กระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์

กระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์ (FT) เป็นชุดของปฏิกิริยาเคมีที่เปลี่ยนส่วนผสมของคาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจนซึ่งเรียกว่าซินแก๊ส ให้กลายเป็น ไฮโดรคาร์บอนเหลวปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา โลหะ โดยทั่วไปที่อุณหภูมิ150–300 °C (302–572 °F)และความดันหนึ่งถึงหลายสิบบรรยากาศ กระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์เป็นปฏิกิริยาที่สำคัญทั้งในการทำให้ถ่านหินเป็น ของเหลว และ เทคโนโลยี การเปลี่ยนก๊าซเป็นของเหลวเพื่อผลิตไฮโดรคาร์บอนเหลว^[¹^]

ในการดำเนินการตามปกติ คาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจน ซึ่งเป็นวัตถุดิบสำหรับ FT จะผลิตจากถ่านหินก๊าซธรรมชาติหรือชีวมวลในกระบวนการที่เรียกว่าการทำให้เป็นแก๊สจากนั้นกระบวนการจะแปลงก๊าซเหล่านี้ให้เป็นน้ำมันหล่อลื่นสังเคราะห์และเชื้อเพลิงสังเคราะห์^{[ 2 ]}กระบวนการนี้ได้รับความสนใจเป็นระยะในฐานะแหล่งเชื้อเพลิงดีเซลกำมะถันต่ำและเพื่อแก้ไขปัญหาการจัดหาหรือต้นทุนของไฮโดรคาร์บอนที่ได้จากปิโตรเลียม กระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์ได้รับการกล่าวถึงว่าเป็นขั้นตอนในการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเหลวที่เป็นกลางทางคาร์บอนจาก CO และไฮโดรเจน^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

กระบวนการนี้ได้รับการพัฒนาครั้งแรกโดยFranz FischerและHans Tropschที่สถาบันวิจัยถ่านหิน Kaiser Wilhelmในเมือง Mülheim an der Ruhrประเทศเยอรมนี ในปี พ.ศ. 2468 ^{[ 6 ]}

กลไกปฏิกิริยา

เมทิลิดีน ไตรโคบอลต์โนนาคาร์บอนิล เป็นโมเลกุลที่แสดงให้เห็นถึงชนิดของคาร์บอนที่ถูกรีดิวซ์ ซึ่งคาดว่าจะเกิดขึ้นในกระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์

กระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีหลายชุดที่สร้างไฮโดรคาร์บอนหลากหลายชนิด โดยในอุดมคติจะมีสูตร (C H ) ปฏิกิริยาที่มีประโยชน์มากกว่าจะสร้างแอลเคนดังต่อไปนี้: ^{[ 7 ]}

(2 n + 1) H + n CO → C H + n H O

โดยที่nมักจะมีค่า 10–20 ซึ่งส่วนใหญ่ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของ แอล เคนที่มีจำนวนอะตอม มากขึ้น ^{[ 8 ]}การก่อตัวของมีเทน ( n = 1) เป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ แอลเคนส่วนใหญ่ที่ผลิตได้มักจะเป็นสายตรง เหมาะสำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงดีเซลนอกจากการก่อตัวของแอลเคนแล้ว ปฏิกิริยาที่แข่งขันกันยังให้แอลคีน ในปริมาณเล็กน้อย รวมถึงแอลกอฮอล์และไฮโดรคาร์บอนที่มีออกซิเจนอื่นๆ ด้วย^{[ 9 ]}

ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน สูง เนื่องจากเอนทาลปีปฏิกิริยา มาตรฐาน (Δ H ) เท่ากับ −165 kJ/mol CO รวม^{[ 10 ]}

สารตัวกลางของปฏิกิริยาฟิชเชอร์-โทรปช์และปฏิกิริยาพื้นฐาน

การเปลี่ยนส่วนผสมของ H₂ CO ให้เป็น ผลิตภัณฑ์ อะลิฟาติกเป็นปฏิกิริยาหลายขั้นตอนที่มีสารประกอบตัวกลางหลายชนิด การเติบโตของสายโซ่ไฮโดรคาร์บอนอาจมองเห็นได้ว่าเป็นลำดับที่ซ้ำกันซึ่งอะตอมไฮโดรเจนถูกเพิ่มเข้าไปในคาร์บอนและออกซิเจน พันธะ C–O ถูกแยกออก และพันธะ C–C ใหม่ถูกสร้างขึ้น สำหรับหมู่ –CH₂– หนึ่งที่ผลิตโดย CO + 2 → (CH₂ + H₂O ต้องมีปฏิกิริยาหลายอย่าง:

การดูดซับแบบเชื่อมโยงของ CO
การแตกตัวของพันธะ C–O
การดูดซับแบบแยกส่วนของ 2 H
การถ่ายโอน 2 H ไปยังออกซิเจนเพื่อให้ได้ H O
การคายการดูด ซับของ
การถ่ายโอน 2 H ไปยังคาร์บอนเพื่อให้ได้ CH

การแปลง CO เป็นแอลเคนเกี่ยวข้องกับการไฮโดรจีเนชันของ CO การไฮโดรไลซิส (การแตกตัวด้วย H2 ของพันธะ C–O และการสร้างพันธะ C–C ปฏิกิริยาดังกล่าวคาดว่าจะดำเนินไปโดยผ่านการสร้างโลหะคาร์บอนิล ที่ยึดติดกับพื้นผิวในขั้นต้น ลิแกนด์ CO คาดว่าจะเกิดการแตกตัว อาจกลายเป็นลิแกนด์ออกไซด์และคาร์ไบด์^{[ 11 ]}สารตัวกลางที่มีศักยภาพอื่นๆ ได้แก่ชิ้นส่วน C1 ต่างๆ รวมถึงอร์มิล (CHO)ไฮดรอกซีคาร์บีน (HCOH) ไฮดรอกซีเมทิล( CH2OH เมทิล (CH3) เมทิลีน (CH2 เมทิลิดีน CH) และไฮดรอกซีเมทิลิดีน (COH) นอกจากนี้ และมีความสำคัญต่อการผลิตเชื้อเพลิงเหลว คือ ปฏิกิริยาที่สร้างพันธะ C–C เช่นการแทรกแบบเคลื่อนย้าย ปฏิกิริยาทางเคมีเชิงปริมาณที่เกี่ยวข้องหลายอย่างได้รับการจำลองบนกลุ่มโลหะ แบบแยกส่วน แต่ตัวเร่งปฏิกิริยาฟิชเชอร์-โทรปช์แบบเอกพันธ์ไม่มีความสำคัญในเชิงพาณิชย์

การเติมแอลกอฮอล์ที่มีฉลากไอโซโทปลงในกระแสป้อนส่งผลให้แอลกอฮอล์ถูกรวมเข้ากับผลิตภัณฑ์ การสังเกตนี้แสดงให้เห็นถึงความง่ายในการแตกพันธะ C–O การใช้เอทิ ลีน และโพรพีน ที่มีฉลาก ^14Cบนตัวเร่งปฏิกิริยาโคบอลต์ส่งผลให้โอเลฟินเหล่านี้ถูกรวมเข้ากับโซ่ที่กำลังเติบโต ดังนั้นปฏิกิริยาการเติบโตของโซ่จึงดูเหมือนจะเกี่ยวข้องกับทั้ง 'การแทรกโอเลฟิน' และ 'การแทรก CO' ^[¹²^]

