환해야 합니다. 이러한 가스에는 CO, H 및2 알칸이 포함됩니다. 이러한 전환을 가스화라고 합니다.[12] 합성 가스("syngas")는 바이오매스/석탄 가스화로부터 얻어지는데 수소와 일산화탄소의 혼합물입니다. 물-가스2 이동 반응을 이용하여 H:CO 비율을 조절합니다. 석탄 기반 FT 플랜트는 가스화 과정의 에너지원에 따라 다양한 양의 CO를2 생성합니다. 그러나 대부분의 석탄 기반 공장은 공정의 모든 에너지 요구 사항을 공급하기 위해 공급 석탄에 의존합니다.

공급재고: GTL

FT 촉매용 일산화탄소는 탄화수소에서 추출됩니다. GTL(Gas to Liquid) 기술에서 탄화수소는 종종 폐기되거나 연소되는 저분자 물질입니다. 좌초된 가스는 비교적 저렴한 가스를 제공합니다. GTL이 상업적으로 실행 가능하려면 가스가 석유보다 상대적으로 저렴한 상태를 유지해야 합니다.

FT 촉매에 필요한 기체 반응물을 얻기 위해서는 여러 반응이 필요합니다. 첫째, 반응기로 들어가는 반응 가스를 탈황해야 합니다. 그렇지 않으면 황을 포함한 불순물이 FT 반응에 필요한 촉매를 비활성화("poison")시킵니다.[8][7]

H를2 조정하기 위해 여러 가지 반응이 사용됩니다.CO 비율. 가장 중요한 것은 일산화탄소를 희생시키면서 수소 공급원을 제공하는 물-가스 이동 반응입니다.[8]

메탄을 공급 원료로 사용하는 FT 플랜트의 경우, 또 다른 중요한 반응은 메탄을 CO와 H로2 전환하는 건식 개질입니다.

공정조건

일반적으로 Fischer-Tropsch 공정은 150~300°C(302~572°F)의 온도 범위에서 작동됩니다. 온도가 높을수록 반응이 빨라지고 전환율이 높아지지만 메탄 생성을 선호하는 경향도 있습니다. 이 때문에 보통 온도는 범위의 낮은 부분부터 중간 부분까지 유지됩니다. 압력을 증가시키면 전환율이 높아지며 또한 긴 사슬로 된 알칸의 형성을 촉진하는데, 이 둘은 모두 바람직합니다. 일반적인 압력은 1기압에서 수십기압까지 다양합니다. 더 높은 압력은 유리할 수 있지만, 이러한 이점은 고압 장비의 추가 비용을 정당화하지 못할 수 있으며, 더 높은 압력은 코크스 형성을 통한 촉매 비활성화로 이어질 수 있습니다.

다양한 합성 가스 조성을 사용할 수 있습니다. 코발트계 촉매의 경우 최적의2 H:CO 비율은 약 1.8–2.1입니다. 철 기반 촉매는 철 촉매의 고유한 물-가스 이동 반응 활성으로 인해 더 낮은 비율을 견딜 수 있습니다. 이러한 반응성은 비교적 낮은2 H를 갖는 경향이 있는 석탄 또는 바이오매스로부터 유래된 합성 가스에 중요할 수 있습니다.CO 비율(< 1).

Fischer-Tropsch 공정 반응기 설계

이러한 반응은 높은 발열성을 특징으로 하기 때문에 원자로에서 열을 효율적으로 제거하는 것이 FT 원자로의 기본적인 필요성입니다. 원자로는 다음과 같은 네 가지 유형이 논의됩니다.

다관식 고정상 원자로

이 유형의 반응기에는 직경이 작은 여러 튜브가 있습니다. 이 튜브는 촉매를 포함하고 있으며 반응의 열을 제거하는 냉각수로 둘러싸여 있습니다. 고정층 원자로는 저온에서 운전하기에 적합하며, 상한 온도는 257°C(530K)입니다. 과도한 온도는 탄소 침적을 유발하여 원자로를 막습니다. 형성된 생성물의 많은 양이 액체 상태이므로 이러한 유형의 반응기는 트리클 흐름 반응기 시스템이라고도 할 수 있습니다.

