مقدمه امروزه با توجه به کاهش منابع نفتی از یک طرف و افزایش قیمت نفت خام از طرف دیگر، کشور ها به منابع دیگر سوخت و انرژی مانند گاز روی آورده اند.در حدود ۴۰ درصد منابع گاز و زغال سنگ جهان در افریقا و شرق آسیا وجود دارد در حالی که بازار این مواد در آمریکا و اروپا بالا است.برای صادر کردن گاز، انتقال از طریق خطوط لوله با توجه به طولانی بودن مسیر، وجود موانع و مسائل سیاسی اقتصادی نخواهد بود.از این رو در اکثر کشورها فرایند فیشر – تروپش و تبدیل گاز طبیعی به مایعات هیدروکربنی مورد توجه قرار گرفته است. کلمات کلیدی: سنتز فیشر – تروپش، فرایند GTL، گاز طبیعی، مایعات هیدروکربنی سنتز فیشر تروپش فرایندی است که طی آن گاز سنتز (مخلوط مونوکسید کربن و هیدروژن) حاصل از گاز طبیعی یا زغال سنگ به هیدروکربن های خطی و محصولات اکسیژن دار تبدیل می شود.فرایند GTL یکی از فناوری های تبدیل گاز به مایع است که از سه بخش تشکیل می شود: ۱- تهیه ی گاز سنتز از گاز طبیعی ۲- تبدیل گاز سنتز به هیدروکربن های مختلف از طریق سنتز فیشر – تروپش ۳- هیدروکراکینگ و ایزومریزاسیون جهت تولید سوخت های با کیفیت مطلوب گاز سنتز گاز سنتز یک نام کلی است که به مخلوط هیدروژن و مونوکسید کربن (با نسبت های مختلف بین این دو) داده می شود.تهیه ی گاز سنتز یک مرحله ی واسطه برای تولید هیدروکربن ها از گاز طبیعی و یا زغال سنگ می باشد.گاز سنتز را از طریق زغال سنگ و گاز طبیعی می توان بدست آورد. از اواسط دهه ی ۵۰ در آفریقا به دلیل وجود منابع زیاد زغال سنگ و همچنین به دلیل تحریم های اقتصادی و تحریم های موجود، تصمیم گرفته شد از زغال سنگ برای تولید گاز سنتز مورد نیاز در فرایند فیشر – تروپش استفاده شود و شرکت زغال سنگ، نفت و گاز آفریقای جنوبی (ساسول) فاز اول پیشرفته ترین واحد سنتز فیشر – تروپش را بنا نهاد.در اوایل سود کمی نصیب شرکت ساسول گشت اما بعد ها به دلیل افزایش قیمت نفت خام در طی بحران های نفتی خاورمیانه، این شرکت به سرعت پیشرفت نمود و این پیشرفت تا حدی بود که واحد های بزرگتر ساسول II و III را نیز بنا نهاد.شکل زیر نمایی از کارخانه ی تولید گاز سنتز از زغال سنگ را نشان می دهد. راه دوم تهیه ی گاز سنتز از گاز طبیعی است که خود به چهار بخش تقسیم می شود: ۱- ریفورمینگ با بخار آب (SMR) ۲- ریفورمینگ اتوترمال (ATR) ۳- اکسیداسیون جزیی گرمایی (POX) ۴- ریفورمینگ متان با دی اکسید کربن و بخار آب ریفورمینگ با بخار آب متداول ترین شیوه ی تولید گاز سنتز از گاز طبیعی است که در آن هیدروکربن با بخار آب در یک راکتور لوله ای و در دمای ۷۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه ی سانتیگراد و در فشار ۵ تا ۳۵ بار واکنش می دهد.یک واکنش مربوط به شکست هیدروکربن و دیگری واکنش موسوم به شیفت آب-گاز است. مجموع این دو واکنش به شدت گرماگیر است و برای تولید محصول بیشتر به دمای بالا و فشار پایین نیاز داریم.با این وجود واکنش در فشار بالا انجام می شود تا اولا حجم راکتور کاهش یابد و از طرف دیگر هزینه ی تولید فشار بالا در مراحل بعد کم شود. واکنش دیگری که به دلیل وجود دمای بالا در راکتور انجام می گیرد، واکنش تجزیه ی هیدروکربن است که سبب تجمع کربن بر روی سطح کاتالیزگر شده و عملکرد آن را پایین می آورد. برای حل این مشکل، مقداری بیشتر از مقدار مورد نیاز بخار آب وارد راکتور می کنند تا در طی انجام واکنش زیر، کربن تولید شده روی سطح کاتالیست مصرف شود: در صورتی که خوراک دارای هیدروکربن های سنگین باشد باید از مقدار بیشتری بخار آب استفاده نمود چون این هیدروکربن ها تمایل بیشتری به تولید کک روی سطح کاتالیزگر دارند. معادله ی شیمیایی کلی که برای ریفورمینگ هیدروکربن های اشباع می توان نشان داد به صورت زیر است: در روش اکسیداسیون جزئی راکتور بدون کاتالیزور بوده و جریان خوراک ورودی نیز دارای بخار آب نمی باشد.خوراک گاز طبیعی در بالای راکتور با اکسیژن ترکیب می شود و در مشعل اکسیداسیون جزئی انجام می گیرد.دمای خروجی راکتور در حدود ۲۵۰ درجه ی سانتیگراد می باشد و خروجی آن شامل مونوکسید کربن، هیدروژن و دی اکسید کربن می باشد.دو واکنش زیر، واکنش های انجام شده در این راکتور می باشند: در این فرایند محصول گاز سنتز با نسبت H2/Co برابر ۲ بدست می آید که مناسب ترین نسبت برای فرایند فیشر – تروپش است.از طرف دیگر چون این فرایند به صورت آدیاباتیک انجام می گیرد و دارای حداقل اتلاف انرژی است، روشی سودمند و با صرفه ی اقتصادی برای تولید گاز سنتز از متان و اکسیژن با نسبت هیدروژن به کربن مناسب برای سنتز فیشر – تروپش می باشد. در ریفورمینگ اتوترمال، اکسایش جزئی و ریفورمینگ آدیاباتیک با بخار آب با هم به کار گرفته می شود و خوراک این واحد هیدروکربن ها، اکسیژن و آب است که راکتور این فرایند دارای یک بستر کاتالیزوری است که واکنش های ترکیبی از دو روش قبل بر روی سطح آن انجام می گیرد: الفین ها و هیدروکربن های اکسیژن دار مانند الکل ها از محصولات این واکنش ها هستند.سنتز فیشر – تروپش فرایند پلیمریزاسیون کاتالیزوری است که از پلیمریزاسیون مونومر های CH2 محصولات مورد نظر حاصل می شوند.در مورد مکانیسم این واکنش ها هنوز توافق عمومی وجود ندارد اما مسیر واکنش ها را می توان شامل ۶ مرحله دانست: جذب شیمیایی مونوکسید کربن روی کاتالیزور جذب شیمیایی هیدروژن روی کاتالیزور گسستن پیوند کربن و اکسیژن تشکیل پیوند کربن – کربن واکنش کربن و هیدروژن و تشکیل مونومر های CH2 واکنش اکسیژن و هیدروژن جذب شده و تشکیل آب واکنش های سنتز فیشر – تروپش را در زیر مشاهده می کنید: منبع:انجمن مهندسی شیمی