{\ce {8 CO + 17 H2 -> C8H18 + 8 H2O}}

วัตถุดิบ: คาร์บอนไดออกไซด์

คาร์บอนไดออกไซด์ได้กลายเป็นแหล่งคาร์บอนที่สำคัญสำหรับการทดแทนสารเคมีและเชื้อเพลิงที่ได้จากเชื้อเพลิงฟอสซิล จากผลงานบุกเบิกของSasolในแอฟริกาใต้ที่ใช้การทำให้เป็นแก๊สเพื่อผลิตซินแก๊สทำให้สามารถผลิตสารเคมีและเชื้อเพลิงปลายน้ำได้หลากหลายชนิด^{[ 13 ]} กระบวนการ Fischer-Tropsch โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบที่อุณหภูมิสูงจะให้ผลผลิตเป็นพาราฟิน โอเลฟิน และอะโรมาติกสายสั้นหลากหลายชนิด^{[ 14 ]}^{[ 15 ]}ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโคบอลต์เป็นองค์ประกอบที่อุณหภูมิต่ำจะผลิตพาราฟินสายยาวเป็นส่วนใหญ่ โดยส่วนใหญ่เป็นของเหลวและแว็กซ์^{[ 16 ]} ซึ่งสามารถนำไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ ได้หลากหลาย เช่นเชื้อเพลิงการบินที่ยั่งยืนปราศจาก กำมะถัน ดีเซลน้ำมันพื้นฐานและ วัตถุดิบ แนฟทาที่สามารถนำไปปฏิรูปด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อผลิตสารตั้งต้นของพอลิเมอร์BTX ^[¹⁷^]^[¹⁸^]โดยการแทนที่คาร์บอนไดออกไซด์เป็นแหล่งคาร์บอน ห่วงโซ่อุปทานเชื้อเพลิงฟอสซิลทั้งหมดสามารถถูกแทนที่ด้วยผลิตภัณฑ์ฟิชเชอร์-โทรปช์ได้ การผลิต วัตถุดิบ ซินแก๊สที่ทำจากคาร์บอนไดออกไซด์สามารถใช้ปฏิกิริยาเคมีเร่งปฏิกิริยาต่อไปนี้:

ปฏิกิริยาผันกลับของการเปลี่ยนก๊าซน้ำ : ${\ce {CO2 + H2 -> CO + H2O}}$
การปฏิรูปมีเทนแบบแห้ง: ${\ce {CO2 + CH4 -> 2 CO + 2 H2}}$

ปฏิกิริยาผันกลับของการเปลี่ยนก๊าซน้ำใช้คาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนส่วนเกิน เช่น จากการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (ไฮโดรเจนสีเขียว) เพื่อให้ได้ส่วนผสมของก๊าซสังเคราะห์คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และไฮโดรเจน (H2) ที่มีอัตราส่วน H2:CO ที่ต้องการสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาฟิชเชอร์-โทรปช์ในขั้นตอนถัดไป ซึ่งเป็นกระบวนการเร่งปฏิกิริยาเชิงพาณิชย์ที่ริเริ่มโดยDimensional Energy ^{[ 19 ]}^{[ 20 ]}การปฏิรูปมีเทนแบบแห้งใช้COและมีเทน (CH4) เพื่อให้ได้ส่วนผสมของก๊าซสังเคราะห์ H2 ต่อ CO ในอัตราส่วน 1:1 ซึ่งสามารถเสริมด้วยแหล่งไฮโดรเจนภายนอกหรือโดยปฏิกิริยาการเปลี่ยนก๊าซน้ำ เพื่อให้ได้อัตราส่วนก๊าซสังเคราะห์ ที่ ต้องการ ตัวเร่งปฏิกิริยาการปฏิรูปมีเทนแบบแห้งเชิงพาณิชย์มีจำหน่ายจากHYCO1และBASF

คาร์บอนไดออกไซด์ไม่ใช่วัตถุดิบโดยตรงทั่วไปสำหรับการเร่งปฏิกิริยา FT ไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ทำปฏิกิริยากันบนตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโคบอลต์เป็นองค์ประกอบ ทำให้เกิดมีเทน นอกจากนี้ยังผลิตไฮโดรคาร์บอนสายสั้นไม่อิ่มตัวได้ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบ^{[ 21 ]}เมื่อนำเซเรียมาใส่ในตัวรองรับของตัวเร่งปฏิกิริยาเซเรียจะทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแบบย้อนกลับของการเปลี่ยนก๊าซน้ำ ทำให้ผลผลิตของปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นอีก^{[ 22 ]} ไฮโดรคาร์บอนสายสั้นได้รับการยกระดับเป็นเชื้อเพลิงเหลวโดย ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยากรดแข็ง เช่นซีโอไลต์

วัตถุดิบ: การทำให้เป็นแก๊ส

โรงงาน Fischer–Tropsch ที่เกี่ยวข้องกับชีวมวลหรือถ่านหินหรือวัตถุดิบแข็งที่เกี่ยวข้อง (แหล่งคาร์บอน) จะต้องแปลงเชื้อเพลิงแข็งให้เป็นก๊าซก่อน ก๊าซเหล่านี้ได้แก่ CO, H2 แอลเคน การแปลงนี้เรียกว่าการทำให้เป็นก๊าซ [ ^{23 ] ก๊าซ}สังเคราะห์ ("syngas") ที่ได้จากการทำให้ชีวมวล/ถ่านหินเป็นก๊าซเป็นส่วนผสมของไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ อัตราส่วน H2 CO จะถูกปรับโดยใช้ปฏิกิริยาการเปลี่ยนก๊าซน้ำโรงงาน FT ที่ใช้ถ่านหินจะผลิต CO2 ในปริมาณที่แตกต่างกัน ขึ้นกับแหล่งพลังงานของกระบวนการทำให้เป็นก๊าซ อย่างไรก็ตาม โรงงานที่ใช้ถ่านหินส่วนใหญ่จะอาศัยถ่านหินป้อนเพื่อจัดหาพลังงานทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับกระบวนการ

วัตถุดิบ: GTL

คาร์บอนมอนอกไซด์ที่ใช้ในการเร่งปฏิกิริยา FT นั้นได้มาจากไฮโดรคาร์บอน ใน เทคโนโลยี การเปลี่ยนก๊าซเป็นของเหลว (GTL) ไฮโดรคาร์บอนที่ใช้เป็นวัสดุที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ซึ่งมักจะถูกทิ้งหรือเผาทิ้งไป ก๊าซที่เหลือใช้มีราคาถูกเมื่อเทียบกับน้ำมัน เพื่อให้เทคโนโลยี GTL มีความคุ้มค่าในเชิงพาณิชย์ ก๊าซจะต้องมีราคาถูกกว่าน้ำมันอย่างต่อเนื่อง