고정식 유동식 원자로

이 유형의 반응기에는 열을 제거하는 두 개의 열교환기 뱅크가 포함되어 있으며 나머지 뱅크는 제품에 의해 제거되고 시스템에서 재활용됩니다. 무거운 왁스의 형성은 촉매에 응축되어 응집을 형성하기 때문에 피해야 합니다. 이것은 유동화로 이어집니다. 따라서 라이저는 297°C(570K)에 걸쳐 작동됩니다.

슬러리 원자로

열 제거는 내부 냉각 코일에 의해 이루어집니다. 합성 가스는 액체 매체에 현탁된 왁스 생성물과 미세하게 분할된 촉매를 통해 버블링됩니다. 이것은 또한 원자로 내용물의 교반을 제공합니다. 촉매 입자 크기는 확산 열 및 물질 전달 제한을 줄입니다. 반응기의 온도가 낮을수록 점성이 높은 제품이 생성되고 온도가 높을수록(> 297 °C, 570 K) 바람직하지 않은 제품 스펙트럼이 생성됩니다. 또한 촉매로부터 제품의 분리도 문제입니다.

유동층 및 순환 촉매(라이저) 반응기

이들은 고온 FT 합성(거의 340°C)에 사용되어 알칼리화된 융합 철 촉매에서 저분자량 불포화 탄화수소를 생성합니다. 유체 기반 기술(중질 석유 증류액의 촉매 크래킹에서 파생된 것)은 1946-50년에 탄화수소 연구에 의해 도입되어 '하이드로콜' 공정으로 명명되었습니다. 1951-57년 텍사스 브라운스빌에서 대규모 피셔-트롭쉬 하이드로콜 공장(연간 35만 톤)이 가동되었습니다. 기술적인 문제와 증가하는 석유 가용성으로 인한 비현실적인 경제성으로 인해 이 개발은 중단되었습니다. Fluid-bed FT 합성은 Sasol에 의해 재조사되었습니다. 연간 50만톤 규모의 원자로 1기가 가동 중입니다. 이2 공정은 C 및 C 알켄7 생산에 사용되었습니다. 순환 철 촉매를 사용한 고온 공정('순환 유체층', '상승 반응기', '기동 촉매 공정')은 1956년 켈로그 회사와 사솔에 건설된 각각의 공장에 의해 도입되었습니다. 성공적인 운영을 위해 사솔에서 개선하였습니다. 남아프리카 세쿤다에서, 사솔은 각각 연간 약 33만 톤의 용량을 가진 이 유형의 첨단 원자로 16기를 운영했습니다. 순환 촉매 공정은 유체 베드 기술로 대체할 수 있습니다. 오일에 현탁된 코발트 촉매 입자를 사용한 초기 실험은 Fischer에 의해 수행되었습니다. 특히 1953년 라인프레우벤사의 쾰벨은 분말 형태의 철 슬러리 촉매와 CO가 풍부한 합성가스를 사용한 버블 컬럼 반응기를 개발하여 공장 규모를 시험했습니다. 1990년부터 저온 FT 슬러리 공정은 철과 코발트 촉매의 사용, 특히 탄화수소 왁스의 생산을 위해 엑손과 사솔에 의해 수소 분해되고 이성질화되어 디젤 연료를 생산하기 위해 연구되고 있습니다. 슬러리상(버블 컬럼) 저온 FT 합성이 효율적입니다. 이 기술은 또한 해상 유전의 관련 가스를 탄화수소 액체로 변환하기 위한 선박에 사용하기 위해 Statoil Company(노르웨이)에 의해 개발되고 있습니다.[13]

상품유통

일반적으로 Fischer-Tropsch 과정에서 생성된 탄화수소의 제품 분포는 Anderson-Schulz-를 따릅니다.플로리 분포,[14] 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

W/n = (1 - α)α

여기서 W는n n개의 탄소 원자를 포함하는 탄화수소의 중량 분율이고, α는 사슬 성장 확률 또는 분자가 더 긴 사슬을 형성하기 위해 계속 반응할 확률입니다. 일반적으로 α는 촉매와 특정 공정 조건에 의해 크게 결정됩니다.

