Processo di Fischer-Tropsch: reazioni, usi, catalizzatori

Il processo di FischerTropsch è un processo industriale in cui si ottengono, a partire da syngas ovvero da una miscela di gas costituita prevalentemente da monossido di carbonio e idrogeno, idrocarburi liquidi.

Attualmente il processo di Fischer-Tropsch ha una posizione rilevante nella ricerca di fonti alternative al petrolio per l’ottenimento di idrocarburi liquidi. Durante la Seconda Guerra Mondiale questo processo fornì i combustibili idrocarburici liquidi necessari per lo sforzo bellico tedesco.

Da allora, sono stati apportati molti perfezionamenti e adattamenti alla tecnologia, incluso lo sviluppo del catalizzatore e la progettazione del reattore.

Reazioni nel processo di Fischer-Tropsch

Il processo di Fischer-Tropsch detto anche sintesi di Fischer-Tropsch si basa sulla reazione tra il monossido di carbonio e l’idrogeno. Essi sono convertiti in una varietà di idrocarburi secondo una reazione che può essere schematizzata come segue:
(2n +1) H2 + n CO → CnH2n+2 + n H2O

dove n è un numero intero. Se n = 1 la reazione rappresenta la formazione del metano che, tuttavia, nella maggior parte delle applicazioni è considerato un sottoprodotto indesiderato. Le condizioni per la realizzazione del processo sono solitamente scelte per massimizzare la formazione di combustibili liquidi idrocarburici di peso molecolare più elevato che sono i prodotti di valore maggiore.

Dal processo si possono ottenere anche le olefine secondo la reazione:
2n  H2 + n CO → CnH2n + n H2O

Vi sono, tuttavia, reazioni collaterali tra cui la reazione tra monossido di carbonio e vapore acqueo:
CO + H2O → H2 + CO2

A seconda del catalizzatore, della temperatura e del tipo di processo impiegato, si possono ottenere idrocarburi che vanno dal metano a idrocarburi con un maggior numero di atomi di carbonio.

Si formano anche piccole quantità di prodotti ossigenati a basso peso molecolare come alcol e acidi organici.

La reazione di sintesi di Fischer-Tropsch  è, al livello teorico, una reazione di polimerizzazione per condensazione di monossido di carbonio. Pertanto i prodotti obbediscono a una ben definita distribuzione del peso molecolare secondo la relazione nota come distribuzione di Shultz-Flory.

Catalizzatori

catalizzatori 2 da Chimicamo
catalizzatori

Lo sviluppo dei catalizzatori si è concentrato principalmente per la produzione di alcani lineari ad alto peso molecolare e di combustibili diesel. I catalizzatori utilizzati nel processo sono tipicamente metalli di transizione come ferro, cobalto, nichel e rutenio.

Il nichel tuttavia è generalmente scartato in quanto tende a formare prevalentemente metano mentre il rutenio che ha caratteristiche ottimali ha costi troppo elevati. Sono quindi utilizzati catalizzatori a base di cobalto o ferro e questi ultimi contengono almeno un certo numero di promotori come potassiorame e supporti ad alta area superficiale come silice o allumina.

I catalizzatori a base di ferro   possono essere utilizzati sia in regime ad alta temperatura (300-350 ° C) che in regime a bassa temperatura (220-270 ° C), mentre i catalizzatori di cobalto sono utilizzati solo nell’intervallo a bassa temperatura ma hanno un costo molto maggiore di quelli a base di ferro.

Sia i catalizzatori a base di ferro e specialmente quelli a base di cobalto sono sensibili alla presenza di composti dello zolfo e possono essere disattivati da essi.

Usi

Il processo che fu messo a punto negli anni ’20 dello scorso secolo costituisce ancora oggi una valida opzione per l’ottenimento di combustibili anche alla luce del fatto che è un’alternativa al petrolio che è una fonte energetica non rinnovabile.

oil production platform water basin state Campos da Chimicamo
petrolio

Il syngas utilizzato nel processo può derivare oltre che da gas naturale anche da carbone o biomassa. La gassificazione della biomassa sta guadagnando interessi crescenti da parte del mondo accademico e dell’industria a causa della sua capacità di produrre combustibili puliti a emissioni zero e rispettosi dell’ambiente; tali tipi di combustibili possono aiutare a soddisfare la crescente domanda di energia a livello globale e a soddisfare le normative ambientali più severe in futuro

ARGOMENTI

GLI ULTIMI ARGOMENTI

TI POTREBBE INTERESSARE

Resa percentuale in una reazione. Esercizi svolti e commentati

La resa percentuale di una reazione costituisce un modo per valutare l'economicità di una reazione industriale che può essere accantonata se è bassa. Si possono...

Bilanciamento redox in ambiente basico: esercizi svolti

Il bilanciamento di una reazione redox in ambiente basico  può avvenire con  il metodo delle semireazioni. Nel bilanciamento vanno eliminati di eventuali ioni spettatori...

Temperature di ebollizione di composti organici

Le temperature di ebollizione dei composti organici forniscono informazioni relative alle loro proprietà fisiche e alle caratteristiche della loro struttura e costituiscono una delle...