จำเป็นต้องมีปฏิกิริยาหลายอย่างเพื่อให้ได้สารตั้งต้นที่เป็นก๊าซที่จำเป็นสำหรับการเร่งปฏิกิริยา FT ก่อนอื่น ก๊าซตั้งต้นที่เข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์จะต้องถูกกำจัดกำมะถันออกมิฉะนั้น สิ่งเจือปนที่มีกำมะถันจะทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยา FT ไม่ทำงาน (“ เป็นพิษ ”) ^[⁹^]^[⁷^]

มีการใช้ปฏิกิริยาหลายอย่างเพื่อปรับอัตราส่วน H :CO ปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุดคือปฏิกิริยาการเปลี่ยนก๊าซน้ำซึ่งให้แหล่งกำเนิดไฮโดรเจนโดยใช้คาร์บอนมอนอกไซด์เป็นเชื้อเพลิง: ^{[ 9 ]}

{\ce {H2O + CO -> H2 + CO2}}

สำหรับโรงงาน FT ที่ใช้มีเทนเป็นวัตถุดิบปฏิกิริยาสำคัญอีกอย่างหนึ่งคือการปฏิรูปแห้ง (dry reforming ) ซึ่งจะเปลี่ยนมีเทนให้เป็น CO และ :

{\ce {CH4 + CO2 -> 2CO + 2H2}}

เงื่อนไขกระบวนการ

โดยทั่วไป กระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์จะดำเนินการในช่วงอุณหภูมิ150–300 °C (302–572 °F)อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะทำให้ปฏิกิริยาเร็วขึ้นและอัตราการแปลงสูงขึ้น แต่ก็มีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการผลิตมีเทนมากขึ้นด้วย ด้วยเหตุนี้ อุณหภูมิโดยทั่วไปจึงถูกควบคุมไว้ที่ระดับต่ำถึงปานกลางของช่วงดังกล่าว การเพิ่มความดันจะนำไปสู่อัตราการแปลงที่สูงขึ้นและยังส่งเสริมการเกิดแอลเคน สายยาว ซึ่งทั้งสองอย่างนี้เป็นสิ่งที่พึงประสงค์ ความดันโดยทั่วไปอยู่ในช่วงหนึ่งถึงหลายสิบบรรยากาศ ความดันที่สูงกว่านี้จะเป็นประโยชน์ แต่ประโยชน์ที่ได้รับอาจไม่คุ้มค่ากับค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมของอุปกรณ์ความดันสูง และความดันที่สูงเกินไปอาจทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาเสื่อมสภาพได้เนื่องจากการเกิดคาร์บอนตกค้าง

สามารถใช้ส่วนประกอบของก๊าซสังเคราะห์ได้หลากหลาย สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโคบอลต์เป็นองค์ประกอบ อัตราส่วน H₂:CO ที่เหมาะสมอยู่ที่ประมาณ 1.8–2.1 ส่วนตัว เร่งปฏิกิริยาที่มี เหล็กเป็นองค์ประกอบสามารถทนต่ออัตราส่วนที่ต่ำกว่าได้ เนื่องจากมี กิจกรรม ปฏิกิริยาการเปลี่ยนก๊าซน้ำ (water-gas shift reaction ) โดยธรรมชาติ ความสามารถในการทำปฏิกิริยานี้มีความสำคัญสำหรับก๊าซสังเคราะห์ที่ได้จากถ่านหินหรือชีวมวล ซึ่งมักจะมีอัตราส่วน :CO ค่อนข้าง ต่ำ(< 1)

การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์กระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์

การระบายความร้อนออกจากเครื่องปฏิกรณ์อย่างมีประสิทธิภาพเป็นสิ่งจำเป็นพื้นฐานของเครื่องปฏิกรณ์ FT เนื่องจากปฏิกิริยาเหล่านี้มีลักษณะคายความร้อนสูง บทความนี้จะกล่าวถึงเครื่องปฏิกรณ์สี่ประเภท:

เครื่องปฏิกรณ์แบบท่อหลายท่อชนิดเตาคงที่

เครื่องปฏิกรณ์ชนิดนี้ประกอบด้วยท่อขนาดเล็กหลายท่อ ท่อเหล่านี้บรรจุตัวเร่งปฏิกิริยาและล้อมรอบด้วยน้ำหล่อเย็นซึ่งช่วยระบายความร้อนจากปฏิกิริยา เครื่องปฏิกรณ์แบบเตียงคงที่เหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำและมีอุณหภูมิสูงสุดไม่เกิน 257 °C (530 K) อุณหภูมิที่สูงเกินไปจะทำให้เกิดการสะสมของคาร์บอนและทำให้เครื่องปฏิกรณ์อุดตัน เนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่มีสถานะเป็นของเหลว เครื่องปฏิกรณ์ชนิดนี้จึงอาจเรียกว่าระบบเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลหยดได้เช่นกัน

เครื่องปฏิกรณ์แบบไหลเวียน

เครื่องปฏิกรณ์ชนิดนี้มีชุดแลกเปลี่ยนความร้อนสองชุดที่ทำหน้าที่ระบายความร้อน ส่วนที่เหลือจะถูกระบายความร้อนโดยผลิตภัณฑ์และนำกลับมาใช้ใหม่ในระบบ ควรหลีกเลี่ยงการเกิดแว็กซ์หนัก เนื่องจากแว็กซ์เหล่านี้จะควบแน่นบนตัวเร่งปฏิกิริยาและก่อตัวเป็นก้อน ทำให้เกิดการไหลตัว ดังนั้นจึงต้องใช้งานท่อลำเลียงที่อุณหภูมิสูงกว่า 297 °C (570 K)

เครื่องปฏิกรณ์แบบสลอรี่

การระบายความร้อนทำได้โดยใช้ขดลวดทำความเย็นภายใน ก๊าซสังเคราะห์จะถูกส่งผ่านผลิตภัณฑ์ที่มีลักษณะเป็นขี้ผึ้งและตัวเร่งปฏิกิริยาขนาดเล็กที่แขวนลอยอยู่ในตัวกลางที่เป็นของเหลว กระบวนการนี้ยังช่วยในการกวนสารภายในเครื่องปฏิกรณ์ด้วย ขนาดอนุภาคของตัวเร่งปฏิกิริยาช่วยลดข้อจำกัดในการถ่ายเทความร้อนและมวลแบบแพร่กระจาย อุณหภูมิที่ต่ำลงในเครื่องปฏิกรณ์จะทำให้ผลิตภัณฑ์มีความหนืดมากขึ้น และอุณหภูมิที่สูงเกินไป (> 297 °C, 570 K) จะทำให้ได้สเปกตรัมของผลิตภัณฑ์ที่ไม่พึงประสงค์ นอกจากนี้ การแยกผลิตภัณฑ์ออกจากตัวเร่งปฏิกิริยาก็เป็นปัญหาเช่นกัน

เครื่องปฏิกรณ์แบบฟลูอิดเบดและเครื่องปฏิกรณ์แบบตัวเร่งปฏิกิริยาหมุนเวียน (แบบท่อไรเซอร์)

เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ใช้สำหรับการสังเคราะห์ FT ที่อุณหภูมิสูง (เกือบ 340 °C) เพื่อผลิตไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำบนตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็กหลอมเหลวที่เป็นด่าง เทคโนโลยีเตาปฏิกรณ์แบบฟลูอิดเบด (ซึ่งดัดแปลงมาจากการแตกตัวเร่งปฏิกิริยาของสารกลั่นปิโตรเลียมหนัก) ถูกนำมาใช้โดย Hydrocarbon Research ในปี 1946–50 และตั้งชื่อว่ากระบวนการ 'Hydrocol' โรงงาน Fischer–Tropsch Hydrocol ขนาดใหญ่ (350,000 ตันต่อปี) ดำเนินการในช่วงปี 1951–57 ในเมืองบราวน์สวิลล์ รัฐเท็กซัส เนื่องจากปัญหาทางเทคนิคและความไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจเนื่องจากปริมาณปิโตรเลียมที่เพิ่มขึ้น การพัฒนานี้จึงถูกยุติลง การสังเคราะห์ FT แบบฟลูอิดเบดได้รับการศึกษาใหม่โดยSasol ปัจจุบันมี เตาปฏิกรณ์หนึ่งเครื่องที่มีกำลังการผลิต 500,000 ตันต่อปีที่กำลังดำเนินการอยู่ กระบวนการนี้ถูกนำมาใช้ในการผลิตแอลคีนและกระบวนการอุณหภูมิสูงโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็กหมุนเวียน ('เตาปฏิกรณ์แบบฟลูอิดเบดหมุนเวียน', 'เตาปฏิกรณ์แบบไรเซอร์', 'กระบวนการตัวเร่งปฏิกิริยาแบบแขวนลอย') ถูกนำเสนอโดยบริษัท Kellogg และโรงงานที่เกี่ยวข้องซึ่งสร้างขึ้นที่เมือง Sasolburg ประเทศแอฟริกาใต้ ในปี 1956 ต่อมา Sasol ได้ปรับปรุงกระบวนการนี้จนประสบความสำเร็จในการใช้งาน ที่เมือง Secunda ประเทศแอฟริกาใต้ Sasol ได้ดำเนินการเตาปฏิกรณ์ขั้นสูงประเภทนี้จำนวน 16 เครื่อง โดยแต่ละเครื่องมีกำลังการผลิตประมาณ 330,000 ตันต่อปี กระบวนการตัวเร่งปฏิกิริยาหมุนเวียนสามารถแทนที่ได้ด้วยเทคโนโลยีฟลูอิดเบด การทดลองเบื้องต้นโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโคบอลต์ที่แขวนลอยอยู่ในน้ำมันได้ดำเนินการโดย Fischer เครื่องปฏิกรณ์แบบคอลัมน์ฟองอากาศที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาผงเหล็กและก๊าซสังเคราะห์ที่มี CO สูงได้รับการพัฒนาเป็นพิเศษในระดับโรงงานนำร่องโดย Kölbel ที่บริษัท Rheinpreuben ในปี 1953 ตั้งแต่ปี 1990 กระบวนการ FT แบบสารละลายที่อุณหภูมิต่ำกำลังอยู่ระหว่างการวิจัยเพื่อใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็กและโคบอลต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตแว็กซ์ไฮโดรคาร์บอน หรือเพื่อไฮโดรแคร็กและไอโซเมอไรซ์เพื่อผลิตเชื้อเพลิงดีเซล โดย Exxon และ Sasol การสังเคราะห์ FT ที่อุณหภูมิต่ำในเฟสสารละลาย (คอลัมน์ฟองอากาศ) มีประสิทธิภาพ เทคโนโลยีนี้ยังอยู่ระหว่างการพัฒนาโดยบริษัท Statoil (นอร์เวย์) เพื่อใช้บนเรือในการแปลงก๊าซที่เกี่ยวข้องในแหล่งน้ำมันนอกชายฝั่งให้เป็นของเหลวไฮโดรคาร์บอน^{[ 24 ]}

การจัดจำหน่ายผลิตภัณฑ์

โดยทั่วไป การกระจายตัวของผลิตภัณฑ์ไฮโดรคาร์บอนที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์เป็นไปตามการกระจายตัวแบบแอนเดอร์สัน-ชูลซ์-ฟลอรี^{[ 25 ]} ซึ่งสามารถแสดง ได้ดังนี้:

⁠ W n ⁠ = (1 − α )²α ^{n −1}

โดยที่Wn สัดส่วนน้ำหนักของไฮโดรคาร์บอนที่มี อะตอมคาร์บอน nอะตอม และαคือความน่าจะเป็นของการเติบโตของสายโซ่ หรือความน่าจะเป็นที่โมเลกุลจะทำปฏิกิริยาต่อไปเพื่อสร้างสายโซ่ที่ยาวขึ้น โดยทั่วไปแล้ว α จะถูกกำหนดโดยตัวเร่งปฏิกิริยาและสภาวะกระบวนการเฉพาะเป็นส่วนใหญ่

จากการพิจารณาสมการข้างต้น พบว่ามีเทนจะเป็นผลิตภัณฑ์เดี่ยวที่มีปริมาณมากที่สุดตราบใดที่αน้อยกว่า 0.5 อย่างไรก็ตาม การเพิ่มค่า αให้ใกล้เคียงกับ 1 จะช่วยลดปริมาณมีเทนที่เกิดขึ้นทั้งหมดเมื่อเทียบกับผลรวมของผลิตภัณฑ์สายยาวต่างๆ การเพิ่มค่าαจะเพิ่มการเกิดไฮโดรคาร์บอนสายยาว ไฮโดรคาร์บอนสายยาวมากเหล่านี้คือแว็กซ์ ซึ่งเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้น ในการผลิตเชื้อเพลิงเหลวสำหรับการขนส่ง อาจจำเป็นต้องแตกตัวผลิตภัณฑ์ FT บางส่วน เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ นักวิจัยบางคนได้เสนอให้ใช้ซีโอไลต์หรือสารตั้งต้นตัวเร่งปฏิกิริยาอื่นๆ ที่มีรูพรุนขนาดคงที่ ซึ่งสามารถจำกัดการเกิดไฮโดรคาร์บอนที่ยาวกว่าขนาดลักษณะเฉพาะบางขนาด (โดยปกติn < 10) ด้วยวิธีนี้ พวกเขาสามารถควบคุมปฏิกิริยาเพื่อลดการเกิดมีเทนโดยไม่ก่อให้เกิดไฮโดรคาร์บอนสายยาวจำนวนมาก ความพยายามดังกล่าวประสบความสำเร็จเพียงจำกัด

ตัวเร่งปฏิกิริยา

โลหะสี่ชนิดมีฤทธิ์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับกระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์ ได้แก่ เหล็ก โคบอลต์ นิกเกล และรูทีเนียม เนื่องจากกระบวนการ FT มักจะเปลี่ยนสารตั้งต้นราคาถูกให้เป็นส่วนผสมที่ซับซ้อนซึ่งต้องมีการกลั่นเพิ่มเติม ตัวเร่งปฏิกิริยา FT จึงใช้โลหะราคาถูกเป็นหลัก โดยเฉพาะเหล็กและโคบอลต์^{[ 26 ]}^{[ 27 ]}นิกเกลสร้างมีเทนมากเกินไป จึงไม่ถูกนำมาใช้^{[ 7 ]}