위의 식을 조사하면 α가 0.5 미만인 한 메탄은 항상 가장 큰 단일 생성물이 될 것임을 알 수 있습니다. 그러나 α를 1에 가깝게 증가시키면 여러 가지 긴 사슬로 된 생성물의 합계에 비해 형성되는 메탄의 총량을 최소화할 수 있습니다. α가 증가하면 장쇄 탄화수소의 형성이 증가합니다. 매우 긴 사슬로 된 탄화수소는 왁스로 상온에서 고체입니다. 따라서 액체 운송 연료의 생산을 위해서는 FT 제품의 일부를 깨야 할 수도 있습니다. 이를 방지하기 위해 일부 연구자들은 일부 특성 크기(일반적으로 n < 10)보다 긴 탄화수소 형성을 제한할 수 있는 고정된 크기의 기공을 가진 제올라이트 또는 다른 촉매 기질을 사용할 것을 제안했습니다. 이렇게 하면 많은 긴 사슬 탄화수소를 생성하지 않고도 메탄 생성을 최소화할 수 있습니다. 그러한 노력은 제한된 성공을 거두었을 뿐입니다.

촉매제

Fischer-Tropsch 공정의 촉매로는 철, 코발트, 니켈, 루테늄 등 4가지 금속이 활성화되어 있습니다. FT 공정은 일반적으로 저렴한 전구체를 추가 정제가 필요한 복잡한 혼합물로 변형시키기 때문에 FT 촉매는 저렴한 금속, 특히 철과 코발트를 기반으로 합니다.[15][16] 니켈은 메탄이 너무 많이 발생하기 때문에 사용하지 않습니다.[7]

일반적으로 이러한 이종 촉매는 질산철 용액으로부터 침전을 통해 얻어집니다. 이러한 용액은 촉매 지지체 상에 금속염을 증착하는 데 사용될 수 있습니다(아래 참조). 이러한 처리된 물질은 CO, H2 또는 처리될 공급 원료와 함께 가열함으로써 활성 촉매로 변환됩니다. 즉, 촉매는 제자리에서 생성됩니다. FT 프로세스의 다단계 특성으로 인해 촉매 활성 종의 분석이 어렵습니다. 또한, 철 촉매에 대해서도 알려져 있는 바와 같이, 다수의 상이 공존할 수 있으며, 반응에 있어서 다양한 단계에 참여할 수 있습니다. 이러한 상에는 금속의 다형성뿐만 아니라 다양한 산화물과 탄화물이 포함됩니다. 이러한 구성 요소에 대한 통제는 제품 유통과 관련이 있을 수 있습니다. 철과 코발트 외에도 니켈과 루테늄은 CO/H2 혼합물을 탄화수소로 전환하는 데 활성화되어 있습니다.[11] 루테늄은 비싸지만 가장 낮은 반응 온도에서 작동하고 분자량이 높은 탄화수소를 생성한다는 점에서 피셔-트롭쉬 촉매 중 가장 활성이 높습니다. 루테늄 촉매는 프로모터 없이 금속으로 구성되어 기계론적 분석에 적합한 비교적 간단한 시스템을 제공합니다. 가격이 비싸서 산업용으로 적용할 수 없습니다. 코발트 촉매는 공급 원료가 천연가스일 때 FT 합성에 더 활성화됩니다. 천연가스는 탄소에 대한 수소 비율이 높아 코발트 촉매의 경우 물-가스 전환이 필요하지 않습니다. 코발트 기반 촉매는 철보다 더 민감합니다.

