Proceso de Fischer-Tropsch

El proceso Fischer-Tropsch (FT) es un conjunto de reacciones químicas que convierte una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, conocida como gas de síntesis, en hidrocarburos líquidos. Estas reacciones ocurren en presencia de catalizadores metálicos, típicamente a temperaturas de 150 a 300 °C (302 a 572 °F) y presiones de una a varias decenas de atmósferas. El proceso Fischer-Tropsch es una reacción importante tanto en la licuefacción del carbón como en la tecnología de gas a líquido para producir hidrocarburos líquidos.

En la implementación habitual, el monóxido de carbono y el hidrógeno, las materias primas para el FT, se producen a partir de carbón, gas natural o biomasa en un proceso conocido como gasificación. Luego, el proceso convierte estos gases en aceite lubricante sintético y combustible sintético. Este proceso ha recibido atención intermitente como fuente de combustible diesel bajo en azufre y para abordar el suministro o el costo de los hidrocarburos derivados del petróleo. El proceso Fischer-Tropsch se analiza como un paso para producir combustibles de hidrocarburos líquidos neutros en carbono a partir de CO₂ e hidrógeno.

El proceso fue desarrollado por primera vez por Franz Fischer y Hans Tropsch en el Instituto Kaiser Wilhelm para la Investigación del Carbón en Mülheim an der Ruhr, Alemania, en 1925.

Mecanismo de reacción

El proceso Fischer-Tropsch implica una serie de reacciones químicas que producen una variedad de hidrocarburos, idealmente teniendo la fórmula (C)_nH_2n+2). Las reacciones más útiles producen alcanes como sigue:

(22)n + 1) H₂ + nCO → C_nH_2n+2 + nH₂O

donde n suele ser entre 10 y 20. La formación de metano (n = 1) no es deseada. La mayoría de los alcanos producidos tienden a ser de cadena lineal, adecuados como combustible diésel. Además de la formación de alcanos, las reacciones competitivas dan pequeñas cantidades de alquenos, así como alcoholes y otros hidrocarburos oxigenados.

La reacción es una reacción altamente exotérmica debido a una enthalpy de reacción estándar (ΔH) de −165 kJ/mol CO combinado.

Intermedios de Fischer-Tropsch y reacciones elementales

La conversión de una mezcla de H₂ y CO en productos alifáticos es una reacción de varios pasos con varios compuestos intermedios. Se puede visualizar que el crecimiento de la cadena de hidrocarburos implica una secuencia repetida en la que se añaden átomos de hidrógeno al carbono y al oxígeno, se divide el enlace C-O y se forma un nuevo enlace C-C. Para un grupo –CH₂– producido por CO + 2 H₂ → (CH₂) + H₂ O, son necesarias varias reacciones:

• Adsorción asociativa de CO
• Dividir el vínculo C-O
• Adsorción disociativa de 2 H₂
• Transferencia de 2 H al oxígeno para producir H₂O
• Desorción de H₂O
• Transferencia de 2 H al carbono para ceder CH₂

La conversión de CO a alcanes implica la hidrogenación de CO, la hidrogenólisis (limpiada con H₂) de los bonos C-O, y la formación de los bonos C-C. Tales reacciones se supone que proceden mediante la formación inicial de carbonilos metálicos de superficie. El ligando CO se especula para someterse a disociación, posiblemente en ligandos de óxido y carburo. Otros intermediarios potenciales son varios C₁ fragmentos que incluyen formail (CHO), hidroxicarbeno (HCOH), hidroximetil (CH)₂OH), metil (CH)₃), metileno (CH)₂), metilidyne (CH), e hidroximethylidyne (COH). Además, y crítico para la producción de combustibles líquidos, son reacciones que forman bonos C-C, como la inserción migratoria. Muchas reacciones estoquiométricas relacionadas se han simulado en grupos de metal discretos, pero los catalizadores homogéneos Fischer-Tropsch no tienen importancia comercial.