โดยทั่วไปตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ดัง กล่าวได้มาจากการตกตะกอนจากสารละลายเหล็กไนเตรต สารละลายดังกล่าวสามารถใช้ในการตกตะกอนเกลือโลหะลงบนตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยา (ดูด้านล่าง) วัสดุที่ผ่านการบำบัดดังกล่าวจะเปลี่ยนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้งานได้โดยการให้ความร้อนภายใต้ CO, H2 กับวัตถุดิบที่จะบำบัด กล่าวคือ ตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกสร้างขึ้นในแหล่งกำเนิด เนื่องจากลักษณะหลายขั้นตอนของกระบวนการ FT การวิเคราะห์ชนิดของสารที่ออกฤทธิ์ทางเคมีจึงเป็นเรื่องท้าทาย นอกจากนี้ ดังที่ทราบกันดีสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็ก หลายเฟสอาจอยู่ร่วมกันและอาจมีส่วนร่วมในขั้นตอนต่างๆ ของปฏิกิริยา เฟสดังกล่าวรวมถึงออกไซด์และคาร์ไบด์ ต่างๆ ตลอดจนพอลิมอร์ฟของโลหะ การควบคุมส่วนประกอบเหล่านี้อาจมีความสำคัญต่อการกระจายตัวของผลิตภัณฑ์ นอกเหนือจากเหล็กและโคบอลต์แล้ว นิกเกลและรูเทเนียมยังออกฤทธิ์ในการเปลี่ยนส่วนผสม CO/H2 เป็นไฮโดรคาร์บอน^{[ 12 ]}แม้จะมีราคาแพง แต่รูทีเนียมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาฟิชเชอร์-โทรปช์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในแง่ที่ว่ามันทำงานได้ที่อุณหภูมิปฏิกิริยาต่ำที่สุดและผลิตไฮโดรคาร์บอนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงกว่า ตัวเร่งปฏิกิริยารูทีเนียมประกอบด้วยโลหะโดยไม่มีตัวส่งเสริมใดๆ จึงให้ระบบที่ค่อนข้างเรียบง่ายซึ่งเหมาะสำหรับการวิเคราะห์กลไก ราคาที่สูงทำให้ไม่สามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมได้ ตัวเร่งปฏิกิริยาโคบอลต์มีประสิทธิภาพมากกว่าสำหรับการสังเคราะห์ FT เมื่อวัตถุดิบคือก๊าซธรรมชาติ ก๊าซธรรมชาติมีอัตราส่วนไฮโดรเจนต่อคาร์บอนสูง ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้การเปลี่ยนก๊าซน้ำสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาโคบอลต์ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้โคบอลต์มีความไวมากกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้เหล็ก

ตัวอย่างการเลือกตัวเร่งปฏิกิริยาในโลกแห่งความเป็นจริง ฟิชเชอร์-โทรปช์อุณหภูมิสูง (HTFT) ซึ่งทำงานที่อุณหภูมิ 330–350 °C ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบ กระบวนการนี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางโดยSasolใน โรงงาน แปลงถ่านหินเป็นของเหลว (CTL) ของพวกเขา ฟิชเชอร์-โทรปช์อุณหภูมิต่ำ (LTFT) ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเหล็กหรือโคบอลต์เป็นองค์ประกอบ กระบวนการนี้เป็นที่รู้จักกันดีที่สุดจากการนำไปใช้ในโรงงาน GTL แบบบูรณาการแห่งแรกที่ดำเนินการและสร้างขึ้นโดยShellในเมืองบินตูลูประเทศมาเลเซีย^{[ 28 ]}

ผู้ส่งเสริมและผู้สนับสนุน

นอกจากโลหะที่ออกฤทธิ์ (โดยปกติคือ Fe หรือ Co) แล้ว ตัวเร่งปฏิกิริยายังประกอบด้วยส่วนประกอบอีกสองอย่าง ได้แก่ สารส่งเสริมและตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยาสารส่งเสริมเป็นสารเติมแต่งที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยา FT สารส่งเสริมทั่วไป ได้แก่ โพแทสเซียมและทองแดง ซึ่งมักจะเติมในรูปเกลือ การเลือกสารส่งเสริมขึ้นอยู่กับโลหะหลัก คือ เหล็กหรือโคบอลต์^{[ 29 ]}ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็กต้องการการส่งเสริมด้วยด่างเพื่อให้ได้กิจกรรมและความเสถียรสูง (เช่น 0.5 wt% K O ) α-Fe O ที่เจือด้วยโพแทสเซียมจะถูกสังเคราะห์ภายใต้อุณหภูมิการเผาที่แปรผันได้ (400–800 °C) ^{[ 30 ]}การเติม Cu เพื่อส่งเสริมการลด การเติมSiO ,อัลโอสำหรับการส่งเสริมโครงสร้างและอาจใช้แมงกานีสบางส่วนเพื่อควบคุมการเลือกสรร (เช่น โอเลฟินิซิตี้สูง) การเลือกตัวส่งเสริมขึ้นอยู่กับโลหะหลัก เช่น เหล็กเทียบกับโคบอลต์^{[ 29 ]}ในขณะที่โลหะอัลคาไลกลุ่ม 1 (เช่น โพแทสเซียม) ช่วยตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็ก แต่กลับเป็นพิษต่อตัวเร่งปฏิกิริยาโคบอลต์

^{ตัวเร่งปฏิกิริยาได้รับการรองรับบนสาร ยึด}เกาะ/ตัวรองรับที่มีพื้นที่ผิวสูง เช่นซิลิกาอลูมินาหรือซีโอไลต์ [ ^{27 ]}

ประวัติศาสตร์

กระบวนการ FT ได้รับความสนใจในฐานะวิธีการของนาซีเยอรมนีในการผลิตไฮโดรคาร์บอนเหลว กระบวนการดั้งเดิมได้รับการพัฒนาโดยFranz FischerและHans Tropschซึ่งทำงานอยู่ที่สถาบันเคมี Kaiser-Wilhelmในปี 1926 พวกเขายื่นจดสิทธิบัตรหลายฉบับเช่นสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาหมายเลข 1,746,464ซึ่งยื่นขอในปี 1926 และเผยแพร่ในปี 1930 ^{[ 31 ]} Brabagได้นำกระบวนการนี้ไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในเยอรมนีในปี 1936 เนื่องจากเยอรมนีมีปิโตรเลียมน้อยแต่มีถ่านหินมาก จึงใช้กระบวนการนี้ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองเพื่อผลิต เชื้อเพลิง ทดแทนการผลิต FT คิดเป็นประมาณ 9% ของการผลิตเชื้อเพลิงสงครามของเยอรมนี และ 25% ของเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์^{[ 32 ]}มีการปรับปรุงและแก้ไขกระบวนการนี้หลายครั้งนับตั้งแต่สมัยของ Fischer และ Tropsch

สำนักงานเหมืองแร่แห่งสหรัฐอเมริกาในโครงการที่ริเริ่มโดยพระราชบัญญัติเชื้อเพลิงเหลวสังเคราะห์ ได้ ว่าจ้าง นักวิทยาศาสตร์ด้าน เชื้อเพลิงสังเคราะห์Operation Paperclip จำนวน 7 คน ในโรงงาน Fischer–Tropsch ในลุยเซียนา รัฐมิสซูรีในปี พ.ศ. 2489 ^[³²^]^[³³^]