실제 촉매 선택의 예로, 330-350 °C에서 작동하는 고온 Fischer-Tropsch(HTFT)는 철 기반 촉매를 사용합니다. 사솔은 이 과정을 석탄-액체 공장(CTL)에서 광범위하게 사용했습니다. 저온 Fischer–Tropsch(LFT)는 철 또는 코발트계 촉매를 사용합니다. 이 공정은 Shell이 말레이시아 빈툴루(Bintulu)에 운영하고 건설한 최초의 통합 GTL-플랜트에서 사용되는 것으로 가장 잘 알려져 있습니다.[17]

프로모터 및 지원

촉매는 활성 금속(일반적으로 Fe 또는 Co) 외에도 프로모터와 촉매 지지체 등 두 가지 구성 요소로 구성됩니다. 촉진제는 촉매의 거동을 향상시키는 첨가제입니다. F-T 촉매의 경우 보통 염으로 첨가되는 칼륨과 구리를 포함한 대표적인 촉진제입니다. 프로모터의 선택은 철 대 코발트의 1차 금속에 따라 다릅니다.[18] 철 촉매는 높은 활성과 안정성(예: 0.5 wt% KO2)을 얻기 위해 알칼리 촉진이 필요합니다. 환원 촉진을 위한 Cu의 첨가, SiO의
2 첨가, 구조 촉진을 위한 AlO
2
3 및 일부 망간의 첨가는 선택성 제어(예를 들어, 높은 올레핀성)에 적용될 수 있습니다. 프로모터의 선택은 1차 금속, 즉 철 대 코발트에 달려 있습니다.[19] 1족 알칼리 금속(예: 칼륨)은 철 촉매에 도움이 되지만 코발트 촉매에는 독이 됩니다.

촉매는 실리카, 알루미나 또는 제올라이트와 같은 높은 표면적 바인더/지지체에 지지됩니다.[16]

역사

독일 뮐하임 안 데어 루어 석탄연구소의 막스 플랑크 연구소.

F-T 공정은 나치 독일이 액체 탄화수소를 생산하는 수단으로 주목을 받았습니다. 원래의 공정은 1926년 카이저-윌헬름-화학 연구소에서 일하던 프란츠 피셔와 한스 트로프쉬에 의해 개발되었습니다. 그들은 다수의 특허를 출원했습니다. 예를 들어, 미국 특허 1,746,464, 1926년 출원, 1930년 공개.[20] 1936년 독일 브라백사에 의해 상용화되었습니다. 석유가 부족하지만 석탄이 풍부했던 독일은 제2차 세계 대전 동안 이 과정을 통해 에르사츠 연료를 생산했습니다. FT 생산은 독일 전쟁 연료 생산의 약 9%, 자동차 연료의 약 25%를 차지했습니다.[21] Fischer와 Tropsch의 시대 이후로 그 과정에 많은 개선과 조정이 이루어졌습니다.

미국 광산국은 합성액체연료법에 의해 시작된 프로그램에서 1946년 미주리주 루이지애나의 피셔-트롭쉬 공장에 7명의 페이퍼클립(Paperclip) 합성연료 과학자를 고용했습니다.[21][22]

영국에서는 Alfred August Aicher가 1930년대와 1940년대에 그 과정의 개선을 위해 여러 특허를 취득했습니다.[23] Aicher의 회사는 Synthetic Oils Ltd (캐나다에 있는 같은 이름의 회사와는 관련이 없음)로 명명되었습니다.[citation needed]

1930년대와 1940년대 즈음, Arthur Imhausen은 산화를 통해 이러한 합성유에서 식용 지방을 생산하는 산업 공정을 개발하고 시행했습니다.[24] 생성물을 분획 증류하고 프로필렌에서 합성된 글리세롤과 반응시킨 C-C 분획에서 식용 지방을
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16[25] 얻었습니다.[26] 합성유로 만든 '석탄 버터' 마가린은 영양가가 높고 맛이 좋은 것으로 밝혀졌고, 하루 700칼로리에 달하는 식단에 포함됐습니다.[27][28] 이 공정에는 합성 버터 1kg당 최소 60kg의 석탄이 필요했습니다.[26]