La adición de alcohol isotópicamente marcado a la corriente de alimentación da como resultado la incorporación de alcoholes al producto. Esta observación establece la facilidad de escisión del enlace C – O. El uso de etileno y propeno marcados con ¹⁴C sobre catalizadores de cobalto da como resultado la incorporación de estas olefinas a la cadena en crecimiento. Por tanto, la reacción de crecimiento en cadena parece implicar tanto la 'inserción de olefinas' así como la 'CO-inserción'.

8 CO + 17 H₂ → C₈H₁₈ + 8 H₂O

Materias primas: gasificación

Las plantas Fischer-Tropsch asociadas con biomasa o carbón o materias primas sólidas relacionadas (fuentes de carbono) primero deben convertir el combustible sólido en gases. Estos gases incluyen CO, H₂ y alcanos. Esta conversión se llama gasificación. El gas de síntesis ("syngas") se obtiene de la gasificación de biomasa/carbón y es una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono. La relación H₂:CO se ajusta mediante la reacción de desplazamiento agua-gas. Las plantas FT a base de carbón producen cantidades variables de CO₂, dependiendo de la fuente de energía del proceso de gasificación. Sin embargo, la mayoría de las plantas basadas en carbón dependen del carbón de alimentación para satisfacer todas las necesidades energéticas del proceso.

Materias primas: GTL

El monóxido de carbono para la catálisis FT se deriva de hidrocarburos. En la tecnología de gas a líquido (GTL), los hidrocarburos son materiales de bajo peso molecular que a menudo serían desechados o quemados. El gas trenzado proporciona gas relativamente barato. Para que GTL sea comercialmente viable, el gas debe seguir siendo relativamente más barato que el petróleo.

Se requieren varias reacciones para obtener los reactivos gaseosos necesarios para la catálisis de FT. En primer lugar, los gases reactivos que entran en un reactor deben desulfurarse. De lo contrario, las impurezas que contienen azufre desactivan ("venenan") los catalizadores necesarios para las reacciones FT.

Se emplean varias reacciones para ajustar la relación H₂:CO. La más importante es la reacción de desplazamiento agua-gas, que proporciona una fuente de hidrógeno a expensas del monóxido de carbono:

${\displaystyle {\ce {H2O + CO] H2 + CO2}}$

Para las plantas FT que utilizan metano como materia prima, otra reacción importante es el reformado en seco, que convierte el metano en CO y H₂:

${\displaystyle {\ce {CH4 + CO2 - titulada 2CO + 2H2}}$

Condiciones del proceso

Generalmente, el proceso Fischer-Tropsch se opera en el rango de temperatura de 150 a 300 °C (302 a 572 °F). Las temperaturas más altas conducen a reacciones más rápidas y tasas de conversión más altas, pero también tienden a favorecer la producción de metano. Por esta razón, la temperatura generalmente se mantiene entre la parte baja y media del rango. El aumento de la presión conduce a tasas de conversión más altas y también favorece la formación de alcanos de cadena larga, los cuales son deseables. Las presiones típicas oscilan entre una y varias decenas de atmósferas. Incluso presiones más altas serían favorables, pero los beneficios pueden no justificar los costos adicionales de los equipos de alta presión, y presiones más altas pueden conducir a la desactivación del catalizador mediante la formación de coque.

Se puede utilizar una variedad de composiciones de gases de síntesis. Para los catalizadores a base de cobalto, la relación óptima H₂:CO es de alrededor de 1,8 a 2,1. Los catalizadores a base de hierro pueden tolerar proporciones más bajas, debido a la actividad de reacción de desplazamiento agua-gas intrínseca del catalizador de hierro. Esta reactividad puede ser importante para el gas de síntesis derivado del carbón o la biomasa, que tienden a tener relaciones H₂:CO relativamente bajas (< 1).

Diseño del reactor de proceso Fischer-Tropsch

La eliminación eficiente del calor del reactor es la necesidad básica de los reactores FT, ya que estas reacciones se caracterizan por una alta exotermicidad. Se analizan cuatro tipos de reactores:

Reactor multitubular de lecho fijo

Este tipo de reactor contiene varios tubos con diámetros pequeños. Estos tubos contienen catalizadores y están rodeados de agua fría que elimina el calor de la reacción. Un reactor de cama fija es adecuado para la operación a bajas temperaturas y tiene un límite de temperatura superior de 257 °C (530 K). La temperatura excesiva conduce a la deposición de carbono y por lo tanto el bloqueo del reactor. Dado que grandes cantidades de los productos formados están en estado líquido, este tipo de reactor también se puede denominar un sistema de reactores de flujo engañoso.

