Липецкий государственный технический университет Физико-технологический

теплоэнергетики
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
ПРИ СИНТЕЗЕ ФИШЕРА-ТРОПША
Выполнил студент группы
М-ТЭ-18-1

Кирин А. Ю.

Францом Фишером и Гансом Тропшем в конце 20-х годов 20

века.
В 1930 - 40 гг. на основе технологии Фишера-Тропша в Германии было налажено производство синтетического бензина.

C + 1/2O2↔CO
Побочные реакции:
CО + Н2О↔ CO2 + Н2
СО2 +

С ↔ 2 СО

многом определяется видом продуктов, для получения которых он предназначен.
Реактор должен

обеспечивать высокую скорость превращения синтез-газа, изотермичность, эффективный отвод тепла, минимальные потери катализатора.

Наиболее серьёзная проблема – это эффективный теплоотвод.

в трубах, а в межтрубном – водный конденсат.
Способ отвода выделяющейся

теплоты – испарение в межтрубном пространстве водного конденсата

отделением катализатора;
Могут использоваться для получения продуктов любого состава.
Минусы:
Сложность в изготовлении;
Большая

металлоёмкость;
Сложность процедуры перегрузки катализатора;
Значительный перепад давления по длине;
Неравномерная нагрузка катализатора по синтез-газу из-за проскока газа в зонах с меньшим сопротивлением;
Недостаточный теплоотвод (скорость синтез-газа 8 см/с) из-за низкой теплопроводности стац. слоя катализатора.

жидкости.
Способ отвода выделяющейся теплоты – испарение в трубах теплообменника

синтез - газа (так как перепад давления в реакторе в

4 раза меньше);
Меньшее (в 4 раза) количество катализатора, необходимого для производства тонны продуктов;
Лучшая изотермичность и отсутствие необходимо остановки реактора для замены катализатора.

Минусы:
Катализатор больше отравляется сероводородом;
Катализатор должен обладать устойчивостью к истиранию и стойкостью к гидротермальным воздействиям.

Реакторы с суспендированным слоем катализатора

реактор;
2 – мультициклон;
3 – теплообменник;
4 – конденсатор;

5 – сборник парафина;
6 – сборник высококипящих углеводородов;
7 – сборник легких углеводородов;
8 – сборник реакционной воды.
Потоки: I – синтез-газ;
II – питательная вода;
III – пар;
IV – циркулирующий газ;
V – остаточный газ;
VI – щелочь.

подогреватель; 2 – реактор; 3 – холодильник; 4 – колонна-сепаратор;

5 – конденсатор; 6 – разделительная колонна; 7 – колонна для промывки бензина; 8 – колонна для промывки газа.
Потоки: I – синтез-газ; II – ввод свежего катализатора; III – суспензия катализатора; IV – циркулирующее масло; V – вода; VI – вода и водорастворимые продукты; VII – тяжелое масло; VIII – бензин;
IХ – отходящий газ.

– углеводороды C19+
Дизельное топливо – тяжёлые углеводороды
Нафта – смесь углеводородов

C5 – C10

Керосин – смесь углеводородов C10 – C14

процесса, образованию метана, закоксовыванию катализаторов и, в конечном итоге, к

их дезактивации и спеканию.

Общее уравнение для теплопередачи:
Q = К·F(tг – tх);
K=1/(1/α1+ δ/ λ +1/α2),
где α1 – коэффициент теплоотдачи потока газа;
α2 – коэффициент теплоотдачи охлаждающего теплоносителя;
δ и λ – толщина стенки и коэффициент теплопроводности материала реакционной трубки

тепловыделений в единице объёма в Вт/м3.
В центре гранулы выполняется условие

симметрии:

Уравнение конвективного теплообмена гранулы с жидким флюидом (предполагаем, что внутри гранулы находится только синтез-газ:

где αp – коэффициент теплоотдачи гранулы, омываемой жидким флюидом в Вт/(м2 ⋅К).

CCO, CH2 – молярные концентрации оксида углерода и водорода внутри

гранулы в моль/м3;
ωFT – скорость расходования С-Г на единицу массы катализатора в моль/(кг⋅с);
Ccat – массовая концентрация кобальтового катализатора в объёме гранулы в кг/м3;
DCO, DH2 – коэффициенты молекулярной диффузии компонентов С-Г внутри гранулы в м2/с;
r – радиальная координата;
t – время.

DgrH2 – коэффициенты молекулярной диффузии компонентов С-Г внутри гранулы в

м2/с;
DsynCO, DsynH2 – коэффициенты молекулярной диффузии компонентов С-Г в продуктах синтеза в м2/с;
CgrCO, CgrH2 – молярные концентрации оксида углерода и водорода внутри гранулы в моль/м3;
CsynCO, CsynH2 – молярные концентрации оксида углерода и водорода в продуктах синтеза в моль/м3;
ShCO, ShH2 – критерии Шервуда (диффузионный Нуссельт) для компонентов синтез-газа.

В центре гранулы выполняется условие симметрии:

Sasol, 2006
1,5 млн т/год синтетического топлива
Pearl (Катар) - Shell,

2011
6 млн т/год синтетического топлива

Новокуйбышевский НПЗ – планируется к запуску первая в России установка по получению син. топлива