사업화

오스트리아 부르겐란드 귀싱에서 FT-파일럿으로 유동층 가스화. SGCE 및 Velocys에 의해 운영됨

라스라판, 카타르

주 기사: 오릭스 GTL

카타르 라스라판에 있는 LTFT 설비 펄 GTL은 남아프리카에 있는 사솔의 세쿤다 공장 다음으로 세계에서 두 번째로 큰 FT 공장입니다. 230℃에서 코발트 촉매를 사용하여 하루 14만 배럴(223,000 m/d)의 속도로 천연가스를 석유 액체로 전환하고, 천연가스 액체와 에탄에 해당하는 오일 120,000 배럴3(19,000 m)을 추가로 생산합니다.

라스라판의 또 다른 공장인 Oryx GTL은 하루 34,000배럴(5,400m3/d)의 용량으로 2007년에 가동을 시작했습니다. 공장은 코발트 촉매를 사용하는 사솔 슬러리 상 증류 공정을 사용합니다. 오릭스 GTL은 카타르 에너지와 사솔의 합작사입니다.[29]

사솔

가우텡에 있는 사솔 차고
주 기사: 사솔

세계 최대 규모의 Fischer-Tropsch 기술 구현은 석탄 매장량은 많지만 석유는 거의 없는 남아프리카 공화국의 Sasol이 운영하는 일련의 공장입니다. 세쿤다 공장의 165,000 Bpd 용량입니다.[30] 첫 번째 상업 공장은 1952년에 문을 열었습니다.[31] 사솔은 석탄과 천연가스를 공급 원료로 사용하며 국내 디젤 연료의 대부분을 포함한 다양한 합성 석유 제품을 생산합니다.[32]

페트로SA

또 다른 남아공 기업인 PetroSA는 2011년 준상업 실증을 완료한 하루 36,000배럴 규모의 정유공장을 운영하며 상업적 준비를 시작할 수 있는 길을 열었습니다. 이 기술은 천연 가스, 바이오매스 또는 석탄을 합성 연료로 전환하는 데 사용될 수 있습니다.[33]

쉘 중간 증류수 합성

Fischer-Tropsch 기술의 가장 큰 구현 중 하나는 말레이시아 빈툴루(Bintulu)에 있습니다. 이 셸 시설은 천연 가스를 저황 디젤 연료와 식품 등급 왁스로 전환합니다. 규모는 하루 12,000배럴(1,900m3/d)입니다.

벨로시스

마이크로 채널 Fischer-Tropsch 기술을 통합한 Velocys의 상업용 참조 공장 건설이 진행 중입니다. ENVIA Energy의 오클라호마 시티 GTL 프로젝트는 Waste Management의 East Oak 매립지 근처에 건설되고 있습니다. 이 프로젝트는 Waste Management, NRG Energy, Ventech 및 Velocys 간의 합작 투자에 의해 자금이 조달되고 있습니다. 이 공장의 공급 원료는 매립 가스와 파이프라인 천연 가스의 조합이 될 것입니다.[34]

SCCE

2012년 여름 SGC Energia(SGCE)는 Tx 기술 센터 패서디나(Passadena)에서 파일럿 다관형 Fischer-Tropsch 공정 유닛 및 관련 제품 업그레이드 유닛을 성공적으로 의뢰했습니다. 기술 센터는 저부가가치 탄소 폐기물 스트림을 첨단 연료 및 왁스 제품으로 최적화하는 XTLH 솔루션 개발 및 운영에 중점을 두었습니다.[36] 이 장치는 LA 웨스트레이크에 건설된 1100 BPD Juniper GTL 시설의 운영 교육 환경으로도 사용됩니다.