Reactor de flujo arrastrado

Este tipo de reactor contiene dos bancos de intercambiadores de calor que eliminan el calor; el resto de los cuales es eliminado por los productos y reciclado en el sistema. Debe evitarse la formación de ceras pesadas, ya que se condensan en el catalizador y forman aglomeraciones. Esto conduce a la fluidización. Por lo tanto, los elevadores se operan más de 297 °C (570 K).

Reactores de lodo

La eliminación de calor se realiza mediante bobinas de refrigeración interna. El gas de síntesis se burbuja a través de los productos waxy y el catalizador finamente dividido que se suspende en el medio líquido. Esto también proporciona agitación del contenido del reactor. El tamaño de las partículas catalizadoras reduce las limitaciones de calor y transferencia de masa difusas. Una temperatura inferior en el reactor conduce a un producto más viscoso y una temperatura superior (conferencia 297 °C, 570 K) da un espectro de producto indeseable. Además, la separación del producto del catalizador es un problema.

Reactores de lecho fluido y catalizador circulante (ascendente)

Estos se utilizan para la síntesis FT de alta temperatura (casi 340 °C) para producir hidrocarburos insaturados de bajo peso molecular en catalizadores de hierro fundido alcalizados. La tecnología de base de fluidos (a medida que se adaptó de la grieta catalítica de destilados de petróleo pesados) fue introducida por Hydrocarbon Research en 1946–50 y nombró el proceso 'Hydrocol'. Una planta de Hidrocol Fischer-Tropsch a gran escala (350.000 toneladas anuales) operada durante 1951–57 en Brownsville, Texas. Debido a los problemas técnicos y a la economía poco práctica debido al aumento de la disponibilidad de petróleo, este desarrollo se suspendió. La síntesis de FT con base fluida ha sido reinvestigada por Sasol. Está en funcionamiento un reactor con una capacidad de 500.000 toneladas anuales. El proceso se ha utilizado para C₂ y C₇ producción de alkene. La compañía Kellogg y una planta respectiva construida en Sasol en 1956, introdujo un proceso de alta temperatura con un catalizador de hierro circulante ('cama de líquido circulante', 'reactor de reactores', 'proceso de catalizador entrenado'). Fue mejorado por Sasol para una operación exitosa. En Secunda, Sudáfrica, Sasol operaba 16 reactores avanzados de este tipo con una capacidad de aproximadamente 330.000 toneladas anuales cada uno. El proceso de catalizador circulante puede ser reemplazado por la tecnología de base de fluidos. Fischer ha realizado experimentos tempranos con partículas de catalizador de cobalto suspendidas en aceite. El reactor de columna de burbujas con un catalizador de lodo de hierro en polvo y un singás rico en CO fue especialmente desarrollado para pilotar escala de plantas por Kölbel en la empresa Rheinpreuben en 1953. Desde 1990, se están investigando procesos de baja temperatura para el uso de catalizadores de hierro y cobalto, especialmente para la producción de cera de hidrocarburos, o para ser hidrocrados e isomerizados para producir combustible diesel, por Exxon y Sasol. Slurry-phase ( columna de burbujas) síntesis FT de baja temperatura es eficiente. Esta tecnología también está en desarrollo por la Statoil Company (Noruega) para su uso en un buque para convertir el gas asociado en campos petrolíferos offshore en un líquido hidrocarburo.

Distribución de productos

En general, la distribución del producto de los hidrocarburos formados durante el proceso Fischer-Tropsch sigue una distribución de Anderson-Schulz-Flory, que se puede expresar como:

W_n/n = 1 − α)²αⁿ⁻¹

donde W_n es la fracción en peso de los hidrocarburos que contienen n átomos de carbono, y α es la probabilidad de crecimiento de la cadena o la probabilidad de que una molécula continúe reaccionando para formar una cadena más larga. En general, α está determinado en gran medida por el catalizador y las condiciones específicas del proceso.

