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Fischer-Tropsch-Synthese

Einführung

Definition

Die nach ihren Erfindern benannte Fischer-Tropsch-Synthese (kurz FTS) ist die an Übergangsmetallen – vor allem Eisen, Cobalt, Nickel und Ruthenium – heterogen katalysierte Hydrierung von Kohlenmonoxid zu gesättigten und ungesättigten, vornehmlich unverzweigten Kohlenwasserstoffen der homologen Reihe.

Hauptreaktionsgleichung:

n C O + 2 n H 2 ( C H 2 ) n + n H 2 O

Nebenprodukte sind Alkohole, Aldehyde, Ketone und organische Säuren.

Historische Entwicklung

  • 1902: Sabatier und Senderens, erste Kohlenwasserstoffsynthese (Methan) aus Synthesegas an Nickel- und Cobaltkatalysatoren bei Temperaturen von ca. 300 ºC
  • ab 1925: Fischer und Tropsch (Institut für Kohleforschung in Mühlheim/Ruhr), Synthesegasumsetzung zu höheren Kohlenwasserstoffen (Olefine und Paraffine) sowie sauerstoffhaltigen Verbindungen an Fe-, Co- und Ni-Katalysatoren bei Atmosphärendruck im Temperaturbereich 160 bis 300 ºC
  • 1936: Ruhrchemie AG/Oberhausen, Inbetriebnahme der ersten technischen FTS-Anlage mit modifiziertem Cobaltkatalysator im Festbettreaktor („Kobalt-Normaldrucksynthese“), später auch bei erhöhtem Reaktionsdruck („Kobalt-Mitteldruckverfahren“)
  • 1944: Höhepunkt der Kraftstofferzeugung durch FT-Synthese ausgehend von Kohle im damaligen Deutschen Reichsgebiet: 600.000 t/Jahr; Produktionsstopp nach Kriegsende
  • seit 1955: SASOL/Südafrika, großtechnische Erzeugung von Benzin, Dieselkraftstoff, Hartparaffinen sowie Olefinen und sauerstoffhaltigen Verbindungen auf Basis von Kohle mit Eisenkatalysatoren und verschiedenen Reaktortypen (siehe unten); Kapazität: ca. 6 Mio. t/Jahr
  • seit 1992: Petro SA/Südafrika, Benzinherstellung durch FTS auf Basis von Erdgas; Kapazität: ca. 1.5 Mio. t/Jahr
  • seit Anfang der 1990er Jahre: wiedererstarktes weltweites Interesse am FTS-Verfahren als Möglichkeit der Umwandlung von Erdgas aus abgelegenen Vorkommen zu hochwertigem Mitteldestillat (Diesel, Kerosin). Erhöhung der Mitteldestillatausbeute durch mildes Hydrocracken von festem Produkt („Wachs“)
  • seit 1993: als praktisches Ergebnis dieses Trends erfolgt in Bintulu/Malaysia die Mitteldestillaterzeugung auf Basis Erdgas mittels FTS an Cobalt (Shell Middle Distillate Process, SMDS); Kapazität: 390.000 t/Jahr
  • weitere Projekte z.B. in Alaska (BP-Amoco), Nigeria und Katar (SASOL mit Chevron) stehen vor der Realisierung
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