UPM(핀란드)

2006년 10월, 핀란드의 제지 및 펄프 제조업체 UPM은 종이 및 펄프 제조 공정에서 발생하는 폐 바이오매스를 원료로 하여 유럽의 제지 및 펄프 공장에서 제조 공정과 함께 Fischer-Tropsch 공정으로 바이오 디젤을 생산할 계획을 발표했습니다.[37]

렌테크

Rentech, Inc.가 바이오매스 가스화 전문 기업인 Clear Fuels와 협력하여 실증 규모의 Fischer-Tropsch 공장을 건설하고 운영했습니다. 콜로라도(Colorado)의 커머스 시티(Commerce City)에 위치한 이 시설은 천연 가스로부터 하루에 약 10배럴의3 연료를 생산합니다. 상업적 규모의 시설은 캘리포니아의 Rialto, 미시시피의 Nachez, Port St.에 계획되었습니다. 조, 플로리다, 그리고 화이트 리버, 온타리오.[38] 렌텍은 2013년 파일럿 공장을 폐쇄하고 FT 프로세스 및 제안된 상업 시설에 대한 작업을 중단했습니다.

IMTL 기술

2010년 INFRA는 천연가스를 합성유로 전환하기 위한 소형 파일럿 플랜트를 건설했습니다. 이 공장은 파이프라인 가스의 흡입, 황 제거, 증기 메탄 개질, 합성 가스 조절 및 Fischer-Tropsch 합성을 포함한 GTL 화학 공정의 전체 주기를 모델링했습니다. 2013년에 최초의 파일럿 플랜트가 VNIIGAZ Gazprom LLC에 인수되었습니다. 2014년 INFRA는 새롭고 더 큰 규모의 전체 사이클 파일럿 플랜트를 위탁 운영했습니다. INFRA의 2세대 테스트 설비를 대표하며 고도의 자동화와 광범위한 데이터 수집 시스템으로 차별화됩니다. 2015년 INFRA는 트로이츠크(러시아 모스크바)에 자체 촉매 공장을 건설했습니다. 촉매 공장은 연간 15톤 이상의 용량을 갖추고 있으며, 회사의 R&D 부서에서 개발한 고유의 독점 Fischer-Tropsch 촉매를 생산합니다. INFRA는 2016년 와튼(미국 텍사스)에 천연가스 및 관련 가스를 합성 원유로 가공하기 위한 모듈식 운송 가능한 GTL(가스 대 액체) M100 공장을 설계 및 건설했습니다. M100 공장은 인프라 GTL 공정을 더 크고 효율적인 공장으로 확장하기 위한 기술 실증 유닛, 촉매 정제를 위한 R&D 플랫폼, 경제 모델로 운영되고 있습니다.[39]

다른.

미국과 인도에서는 일부 석탄 생산국들이 Fischer-Tropsch 공장에 투자했습니다. 펜실베니아에서는, Waste Management and Processors, Inc.가 주정부의 자금 지원을 받아 Shell과 Sasol로부터 라이선스를 받은 FT 기술을 구현하여 소위 폐탄(채굴 과정에서 남은 잔여물)을 저유황 디젤 연료로 전환했습니다.[40][41]

연구개발

초렌 인더스트리는 독일에 Shell FT 공정 구조를 이용해 바이오매스를 합성가스와 연료로 전환하는 공장을 지었습니다. 이 회사는 2011년 이 과정에서 비현실적인 일로 파산했습니다.[42][43]

바이오매스 가스화(BG)와 Fischer-Tropsch(FT) 합성은 원칙적으로 재생 가능한 운송 연료(바이오 연료)를 생산하기 위해 결합될 수 있습니다.[44]

아우디

Audi는 Sunfire와 협력하여 2단계로 E-diesel을 소규모로 생산하고 있으며, 2단계는 FT입니다.