ในสหราชอาณาจักร อัลเฟรด ออกัสต์ ไอเชอร์ ได้รับสิทธิบัตร หลายฉบับ สำหรับการปรับปรุงกระบวนการในช่วงทศวรรษ 1930 และ 1940 ^{[ 34 ]}บริษัทของไอเชอร์มีชื่อว่าSynthetic Oils Ltd (ไม่เกี่ยวข้องกับบริษัทชื่อเดียวกันในแคนาดา)

ในช่วงประมาณปี 1930 และ 1940 อาร์เธอร์ อิมเฮาเซน ได้พัฒนาและนำกระบวนการทางอุตสาหกรรมมาใช้ในการผลิตไขมันที่กินได้จากน้ำมันสังเคราะห์เหล่านี้ผ่านการออกซิเดชัน^{[ 35 ]}ผลิตภัณฑ์ได้รับการกลั่นแยกส่วน และไขมันที่กินได้นั้นได้มาจากC -Cเศษส่วน^{[ 36 ]}ซึ่งทำปฏิกิริยากับกลีเซอรอลเช่น กลีเซอรอลที่สังเคราะห์จากโพรพิลีน^{[ 37 ]} พบว่ามาการีน "เนยถ่านหิน"ที่ทำจากน้ำมันสังเคราะห์นั้นมีคุณค่าทางโภชนาการและรสชาติที่น่าพอใจ และถูกนำไปใช้ในอาหารที่ให้พลังงานมากถึง 700 แคลอรีต่อวัน^{[ 38 ]}^{[ 39 ]} กระบวนการนี้ต้องใช้ ถ่านหินอย่างน้อย 60^{กิโลกรัมต่อเนยสังเคราะห์ 1 กิโลกรัม [ 37 ]}

การค้า

ซาโซล

การนำเทคโนโลยีฟิชเชอร์-โทรปช์ไปใช้ในระดับที่ใหญ่ที่สุดในโลกคือโรงงานหลายแห่งที่ดำเนินการโดยSasolในแอฟริกาใต้ซึ่งเป็นประเทศที่มีแหล่งถ่านหินสำรองจำนวนมาก แต่มีน้ำมันน้อย โดยมีกำลังการผลิต 165,000 บาร์เรลต่อวัน ณ^{โรงงาน} Secunda CTL ^{[ 40 ]}โรงงานเชิงพาณิชย์แห่งแรกเปิดดำเนินการในปี 1952 ^{[ 41 ]} Sasol ใช้ถ่านหินและก๊าซธรรมชาติเป็นวัตถุดิบและผลิตผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมสังเคราะห์หลากหลายชนิด รวมถึง น้ำมันดีเซลส่วนใหญ่ของประเทศ^[⁴² ]

พลังงานมิติ

โดยใช้เส้นทางที่มาจากคาร์บอนไดออกไซด์ Dimensional Energyได้ออกแบบ สร้าง และดำเนินการโรงงานสาธิต/นำร่อง Fischer Tropsch สองแห่งในทูซอน รัฐแอริโซนา สหรัฐอเมริกา และริชมอนด์ รัฐบริติชโคลัมเบีย ประเทศแคนาดา^{[ 43 ]}^{[ 44 ]}หน่วยในริชมอนด์เป็นการสาธิตโรงงานแบบบูรณาการแห่งแรกของโลกที่แหล่งปล่อย CO2 จากโรงงานผลิตซีเมนต์ปี 2024 ^[⁴⁵^]โครงการนี้ได้รวบรวมผู้ผลิตซีเมนต์Amrize (เดิมคือ LaFarge-Holcim ) ผู้นำด้านการดักจับคาร์บอนSvanteและ Dimensional Energy เพื่อพิสูจน์เส้นทางการดักจับและการใช้ประโยชน์เป็นกรณีการใช้งานที่ถ่ายโอนได้ไปยังสถานที่ใด ๆ ที่ปล่อย CO2 Dimensional ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบอนุกรมที่มีตัวเร่ง ปฏิกิริยา Reverse Water-Gas Shiftและ FT การออกแบบตามชื่อคือการป้อน CO2 1,000 กิโลกรัมวันสำหรับการผลิตของเหลวและแว็กซ์พาราฟิน n เป็นหลัก

ราสลาฟฟาน ประเทศกาตาร์

โรงงาน LTFT Pearl GTLที่เมืองราส ลาฟฟานประเทศกาตาร์ เป็นโรงงาน FT ที่ใหญ่เป็นอันดับสองของโลก รองจาก โรงงาน Secunda ของ Sasolในแอฟริกาใต้ โรงงานนี้ใช้ ตัวเร่งปฏิกิริยา โคบอลต์ที่อุณหภูมิ 230 องศาเซลเซียส ในการเปลี่ยนก๊าซธรรมชาติให้เป็นของเหลวปิโตรเลียมในอัตรา140,000 บาร์เรลต่อวัน (22,000 ลูกบาศก์เมตร^ต่อวัน)โดยมีการผลิตเพิ่มเติมอีก120,000 บาร์เรล (19,000 ^{ลูกบาศก์}เมตร)เทียบเท่ากับน้ำมันในรูปของของเหลวก๊าซธรรมชาติและอีเทน

โรงงานอีกแห่งใน Ras Laffan ที่ชื่อ Oryx GTL ได้เริ่มดำเนินการในปี 2550 โดยมีกำลังการผลิต34,000 บาร์เรลต่อวัน (5,400 ^{ลูกบาศก์}เมตรต่อวัน) ^{โรงงาน}นี้ใช้กระบวนการกลั่นเฟสสารละลายของ Sasol ซึ่งใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโคบอลต์ Oryx GTL เป็นกิจการร่วมทุนระหว่างQatarEnergyและSasol ^[⁴⁶ ]

เปโตรซา

PetroSAซึ่งเป็นบริษัทอีกแห่งหนึ่งของแอฟริกาใต้ ดำเนินการโรงกลั่นที่มีกำลังการผลิต 36,000 บาร์เรลต่อวัน ซึ่งได้ทำการสาธิตกึ่งเชิงพาณิชย์เสร็จสิ้นในปี 2554 ปูทางไปสู่การเตรียมการเชิงพาณิชย์ เทคโนโลยีนี้สามารถใช้ในการแปลงก๊าซธรรมชาติ ชีวมวล หรือถ่านหินให้เป็นเชื้อเพลิงสังเคราะห์ได้^{[ 47 ]}

การสังเคราะห์น้ำมันกลั่นระดับกลางของเชลล์

หนึ่งในโครงการขนาดใหญ่ที่สุดที่นำเทคโนโลยีฟิชเชอร์-โทรปช์มาใช้คือที่เมืองบินตูลูประเทศมาเลเซียโรงงานของเชลล์ แห่งนี้แปลง ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงดีเซล กำมะถัน ต่ำ และแว็กซ์เกรดอาหาร โดยมีกำลังการผลิต12,000 บาร์เรลต่อวัน (1,900 ลูกบาศก์เมตร^ต่อวัน )

