【专贴】关于费托合成
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下一篇 2015-10-20 16:53:57
网友应该有不少朋友是做费-托合成的，不管是作催化剂还是做机理还是做工业化，大家都算是催化这个大行当里的小同行吧，一直想发个帖子详细介绍一下费-托合成。在这里大家可以谈谈对费-托合成的看法、现在的研究方向、碰到的难点以及自己的经验，大家可以畅所欲言，谈谈自己的想法，交流一下经验。虽然费-托合成在国内不算很热，但还是有不少单位在做工业化的研究，所以涉及机密（如涉及保密的催化剂的配方、制备活化方法以及工业化工艺参数）的东西，大家还是谨慎一些。
我先抛砖引玉先谈一下自己的想法吧。
费-托合成最早是由德国科学家 Frans Fischer 和 Hans Tropsch 于1923首先发现的，就以他们名字的第一字母即F-T命名的，简称F-T合成或费-托合成（主要反应是nCO+2nH2= nCH2+nH2O），从上个世纪二十年代发现以来到现在经过了八十多年的发展，也算是一个比较古老的催化过程了。尽管如此，在这么多年里，虽然经历了一些起起伏伏（跟石油价格起伏差不多），但在国内外（国内开展较晚，最早在上个世纪五十年代，后来中断过一段时间，八十年代又开始研究了）一直都有人在研究这个过程，研究方向主要包括几个方面：催化剂（包括催化剂的制备、表征、组成以及活性选择性研究），费-托合成反应机理（包括反应动力学和反应机理，费-托合成反应比较复杂，虽然反应物很简单，但是产物很复杂，相关机理研究一直没有中断，关于机理，说法很多，但一直没有很明确的定论），费-托合成反应器研究（也是比较重要的一个分支，现在主要集中在反应器的结构与改进研究方面，重点集中在浆态床反应器），费-托合成工业化研究（包括工业催化剂、工艺以及工业反应器的开发和改进，这是最大的一块）。
再讲讲研究单位，在国外除了高校和科研院所外（这些单位往往也是与各大公司合作做研究）主要集中在能源公司和催化剂公司，比如已经工业化应用的南非Sasol，荷兰Shell两家，还有其他一些没有大规模工业应用，只是中试开发的公司，这些公司主要分为以下几种：大的石油公司如Exxon Mobil、Statoil、BP、ConocoPhillips、Chevron；专业做合成油的公司如Rentech、Syntroleum；还有一些专业做催化剂的公司如Johnson Matthey、Albemarle等。我在后面会详细介绍一下以上一些公司开发的具体工艺。
在国内，研究大部分还是集中在高校和科研院所，比如山西煤化所（已经做到工业化示范装置，16万吨级别的，这是国内最先进的），大连化物所（除了基础研究外，也作了工业化应用，主要是和中石化合作，也和BP有合作，现在在浙江镇海有一套天然气液化10吨/天的中试装置），这两家是国内科研院所的领头羊，再就是高校系统（大部分做一些基础研究），做得比较有系统地的包括厦门大学、中国石油大学，北京大学（寇元做了水相Ru的费-托合成），浙江工业大学，四川大学、中南民族大学，还有其他一些学校做的规模比较小就不一一列举了。除了以上一些高校和科研院所外，就是一些公司企业了，包括中石化、中石油、中海油下属的一些研究院和催化剂公司，除此之外，还有兖矿、神华、凯迪电力、金巢国际等，还有一些企业是跟上述一些科研院所、企业及高校合作开发的，这里就不提了。
上面对国内外费-托合成研究的整体情况作了一个简单的介绍，下面我会详细再介绍一下。先说说我们课题组的情况吧（自私一点，呵呵）。
我们课题组是从02年开始组建，老板是在南非wits大学（也叫金山大学，南非是做费-托研究最牛的，金山大学是南非开展费-托合成基础研究和工业化研究最好的两所高校之一，另外一所是开普敦大学，里面有一位做费-托的牛人，M. E. Dry，做费-托应该都知道）读的博士，后来在美国肯塔基大学应用能源研究中心做了两年博后和两年研究员，这个研究中心是美国能源部所属，是美国做费-托合成的主要单位之一，这个研究中心的负责人之一是B. H. Davis（我老板的导师），他的导师是P. H. Emmett（这个人搞催化的不能不知道，BET模型大家都知道吧，这个E就是他，其它两个是S. Brunauer和E. Teller，这三个人1938年提出了BET多分子层吸附理论，八卦一下，Emmett是Pauling的妹夫，他和Pauling是同班同学而且关系非常好，他还参加过美国的“曼哈顿计划”，呵呵，扯远了），B. H. Davis和UC Berkeley的Enrique Iglesia合作进行过费-托合成催化剂研究，Enrique Iglesia是催化界的大牛，Berkeley还有两位做过费-托合成研究的是Gabor A. Somorjai和Alexis T. Bell，做催化的应该知道这三个人。
我们课题组的研究现在主要集中在两个方面，基础研究包括费-托合成催化剂的研究（结合活性测试和表征研究催化剂的组成、制备以及活化方法对催化剂活性、选择性以及失活的影响，也做一些催化剂载体的修饰改性，新型先进材料的应用等）和费-托合成反应机理研究（包括失活机理和反应机理，主要采用一些原位表征手段以及同位素示踪等方法），除了基础研究，我们也开展工业催化剂开发，现在开发的钴和铁基催化剂已经应用到国内的中试装置上。
我自己接触催化整整七年了，从一开始就做费-托合成相关研究，作了这么长时间，文章没发多少，不好意思献丑，我就讲讲我对费-托合成的一些认识吧，一家之言，请大家多指正。
我想分以下几个部分，一个是费-托合成的介绍，主要是发展历史和工业界的情况，是我帮老板写项目申请时整理的，有些可能已经有变化（在2-4楼），一个是想谈谈国内外工业催化剂的开发情况（在5楼），再一个就是我这些年做费-托合成研究的一些体会，包括对催化剂的一些简单的认识（在6楼），费-托合成催化剂失活的原因（在7楼）以及硫对费-托合成催化剂的一些影响（在8楼）。以上这些都是我的原创，相关内容只在海川化工论坛上发过，还请各位朋友多批评指正。
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