费托合成

费托合成（Fischer–Tropsch process），又称F-T合成，是以合成气（一氧化碳和氢气的混合气体）为原料在催化剂和适当条件下合成以石蜡烃为主的液体燃料工艺过程。传统的费托合成催化剂是钴基和铁基催化剂，产物主要为直链烷烃、烯烃、少量芳烃及副产水和二氧化碳，反应组成复杂，选择性较差，轻质液体烃少。

历史

由一氧化碳和氢气合成有价值的产物最早可以追溯到 Sabatier 和 Senderens 的工作，早在 1902 年他们就报道了当一氧化碳和氢气在大气压和 200～300°C 条件下经由分散的镍或钴通过时可以生成甲烷。1910年代德国化学家进行了这方面的系统性工作，首先提出了由一氧化碳在加压高温情况下加氢制醇、醛、酮、酸及烃类的专利。1920年代德国化学家弗朗兹·费歇尔（Franz Fischer）和汉斯·托罗普施（Hans Tropsch）对此反应低压合成的研究使得该技术得到广泛的工业化。第二次世界大战期间投入大规模生产。1935至1939年间德国先后建成了年总产量达70万吨在钴系催化剂上合成烃类的九个工厂，为当时的德国提供了大量的合成燃料，其中大部分用作发动机燃料。1944年起，产量的40％被用来作为化工原料，原来的钴基催化剂也逐渐被铁基催化剂所取代。

第二次世界大战以后能源和化学工业开始转向以石油为原料，费托合成失去了它的经济活力。1962年德国最后一个工厂关闭。但1970年代以来由于石油危机以及长远上石油和天然气贮量的限制，对由煤生产的合成气通过费托合成以合成烃类及含氧化合物又重新引发了广泛兴趣。这一阶段对费托合成工艺的改善及一氧化碳与氢气相互作用的机理都有比较深入的研究。

反应

在一系列金属催化剂上可能同时发生的 CO＋H₂ 合成反应有：

• 烃类（烷烃和烯烃）的合成

$\rm \ {\mathit m} CO+ (2 {\mathit m} +1)H_2 \rightarrow C_{\mathit m}H_{2{\mathit m}+2}+ {\mathit m} H_2O$

$\rm \ {\mathit m} CO + 2 {\mathit m} H_2 \rightarrow C_{\mathit m}H_{2{\mathit m}} + {\mathit m}H_2O$

$\rm \ 2{\mathit m}CO+({\mathit m}+1)H_2 \rightarrow C_{\mathit m}H_{2{\mathit m}+2}+{\mathit m}CO_2$

• 含氧化合物（甲醇及高级醇类）的合成

$\rm \ CO+2H_2 \rightarrow CH_3OH$

$\rm \ {\mathit n}CO + 2{\mathit n}H_2 \rightarrow C_{\mathit n}H_{2{\mathit n}+1}OH+({\mathit n}-1)H_2O$

• 副反应

$\rm \ CO+H_2O\rightarrow CO_2+H_2$

$\rm \ 2CO\rightarrow CO_2+C$

$\rm \ CO+H_2\rightleftharpoons C+H_2O$

$\rm \ C+{\mathit x}M \rightarrow M_{\mathit x}C$

参见

• 孟山都法
• 瓦克法
• 水煤气转化
• 氢甲酰化反应