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Lexikon der Chemie: Fischer-Tropsch-Synthese

Fischer-Tropsch-Synthese, Kogasinverfahren, ein Verfahren zur Kohleveredelung zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus Synthesegas. Zielprodukte der von F. Fischer und H. Tropsch im Jahre 1926 entwickelten Synthese waren aliphatische Kohlenwasserstoffe im Benzin- und Dieselkraftstoff-Siedebereich: n CO + (2n + 1) H2 → CnH2n+2 + n H2O; ΔRH = -n 160 kJ/mol. Die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens ist sehr begrenzt. Die bedeutendste Weiterentwicklung der F. erfolgte in den Sasol-Werken in Südafrika; bei Inbetriebnahme von Sasol III (1983) konnten jährlich etwa 4,5 Mio. t Motorkraftstoff über Kohle erzeugt werden. Schwerpunkt neuerer Entwicklungen ist die gezielte Herstellung von Chemierohstoffen, wie kurz- und langkettigen Olefinen, insbesondere Ethen und Propen, sauerstoffhaltigen Verbindungen sowie Polymethylenen mit Hilfe einer modifizierten F. Das erhaltene Produktspektrum hängt hauptsächlich vom eingesetzten Katalysator ab; der Einfluß der Prozeßbedingungen (Druck, Temperatur) auf die Produktzusammensetzung dagegen ist gering. Als Katalysatoren werden vorwiegend Eisen und Cobalt unter Zusatz von Thorium-, Magnesium-, Calcium- und Aluminiumoxid verwendet. An Rhodiumkatalysatoren werden bevorzugt sauerstoffhaltige Produkte und an Rutheniumkatalysatoren Polymethylene erhalten.

Die F. kann durchgeführt werden als Festbettsynthese mit fest angeordnetem Katalysator, als Flugstaubsynthese mit bewegtem Katalysator oder als Flüssigphasensynthese mit fest angeordnetem oder bewegtem Katalysator.

Fischer-Tropsch-Synthese. Tab.: Produktspektrum der Fischer-Tropsch-Synthese bei Einsatz eines Cobalt- und eines Eisenkatalysators

Reaktionsprodukt Cobaltkatalysator Eisenkatalysator
C2- bis C4-Kohlenwasserstoffe 13 36
Rohbenzin 27 41,5
Dieselkraftstoff 8 3
Heizöl 5 3
Paraffine 43 8
Alkohole 4 8,3

1) Bei der Festbettsynthese mit einem alkalisierten Eisenkatalysator wird bei einem Druck von 2 bis 3 MPa und einer Temperatur von etwa 200 °C ein Synthesegas mit der Zusammensetzung Wasserstoff : Kohlenmonoxid von 1,3 bis 2 : 1 eingesetzt. Varianten dieser Verfahrensweise sind das Arge-Hochlastverfahren (Ruhrchemie/Lurgi, BRD), das Hot-Gas-Recycle-Verfahren (Bureau of Mines, USA) und das Stufenofenverfahren (Lurgi, BRD).

2) Die Flugstaubsynthese nach dem Synthol-Verfahren (Kellogg-Synthese) wird in Südafrika betrieben. Als Katalysatoren kommen Eisen-Schmelz-Katalysatoren zum Einsatz. Die Synthese wird bei 210 bis 240 °C und einem Druck von 2 bis 2,5 MPa durchgeführt; das Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Verhältnis beträgt 2,8 bis 3,2 : 1. Hauptprodukte dieses Verfahrens sind C2 bis C4-Kohlenwasserstoffe und Rohbenzin.

3) Die Flüssigphasensynthese nach dem Rheinpreußen-Koppers-Verfahren wird in Blasensäulenreaktoren durchgeführt. Bevorzugter Katalysator ist Eisen, das in Öl suspendiert ist; durch das Öl perlt das Synthesegas in feinster Verteilung. Die Reaktionswärme wird durch in Röhren fließendes Wasser abgeführt. Die Belastbarkeit der Öfen ist 6- bis 8mal höher als bei der Festbettsynthese. Man kann bis zu 85 % Benzin und Flüssiggas oder bis zu 65 % Weich- und Hartparaffin erzeugen, der Alkengehalt kann bis zu 95 % betragen.

Das Kölbel-Engelhard-Verfahren arbeitet in ähnlicher Weise, jedoch mit Kohlenmonoxid und Wasserdampf nach der Gleichung 3n CO + n H2O → -[CH2-]n + 2n CO2. Man kann minderwertige Gase einsetzen, wie Gichtgas, Abgase der Carbidöfen u. a.

Die durch F. erhaltenen Produkte sind schwefelfrei und enthalten keine Aromaten und keine Naphthene.

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