El examen de la ecuación anterior revela que el metano siempre será el producto único más grande mientras sea α es inferior a 0,5; sin embargo, aumentando α cerca de uno, la cantidad total de metano formado se puede minimizar en comparación con la suma de todos los diversos productos de cadena larga. Aumento α aumenta la formación de hidrocarburos de cadena larga. Los hidrocarburos de cadena muy larga son ceras, que son sólidas a temperatura ambiente. Por lo tanto, para la producción de combustibles de transporte líquido puede ser necesario romper algunos de los productos FT. Para evitarlo, algunos investigadores han propuesto utilizar zeolitas u otros sustratos catalizadores con poros de tamaño fijo que pueden restringir la formación de hidrocarburos más largos que algún tamaño característico (normalmente n- 10). De esta manera pueden conducir la reacción para minimizar la formación de metano sin producir muchos hidrocarburos de cadena larga. Esos esfuerzos sólo han tenido un éxito limitado.

Catalizadores

Cuatro metales son activos como catalizadores del proceso Fischer-Tropsch: hierro, cobalto, níquel y rutenio. Dado que el proceso FT normalmente transforma precursores económicos en mezclas complejas que requieren mayor refinación, los catalizadores FT se basan en metales económicos, especialmente hierro y cobalto. El níquel genera demasiado metano, por lo que no se utiliza.

Por lo general, estos catalizadores heterogéneos se obtienen mediante precipitación a partir de soluciones de nitrato de hierro. Estas soluciones se pueden utilizar para depositar la sal metálica sobre el soporte del catalizador (ver más abajo). Dichos materiales tratados se transforman en catalizadores activos calentándolos bajo CO, H2 o con la materia prima a tratar, es decir, los catalizadores se generan in situ. Debido a la naturaleza de varios pasos del proceso de FT, el análisis de las especies catalíticamente activas es un desafío. Además, como es conocido en el caso de los catalizadores de hierro, pueden coexistir varias fases y participar en diversas etapas de la reacción. Estas fases incluyen diversos óxidos y carburos, así como polimorfos de los metales. El control de estos componentes puede ser relevante para la distribución de productos. Además del hierro y el cobalto, el níquel y el rutenio son activos para convertir la mezcla CO/H₂ en hidrocarburos. Aunque caro, el rutenio es el más activo de los catalizadores de Fischer-Tropsch en el sentido de que funciona a las temperaturas de reacción más bajas y produce hidrocarburos de mayor peso molecular. Los catalizadores de rutenio consisten en metal, sin ningún promotor, lo que proporciona un sistema relativamente simple adecuado para el análisis mecanicista. Su elevado precio imposibilita aplicaciones industriales. Los catalizadores de cobalto son más activos para la síntesis de FT cuando la materia prima es gas natural. El gas natural tiene una alta proporción de hidrógeno a carbono, por lo que el cambio de agua a gas no es necesario para los catalizadores de cobalto. Los catalizadores a base de cobalto son más sensibles que sus homólogos de hierro.

Un ejemplo ilustrativo de la selección de catalizadores del mundo real es el Fischer-Tropsch (HTFT) de alta temperatura, que funciona a 330-350 °C y utiliza un catalizador a base de hierro. Sasol utilizó ampliamente este proceso en sus plantas de conversión de carbón a líquido (CTL). Fischer-Tropsch (LTFT) de baja temperatura utiliza un catalizador a base de hierro o cobalto. Este proceso es mejor conocido por ser utilizado en la primera planta GTL integrada operada y construida por Shell en Bintulu, Malasia.

Promotoras y apoyos

Además del metal activo (normalmente Fe o Co), otros dos componentes componen el catalizador: los promotores y el soporte del catalizador. Los promotores son aditivos que mejoran el comportamiento del catalizador. Para los catalizadores FT, los promotores típicos incluyen potasio y cobre, que generalmente se agregan como sales. La elección de los promotores depende del metal primario, hierro o cobalto. Los catalizadores de hierro necesitan promoción alcalina para alcanzar una alta actividad y estabilidad (por ejemplo, 0,5% en peso K₂O). El α-Fe₂O₃ dopado con potasio se sintetiza a temperaturas de calcinación variables (400–800 °C). Adición de Cu para promover la reducción, adición de SiO
₂, Al
₂ O
₃ para la promoción estructural y tal vez se pueda aplicar algo de manganeso para el control de selectividad (p. ej. alta olefinicidad). La elección de los promotores depende del metal primario, es decir, hierro frente a cobalto. Si bien los metales alcalinos del grupo 1 (por ejemplo, potasio) ayudan a los catalizadores de hierro, envenenan los catalizadores de cobalto.