미 공군 인증

미국의 상장기업인 Syntrolum은 오클라호마주 털사 근처의 실증 공장에서 천연가스와 석탄을 사용하여 Fischer-Tropsch 공정에서 생산된 디젤 및 제트 연료 40만 갤런(1,500,000 L) 이상을 생산했습니다. Syntrolum은 미국, 중국, 독일의 석탄-액체 공장과 국제 가스-액체 공장을 통해 면허를 받은 Fischer-Tropsch 기술을 상용화하기 위해 노력하고 있습니다. 천연가스를 공급 원료로 사용하는 초청정 저유황 연료는 미국 에너지부와 미국 교통부의 광범위한 테스트를 거쳤습니다. Syntrolium은 공군이 수입 석유에 대한 의존도를 줄이는 데 도움이 될 합성 제트 연료 혼합물을 개발하기 위해 노력했습니다. 미국의 최대 연료 사용국인 공군은 1999년부터 대체 연료원 탐사를 시작했습니다. 2006년 12월 15일, B-52는 JP-8과 신트롤룸의 FT 연료를 50 대 50으로 혼합하여 처음으로 캘리포니아주 에드워즈 공군기지에서 이륙했습니다. 7시간의 비행 테스트는 성공적인 것으로 여겨졌습니다. 비행 시험 프로그램의 목표는 서비스의 B-52에 사용할 수 있도록 연료 혼합물을 검정한 다음 다른 항공기에 대한 비행 시험과 자격을 부여하는 것입니다. 테스트 프로그램은 2007년에 종료되었습니다. 이 프로그램은 국방부 보증 연료 이니셔티브의 일환으로, 군사 에너지 수요를 위한 안전한 국내 자원을 개발하기 위한 노력입니다. 미 국방부는 외국 생산자들로부터 원유 사용을 줄이고 2016년까지 항공 연료의 절반 가량을 대체 공급원들로부터 확보하기를 바라고 있습니다.[45]

이산화탄소 재이용

이산화탄소는 FT 촉매의 전형적인 공급 원료가 아닙니다. 코발트계 촉매 위에서 수소와 이산화탄소가 반응하여 메탄을 생성합니다. 철계 촉매를 사용하면 불포화 단사슬 탄화수소도 생성됩니다.[46] 촉매 지지체에 도입되면 세리아는 역수-가스 전환 촉매 역할을 하여 반응 수율을 더욱 높입니다.[47] 단사슬 탄화수소는 제올라이트와 같은 고체 산 촉매보다 액체 연료로 업그레이드되었습니다.

공정효율

기존의 FT 기술을 사용하여 공정의 탄소 효율 범위는 25~50[48]%이며 CTL 설비의 경우 열 효율이 약 50%[49]이며 GTL 설비의 경우 약 60%,[50][49] 열 효율이 약 80%[50]로 최적화되었습니다.

자연 속의 피셔-트롭쉬

피셔-트롭슈(Fischer-Tropsch)형 과정은 소행성 내에서 DNA와 RNA의 구성 요소 중 일부를 생성하는 것으로 제안되었습니다.[51] 마찬가지로, 가상의 비생물적 석유 형성에는 몇 가지 자연적으로 발생하는 FT와 같은 과정이 필요합니다.

생물학적 피셔-트롭쉬형 화학은 주변 조건에서 효소 질소화효소에 의해 수행될 수 있습니다.[52][53]

참고 항목

  • Bergius process – 합성 연료로 사용하기 위한 액체 탄화수소의 생산 방법
  • 석탄가스화 – 석탄에서 합성가스의 생산
  • Fischer assay – 하는 기존 셰일 페이지에서 오일 수율을 결정하기 위한 표준화된 실험실 테스트
  • 수소화 – 분자 수소와 다른 화합물 또는 원소 사이의 화학 반응, 이러한 유형의 공정의 총칭
  • Hubbert 피크 이론 – 피크 오일에 관한 주요 이론 중 하나
  • 산업용 가스 – 산업용으로 생산되는 가스 물질
  • Karrick 프로세스 – 저온 탄화 프로세스 위키데이터 하는 페이지
  • 사바티어 반응 – 이산화탄소와 수소의 메탄화 과정
  • 증기 메탄 개질 – 탄화수소 연료로부터 수소 및 일산화탄소를 생산하는 방법 - 전환 한 설명이 된 페이지
  • Synthetic Liquid Fuels Program – 하는 미국 프로그램 페이지 공백 하는

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