อาร์คาเดีย อีฟูเอลส์

บริษัท Arcadia eFuelsในรัฐเท็กซัสร่วมกับ Sasol และTopsoeกำลังพัฒนาโรงงานผลิตเชื้อเพลิงการบินที่ยั่งยืนในเมือง Vordingborg ประเทศเดนมาร์กซึ่งจะใช้กระบวนการ Fischer-Tropsch ในการแปลงก๊าซสังเคราะห์ที่ได้จากการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าและการดักจับคาร์บอนให้เป็นเชื้อเพลิงดีเซลอิเล็กทรอนิกส์สำหรับการบิน [ ^{48 ] [}^{49 ] โรงงาน}นี้ตั้งเป้าหมายที่จะเริ่มการผลิตในปี 2028 โดยมีโรงงานเพิ่มเติมที่กำลังพัฒนาอยู่ในTeesside สหราชอาณาจักรและสหรัฐอเมริกา^{[ 50 ]}^{[ 51 ]}

ความเร็ว

ในช่วงปี 2017 และ 2018 บริษัท Velocys ได้ร่วมมือกับบริษัท Envia ดำเนินการโรงงานสาธิตในเมืองโอคลาโฮมาซิตี ต่อมาโครงการร่วมทุนดังกล่าวได้ปิดตัวลงและเครื่องปฏิกรณ์ถูกส่งคืนให้กับ Velocys หลังจากที่ที่ดินถูกขายให้กับพันธมิตรในโครงการร่วมทุนรายอื่นในราคา 4.15 ล้านดอลลาร์สหรัฐ

เครื่องปฏิกรณ์ฟิชเชอร์-โทรปช์ของบริษัทถูกนำไปใช้โดยบริษัท TOYO Engineering Corporation เพื่อผลิตเชื้อเพลิงการบินที่ยั่งยืน (SAF) จากเศษไม้ที่โรงงานสาธิตในเมืองนาโกย่า ประเทศญี่ปุ่น ในปี 2020 เชื้อเพลิงที่ผลิตได้ถูกนำไปใช้ในเที่ยวบิน JL 515 จากโตเกียวไปยังซัปโปโร เมื่อวันที่ 17 มิถุนายน 2021ซึ่งถือเป็นครั้งแรกที่เชื้อเพลิงการบินที่ได้จากเศษไม้ที่ผ่านกระบวนการแปรสภาพเป็นก๊าซและสังเคราะห์เป็น SAF ถูกนำมาใช้ในเที่ยวบินเชิงพาณิชย์

เอสจีซี

เริ่มต้นจากการเป็นผู้ให้สิทธิ์ใช้งานเทคโนโลยีชีวมวล^{[ 52 ]}ในช่วงฤดูร้อนปี 2012 SGC Energia (SGCE) ได้เปิดใช้งานหน่วยกระบวนการ Fischer–Tropsch แบบท่อหลายท่อนำร่องและหน่วยปรับปรุงผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องที่ศูนย์เทคโนโลยีพาซาดีนา รัฐเท็กซัส ศูนย์เทคโนโลยีนี้มุ่งเน้นไปที่การพัฒนาและการดำเนินงานของโซลูชัน XTLH ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผลของเสียคาร์บอนที่มีมูลค่าต่ำให้เป็นเชื้อเพลิงขั้นสูงและผลิตภัณฑ์แว็กซ์^{[ 53 ]}หน่วยนี้ยังทำหน้าที่เป็นสภาพแวดล้อมการฝึกอบรมการปฏิบัติงานสำหรับ โรงงาน Juniper GTL ขนาด 1100 บาร์เรลต่อวัน ที่สร้างขึ้นในเวสต์เลค รัฐลุยเซียนา

อุซเบกิสถาน GTL

เรนเทค

บริษัท Rentech, Inc. ได้สร้างและดำเนินการโรงงาน Fischer–Tropsch ขนาดสาธิตร่วมกับ ClearFuels ซึ่งเป็นบริษัทที่เชี่ยวชาญด้านการผลิตก๊าซชีวมวล โรงงานแห่งนี้ตั้งอยู่ที่^CommerceCity รัฐโคโลราโดและผลิตเชื้อเพลิงได้ประมาณ10 บาร์เรลต่อวัน (1.6 m³ /d)จากก๊าซธรรมชาติ มีการวางแผนสร้างโรงงานขนาดเชิงพาณิชย์ในRialto รัฐแคลิฟอร์เนีย ; Natchez รัฐมิสซิสซิปปี ; Port St. Joe รัฐฟลอริดา ; และWhite River รัฐออ นแทรี โอ^[⁵⁴^] Rentech ปิดโรงงานนำร่องในปี 2013 และยกเลิกการทำงานเกี่ยวกับกระบวนการ FT รวมถึงโรงงานเชิงพาณิชย์ที่เสนอไว้ด้วย

เทคโนโลยี INFRA GTL

ในปี 2553 INFRA ได้สร้าง โรงงานนำร่องขนาดกะทัดรัดสำหรับการแปลงก๊าซธรรมชาติเป็นน้ำมันสังเคราะห์ โรงงานนี้จำลองวงจรการทำงานทางเคมีของ GTL อย่างครบถ้วน รวมถึงการรับก๊าซจากท่อส่ง การกำจัดกำมะถัน การปฏิรูปมีเทนด้วยไอน้ำ การปรับสภาพก๊าซสังเคราะห์ และการสังเคราะห์ฟิชเชอร์-โทรปช์ ในปี 2556 โรงงานนำร่องแห่งแรกถูกซื้อโดย VNIIGAZ Gazprom LLC ในปี 2557 INFRA ได้เปิดใช้งานและดำเนินการโรงงานนำร่องขนาดใหญ่ขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นโรงงานทดสอบรุ่นที่สองของ INFRA และมีความโดดเด่นด้วยระบบอัตโนมัติระดับสูงและระบบรวบรวมข้อมูลที่ครอบคลุม ในปี 2558 INFRA ได้สร้างโรงงานผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาของตนเองในเมืองทรอยต์สค์ (มอสโก ประเทศรัสเซีย) โรงงานผลิตตัวเร่งปฏิกิริยามีกำลังการผลิตมากกว่า 15 ตันต่อปี และผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาฟิชเชอร์-โทรปช์ที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะซึ่งพัฒนาโดยแผนกวิจัยและพัฒนาของบริษัท ในปี 2559 INFRA ได้ออกแบบและสร้างโรงงาน GTL (gas-to-liquid) M100 แบบโมดูลาร์ที่สามารถเคลื่อนย้ายได้ เพื่อแปรรูปก๊าซธรรมชาติและก๊าซที่เกี่ยวข้องให้เป็นน้ำมันดิบสังเคราะห์ในเมืองวอร์ตัน รัฐเท็กซัสโรงงาน M100 ดำเนินการในฐานะหน่วยสาธิตเทคโนโลยี แพลตฟอร์ม R&D สำหรับการกลั่นตัวเร่งปฏิกิริยา และแบบจำลองทางเศรษฐกิจเพื่อขยายกระบวนการ GTL ของ Infra ไปสู่โรงงานขนาดใหญ่และมีประสิทธิภาพมากขึ้น^{[ 55 ]}