Los catalizadores están soportados sobre aglutinantes/soportes de alta superficie como sílice, alúmina o zeolitas.

Historia

El proceso F-T atrajo la atención como un medio de la Alemania nazi para producir hidrocarburos líquidos. El proceso original fue desarrollado por Franz Fischer y Hans Tropsch, que trabajaban en el Instituto Kaiser-Wilhelm de Química en 1926. Presentaron varias patentes, por ejemplo, U.S. patente 1.746.464, solicitada en 1926, publicada en 1930. Fue comercializada por Brabag en Alemania en 1936. Alemania, pobre en petróleo pero rica en carbón, utilizó el proceso durante la Segunda Guerra Mundial para producir ersatz. combustibles (de repuesto). La producción de FT representó aproximadamente el 9% de la producción alemana de combustibles de guerra y el 25% del combustible para automóviles. Se han realizado muchos refinamientos y ajustes al proceso desde la época de Fischer y Tropsch.

La Oficina de Minas de los Estados Unidos, en un programa iniciado por la Ley de Combustibles Líquidos Sintéticos, empleó a siete científicos de combustibles sintéticos de la Operación Paperclip en una planta de Fischer-Tropsch en Luisiana, Misuri, en 1946.

En Gran Bretaña, Alfred August Aicher obtuvo varias patentes para mejorar el proceso en los años 1930 y 1940. Aicher's company was named Synthetic Oils Ltd (no relacionado con una empresa del mismo nombre en Canadá).

Alrededor de los años 1930 y 1940, Arthur Imhausen desarrolló e implementó un proceso industrial para producir grasas comestibles de estos aceites sintéticos a través de la oxidación. Los productos se destilaron fraccionadamente y las grasas comestibles se obtuvieron de los productos C
₉-C
₁₆ fracciones que fueron reaccionadas con glicerol como la sintetizada de propileno. La margarina " mantequilla de carbón" hecha de aceites sintéticos se encontró nutritiva y de buen gusto, y se incorporó en dietas que aportan hasta 700 calorías al día. El proceso requiere al menos 60 kg de carbón por kg de mantequilla sintética.

Comercialización

Ras Laffan, Qatar

La instalación LTFT Pearl GTL en Ras Laffan, Qatar, es la segunda planta FT más grande del mundo después de la planta Secunda de Sasol en Sudáfrica. Utiliza catalizadores de cobalto a 230 °C, convirtiendo el gas natural en líquidos derivados del petróleo a un ritmo de 140.000 barriles por día (22.000 m³/d), con una producción adicional de 120.000 barriles (19.000 m ³) de equivalente de petróleo en líquidos de gas natural y etano.

En 2007 se puso en marcha otra planta en Ras Laffan, llamada Oryx GTL, con una capacidad de 34.000 barriles por día (5.400 m³/d). La planta utiliza el proceso de destilado en fase de suspensión Sasol, que utiliza un catalizador de cobalto. Oryx GTL es una empresa conjunta entre QatarEnergy y Sasol.

Sasol

La implementación a mayor escala del mundo de la tecnología Fischer-Tropsch es una serie de plantas operadas por Sasol en Sudáfrica, un país con grandes reservas de carbón, pero poco petróleo. Con una capacidad de 165000 Bpd en su planta de Secunda. La primera planta comercial se inauguró en 1952. Sasol utiliza carbón y gas natural como materias primas y produce una variedad de productos derivados del petróleo sintético, incluida la mayor parte del combustible diesel del país.

