Fischer–Tropsch Process

Javier Hipólito Marsal

Catálisis Heterogénea

Grado en Ingeniería Química

Objetivos

Conocer:

La reacción de Fischer Tropsch y su utilidad.

Variables que afectan al proceso.

Sistemas catalíticos industriales.

Ventajas e inconvenientes respecto a reacciones alternativas.

1. El contexto de Fischer – Tropsch

Antes de la segunda guerra mundial los países que lideraban la producción de petróleo

no eran los mismos que actualmente, no existía por tanto el actual comercio

internacional.

Alemania no es un país con grandes yacimientos de petróleo y sin oferta interior ni

exterior una ruta de síntesis alternativa para los hidrocarburos es de vital importancia

para el desarrollo.

En 1923, pocos años después finalizada la Gran Guerra, Fisher y Tropsch en el instituto

Káiser Wilhem (Guillermo).

En este contexto el proceso de Fisher – Tropsch permitía que Alemania fuera un país

más independiente en el desarrollo de su potente industria, fenómeno de vital

importancia en una economía de guerra. Alemania pudo desarrollar su estructura

militar en la II guerra mundial sustentándose en parte en esta reacción.

Por independencia del petróleo y en un contexto de bloqueo del comercio

internacional por su política apartheid Sudáfrica desarrollo está reacción para su

industria en 1955.

En el futuro cuando el petróleo escasee se prevé que sea una reacción de vital

importancia. Se puede afirmar que actualmente su producción es inversamente

proporcional a la del petróleo. Sin embargo en una creciente preocupación por el

medio ambiente uno de los objetivos es no emitir azufre ni hidrocarburos aromáticos a

la atmósfera y este propósito lo consigue actualmente esta reacción.

Se visualiza una energía totalmente limpia si el gas de síntesis se consigue por

disociación catalítica tanto del agua como del dióxido de carbono.

2. La reacción de Fischer-Tropsch.

Alcanos

( )

Alquenos

En la reacción de Fischer – Tropsch se obtienen hidrocarburos a partir de gas de

síntesis, este gas de síntesis puede obtener de fuentes distintas al petróleo como la

biomasa, el carbón o el gas natural.

Es una reacción muy exotérmica. El producto sigue una distribución de tamaño de

cadena que se puede controlar con la adecuada elección de un catalizador y

condiciones de operación.

Que la proporción de CO sea más alta se disminuya la temperatura (nucleación) y se

aumente la presión (solidificación) favorece la creación de cadenas más largas.

En cuanto a los catalizadores, el modelo que predice la producción es el de Anderson,

Schulz, Flory.

Modelo de Anderson ,Schulz, Flory

( )

Figura 1. Modelo de Anderson, Schultz, Flory.

Para unas condiciones de operación y catalizador se tiene una determinada

probabilidad de terminamiento. Por ejemplo para el niquel es muy baja por

lo que mayoritariamente se generará metano. Para el cobalto o el hierro la

probabilidad de terminamiento es tal que se en gran medida naftas de alto

interés comercial. Véase la figura 2.

Estos catalizadores se hacen precipitar desde una disolución o se impregnan,

el soporte suele ser alúmina.

Figura 2. Curva de distribución de nº de carbonos para una probabilidad de

terminamiento asociada al catalizador de cobalto.

Además luego mediante técnicas como el craqueo y posterior separación se obtienen

concentraciones elevadas del producto de interés.

2.1 Sistema reaccionante catalítico

Como catalizador se utilizan catalizadores de hierro o cobalto debido a que

combinan actividad, buena distribución de cadena en el producto final y precio.

Existen dos enfoques productivos:

Alta temperatura.

Temperatura de 350 ºC y 25 bar de presión. Se utiliza un lecho fluidizado

catalítico. Se obtienen naftas y productos relativamente ligeros.

Baja temperatura.

Temperatura de = 220ºC. P = 25 – 45 bar. Se utiliza un reactor de lecho fijo. Se

obtienen ceras .

Conclusiones

Una adecuada elección de los catalizadores y de las condiciones de operación

permiten obtener los hidrocarburos deseados en un porcentaje elevado.

Es una reacción con pasado, presente y futuro, debido a sus ventajas

medioambientales.

Bibliografía.

I. Chorkendorff, J.W. Niemantsverdriet. Concepts of Modern Catalysisand Kinetics. Pag 323-325.