เทคโนโลยี BP-JM FT CANS

British Petroleum และ Johnson Matthey ร่วมกันอนุญาตให้ใช้เทคโนโลยี FT แบบเตียงคงที่แบบท่อที่ดัดแปลงแล้วเรียกว่า "FT CANS" เทคโนโลยีนี้อนุญาตให้ก๊าซไหลผ่านตัวเร่งปฏิกิริยา ตามด้วยการถ่ายเทความร้อนแบบวงแหวนความเร็วสูงลงไปตามด้านนอกของท่อ ซึ่งช่วยให้สามารถใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอนุภาคขนาดเล็กมากพร้อมกับข้อดีของเตียงคงที่ เทคโนโลยีนี้ได้รับการสาธิตครั้งแรกที่ไซต์ Fulcrum Biofuels Sierra ในเนวาดา สหรัฐอเมริกา^{[ 56 ]}

สิบสอง

บริษัท Twelve ของสหรัฐฯ ได้เริ่มดำเนินการโครงการ "Power to Liquid" Sustainable Aviation Fuel ที่ Moses Lake ในรัฐวอชิงตัน ณ กลางปี 2026 โดยใช้เทคโนโลยี Fischer-Tropsch และ Upgrading ที่ได้รับอนุญาตจาก Emerging Fuels Technology ^{[ 57 ]}

อื่น

ในสหรัฐอเมริกาและอินเดีย รัฐที่ผลิตถ่านหินบางแห่งได้ลงทุนในโรงงานฟิชเชอร์-โทรปช์ ในรัฐเพนซิลเวเนีย บริษัท Waste Management and Processors, Inc. ได้รับเงินทุนจากรัฐเพื่อนำเทคโนโลยี FT ที่ได้รับอนุญาตจาก Shell และ Sasol มาใช้ในการแปลงถ่านหินเหลือทิ้ง (เศษเหลือจากกระบวนการทำเหมือง) ให้เป็นเชื้อเพลิงดีเซลกำมะถันต่ำ^{[ 58 ]}^{[ 59 ]}

ความก้าวหน้าด้านการวิจัย

Choren Industries ได้สร้างโรงงานในเยอรมนีที่แปลงชีวมวลเป็นก๊าซสังเคราะห์และเชื้อเพลิงโดยใช้โครงสร้างกระบวนการ Shell FT บริษัทล้มละลายในปี 2554 เนื่องจากไม่สามารถดำเนินการได้จริงในกระบวนการ^{[ 60 ]}^{[ 61 ]}

โดยหลักการแล้ว การทำให้ชีวมวลกลายเป็นแก๊ส (BG) และการสังเคราะห์ฟิชเชอร์-โทรปช์ (FT) สามารถนำมารวมกันเพื่อผลิตเชื้อเพลิงขนส่งหมุนเวียน ( เชื้อเพลิงชีวภาพ ) ได้^{[ 62 ]}

Audiร่วมมือกับ Sunfire ผลิตE-dieselในปริมาณน้อยโดยแบ่งเป็นสองขั้นตอน โดยขั้นตอนที่สองคือ FT ^{[ 45 ]}

การทดสอบของกองทัพอากาศสหรัฐฯ

ซินโทรเลียม (Syntroleum ) ซึ่งเดิมเป็นบริษัทมหาชนของสหรัฐฯ ได้ผลิตน้ำมันดีเซลและน้ำมันเครื่องบินเจ็ต มากกว่า 400,000 แกลลอนสหรัฐ (1,500,000 ลิตร) จากกระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์ (Fischer–Tropsch) โดยใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นวัตถุดิบ ณ โรงงานสาธิตใกล้ เมืองทัลซา รัฐโอคลาโฮมาเชื้อเพลิงที่สะอาดมากและมีกำมะถันต่ำนี้ได้รับการทดสอบอย่างกว้างขวางโดยกระทรวงพลังงานและกระทรวงคมนาคมของสหรัฐฯ โดยใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นวัตถุดิบ ซินโทรเลียมได้พัฒนาเชื้อเพลิงเครื่องบินเจ็ตสังเคราะห์ผสมที่จะช่วยให้กองทัพอากาศลดการพึ่งพาน้ำมันปิโตรเลียมที่นำเข้า กองทัพอากาศซึ่งเป็นผู้ใช้เชื้อเพลิงรายใหญ่ที่สุดของกองทัพสหรัฐฯ เริ่มสำรวจแหล่งเชื้อเพลิงทางเลือกในปี 1999 เมื่อวันที่ 15 ธันวาคม 2006 เครื่องบิน ทิ้งระเบิด B-52ได้บินขึ้นจากฐานทัพอากาศเอ็ดเวิร์ดส์รัฐแคลิฟอร์เนียเป็นครั้งแรกโดยใช้เชื้อเพลิงผสม 50-50 ระหว่างJP-8และเชื้อเพลิง FT ของซินโทรเลียม การทดสอบบินเจ็ดชั่วโมงนั้นถือว่าประสบความสำเร็จ เป้าหมายของโครงการทดสอบการบินคือการรับรองส่วนผสมเชื้อเพลิงสำหรับการใช้งานในฝูงบิน B-52 ของกองทัพ จากนั้นจึงทำการทดสอบการบินและรับรองในเครื่องบินอื่นๆ โครงการทดสอบสิ้นสุดลงในปี 2550 โครงการนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ ริเริ่มเชื้อเพลิงที่มั่นใจได้ ของกระทรวงกลาโหมซึ่งเป็นความพยายามในการพัฒนาแหล่งพลังงานภายในประเทศที่ปลอดภัยสำหรับความต้องการด้านพลังงานของกองทัพ เพนตากอนหวังที่จะลดการใช้น้ำมันดิบจากผู้ผลิตต่างประเทศและได้รับเชื้อเพลิงการบินประมาณครึ่งหนึ่งจากแหล่งทางเลือกภายในปี 2559 ^[⁶³^]เมื่อไม่นานมานี้ในปี 2564 เชื้อเพลิงเจ็ทสังเคราะห์อีกชุดหนึ่งถูกผลิตขึ้นสำหรับกองทัพอากาศโดย Twelve และ Emerging Fuels Technologyซึ่งบริษัทหลังเป็นบริษัทสืบทอดของ Syntroleum ที่ก่อตั้งโดยผู้ก่อตั้งและทีมผู้บริหารของ Syntroleum และได้ซื้อห้องปฏิบัติการในทัลซา

ประสิทธิภาพของกระบวนการ

เมื่อใช้เทคโนโลยี FT แบบดั้งเดิม กระบวนการจะมีประสิทธิภาพคาร์บอนตั้งแต่ 25 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์^{[ 43 ]}และมีประสิทธิภาพความร้อนประมาณ 50% ^{[ 64 ]}สำหรับโรงงาน CTL ที่ได้รับการกำหนดอุดมคติไว้ที่ 60% ^{[ 65 ]}โดยโรงงาน GTL มีประสิทธิภาพประมาณ 60% ^{[ 64 ]} ที่ได้รับการกำหนด อุดมคติไว้ที่ 80% ^{[ 65 ]}