PetroSA

PetroSA, otra empresa sudafricana, opera una refinería con una planta de 36.000 barriles por día que completó una demostración semicomercial en 2011, allanando el camino para comenzar la preparación comercial. La tecnología se puede utilizar para convertir gas natural, biomasa o carbón en combustibles sintéticos.

Síntesis del destilado medio de cáscara

Una de las mayores implementaciones de la tecnología Fischer-Tropsch se encuentra en Bintulu, Malasia. Esta instalación de Shell convierte gas natural en combustibles diésel con bajo contenido de azufre y cera de calidad alimentaria. La escala es de 12.000 barriles por día (1.900 m³/d).

Velocidad

La construcción está en marcha para Velocys' planta de referencia comercial que incorpora su tecnología de microcanal Fischer-Tropsch; El proyecto GTL de Oklahoma City de ENVIA Energy se está construyendo junto al vertedero de East Oak de Waste Management. El proyecto está siendo financiado por una empresa conjunta entre Waste Management, NRG Energy, Ventech y Velocys. La materia prima para esta planta será una combinación de gas de vertedero y gas natural por gasoducto.

SGCE

Comenzando como licenciante de tecnología de biomasa En el verano de 2012, SGC Energia (SGCE) puso en servicio con éxito una unidad piloto de proceso multitubular Fischer-Tropsch y unidades de actualización de productos asociadas en el Centro de Tecnología de Pasadena, Texas. El centro tecnológico se centró en el desarrollo y las operaciones de su solución XTLH, que optimizó el procesamiento de flujos de desechos de carbono de bajo valor en combustibles avanzados y productos de cera. Esta unidad también sirve como entorno de entrenamiento de operaciones para las instalaciones Juniper GTL de 1100 BPD construidas en Westlake, LA.

UPM (Finlandia)

En octubre de 2006, el fabricante finlandés de papel y pulpa UPM anunció sus planes de producir biodiesel mediante el proceso Fischer-Tropsch junto con los procesos de fabricación en sus plantas europeas de papel y pulpa, utilizando biomasa residual resultante de los procesos de fabricación de papel y pulpa como materia prima. .

Rentech

Rentech, Inc., en asociación con ClearFuels, una empresa especializada en gasificación de biomasa, construyó y operó una planta Fischer-Tropsch a escala de demostración. Ubicada en Commerce City, Colorado, la instalación produce alrededor de 10 barriles por día (1,6 m³/d) de combustibles a partir de gas natural. Se planearon instalaciones a escala comercial para Rialto, California; Natchez, Misisipi; Port St. Joe, Florida; y Río Blanco, Ontario. Rentech cerró su planta piloto en 2013 y abandonó el trabajo en su proceso FT, así como las instalaciones comerciales propuestas.

Tecnología INFRA GTL

En 2010, INFRA construyó una planta piloto compacta para la conversión de gas natural en petróleo sintético. La planta modeló el ciclo completo del proceso químico GTL, incluida la entrada de gas del gasoducto, la eliminación de azufre, el reformado de metano con vapor, el acondicionamiento de gas de síntesis y la síntesis de Fischer-Tropsch. En 2013, VNIIGAZ Gazprom LLC adquirió la primera planta piloto. En 2014, INFRA puso en marcha y operó de forma continua una nueva planta piloto de ciclo completo de mayor escala. Representa la segunda generación de las instalaciones de pruebas de INFRA y se diferencia por un alto grado de automatización y un amplio sistema de recopilación de datos. En 2015, INFRA construyó su propia fábrica de catalizadores en Troitsk (Moscú, Rusia). La fábrica de catalizadores tiene una capacidad de más de 15 toneladas por año y produce los exclusivos catalizadores Fischer-Tropsch desarrollados por la división de I+D de la empresa. En 2016, INFRA diseñó y construyó una planta modular y transportable GTL (gas-to-liquid) M100 para procesar gas natural y asociado en petróleo crudo sintético en Wharton (Texas, EE. UU.). La planta M100 está funcionando como una unidad de demostración de tecnología, una plataforma de I+D para el refinamiento de catalizadores y un modelo económico para escalar el proceso Infra GTL a plantas más grandes y eficientes.

Otro

En Estados Unidos y la India, algunos estados productores de carbón han invertido en plantas Fischer-Tropsch. En Pensilvania, Waste Management and Processors, Inc. recibió financiación del estado para implementar tecnología FT con licencia de Shell y Sasol para convertir el llamado carbón residual (restos del proceso minero) en combustible diésel con bajo contenido de azufre.

Desarrollos de investigación

Choren Industries ha construido una planta en Alemania que convierte biomasa en gas de síntesis y combustibles utilizando la estructura de proceso Shell FT. La empresa quebró en 2011 debido a impracticabilidad en el proceso.

La gasificación de biomasa (BG) y la síntesis de Fischer-Tropsch (FT) pueden, en principio, combinarse para producir combustibles renovables para el transporte (biocombustibles).

Audi

En asociación con Sunfire, Audi produce E-diesel a pequeña escala con dos pasos, el segundo es el FT.

EE.UU. Certificación de la Fuerza Aérea

Syntroleum, una empresa estadounidense que cotiza en bolsa, ha producido más de 400 000 galones estadounidenses (1 500 000 L) de diésel y combustible para aviones a partir del proceso Fischer-Tropsch utilizando gas natural y carbón en su planta de demostración cerca de Tulsa, Oklahoma. Syntroleum está trabajando para comercializar su tecnología Fischer-Tropsch con licencia a través de plantas de conversión de carbón a líquido en Estados Unidos, China y Alemania, así como plantas de conversión de gas a líquido a nivel internacional. Utilizando gas natural como materia prima, el Departamento de Energía y el Departamento de Transporte de los Estados Unidos han probado exhaustivamente este combustible ultralimpio y bajo en azufre. Syntroleum ha trabajado para desarrollar una mezcla sintética de combustible para aviones que ayudará a la Fuerza Aérea a reducir su dependencia del petróleo importado. La Fuerza Aérea, que es el mayor usuario de combustible del ejército de los Estados Unidos, comenzó a explorar fuentes de combustible alternativas en 1999. El 15 de diciembre de 2006, un B-52 despegó por primera vez de la Base de la Fuerza Aérea Edwards, California. propulsado únicamente por una mezcla 50-50 de combustible JP-8 y FT de Syntroleum. La prueba de vuelo de siete horas se consideró un éxito. El objetivo del programa de pruebas de vuelo es calificar la mezcla de combustible para uso de la flota en los B-52 del servicio y luego realizar pruebas de vuelo y calificación en otras aeronaves. El programa de prueba concluyó en 2007. Este programa es parte de la Iniciativa de Combustible Asegurado del Departamento de Defensa, un esfuerzo por desarrollar fuentes domésticas seguras para las necesidades de energía militar. El Pentágono espera reducir su uso de petróleo crudo de productores extranjeros y obtener aproximadamente la mitad de su combustible de aviación de fuentes alternativas para 2016.

Reutilización del dióxido de carbono

El dióxido de carbono no es una materia prima típica para la catalisis FT. El hidrógeno y el dióxido de carbono reaccionan sobre un catalizador basado en cobalto, produciendo metano. Con catalizadores insaturados de cadena corta se producen también hidrocarburos insaturados. Al introducirse en el apoyo del catalizador, la ceria funciona como un catalizador de cambio de gas acuático inverso, aumentando aún más el rendimiento de la reacción. Los hidrocarburos de cadena corta fueron actualizados a combustibles líquidos sobre catalizadores de ácido sólido, como zeolitas.

Eficiencia del proceso

Utilizando la tecnología convencional de FT, el proceso oscila en la eficiencia del carbono del 25 al 50 por ciento y una eficiencia térmica de alrededor del 50% para las instalaciones de CTL idealizadas en 60% con instalaciones de GTL en aproximadamente 60% de eficiencia idealizada al 80% de eficiencia.

Fischer-Tropsch en la naturaleza

También se ha sugerido que un proceso de tipo Fischer-Tropsch produjo algunos de los componentes básicos del ADN y el ARN dentro de los asteroides. De manera similar, la hipotética formación de petróleo abiogénico requiere algunos procesos naturales similares a los del FT.

La química biológica de tipo Fischer-Tropsch puede llevarse a cabo mediante la enzima nitrogenasa en condiciones ambientales.