فرایند فیشر–تروپش

فرایند فیشر–تروپش ( به انگلیسی: Fischer–Tropsch process ) یا سنتز فیشر–تروپش مجموعه ای از واکنش های شیمیایی است که طی آن گاز مونواکسید کربن در واکنش با گاز هیدروژن مجموعه ای از هیدروکربنها را ایجاد می کند. این روش در تولید سوخت های سنتزی از مواد طبیعی چون زغال سنگ، گاز طبیعی، پسماندهای گیاهی و مواد روان کننده کاربرد دارد. این فرایند به طور مشترک توسط فرانس فیشر و هانس تروپش در سال ۱۹۲۳ و در آلمان کشف شد. برای تولید سوخت سنتزی سه مرحله کلی نیاز می باشد:
• تهیه گاز سنتز
• سنتز فیشر - تروپش
• جداسازی و بهبود کیفیت محصولات مورد نیاز
فرایند فیشر–تروپش شامل مجموعه ای از واکنش های شیمیایی است که به تولید محصولات مختلف هیدروکربن با فرمول ( CnH2n+2 ) می انجامد. مطلوبترین واکنش شامل تولید آلکان هاست که در ذیل نشان داده شده است:
( 2n + 1 ) H2 + n CO → CnH2n+2 + n H2O
در این معادله n مقدار ۱۰ تا ۲۰ را داراست. تشکیل متان ( n=۱ ) مطلوب نیست. بیشتر آلکان های تولید شده تمایل به راست زنجیر بودن داشته مناسب سوخت دیزل می باشند. در کنار تولید آلکان ها، واکنش های رقابتی منجر به تشکیل آلکنها، الکلها و دیگر هیدروکربن های اکسیژنه می گردد. [ ۱]
این فرایند اگرچه بسیار قدیمی است اما به دلیل اهمیت روزافزون آن هنوز در صنعت و محافل دانشگاهی مورد توجه است. اولین بار درسال ۱۹۰۲میلادی، ساباتیر ( Sabatier ) و همکارانش توانستند با هیدروژناسیون منوکسید کربن و با استفاده از کاتالیزور نیکل، متان را تهیه نمایند و بدین ترتیب راه برای تهیه سایر هیدروکربن ها گشوده شد. اما سنتز فیشر_تروپش از دههٔ ۱۹۲۰زمانی که صنایع فولاد آلمان به دنبال روشی برای استفاده بهینه از گاز سنتز حاصل در فرایند کک زنی فولاد می گشتند توسعه یافت. در سال۱۹۲۱کالورت ( Calvert ) با استفاده از گاز سنتز، متانول را با راندمان حدود  % ۸۰تهیه نمود و در سال ۱۹۲۲پاتارد ( Paturd ) متانول را در دمای ۲۰۰ درجه سانتی گراد و فشار ۲۰۰–۱۵۰ اتمسفر در مجاورت کاتالیزورهای مس و اکسید روی تهیه نمود. اما قبل از موفقیت فیشر و تروپش در سنتز هیدروکربن های سنگین از گاز سنتز در سال ۱۹۱۳فردریش برگیوس دانشمند آلمانی، فرایند کاتالیزوری را برای استخراج مایعات هیدروکربنی از زغال سنگ در حضور هیدروژن را ابداع کرد. در این فرایند سوختی با عدد اکتان بالا از زغال سنگ استخراج شد که برای هواپیما ایده آل بود. برگیوس حقوق اختراع خود را به شرکت شیمیایی ای. گ. فاربن با مدیریت کارل بوش واگذار کرد. بوش قبلاً به فرایندهای سنتز آمونیاک ( که قبلاً فریتز هابر کشف کرده بود ) و همچنین سنتز متانول از گاز سنتز علاقه مند شده بود. او این فرایندها در شرکت فاربن توسعه داد. همچنین شرکت شیمیایی فاربن براساس فرایند برگیوس در سال ۱۹۲۷یک واحد نیمه صنعتی را در ناحیه لئونای آلمان راه اندازی کرد. به دلیل تلاش های بوش و برگیوس، جایزه نوبل سال ۱۹۳۱به آنها تعلق گرفت. شرکت فاربن گمان می کرد که سوخت های فسیلی جهان در حال اتمام است، از این رو فرایند برگیوس را جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی می انگاشت. به دلیل مشکلات اقتصادی، شرکت شیمیایی فاربن به دنبال شرکایی جدید در سطح جهان می گشت تا اینکه شرکت آمریکایی استاندارد اویل نیوجرسی ( اکسول موبیل امروزی ) به همکاری با این شرکت آلمانی برای توسعهٔ این تکنولوژی علاقه مند شد و این علاقه به حدی بود که مدیر شرکت استاندارد اویل تحقیقات شرکت خود را در مقایسه با روش های تولید سوخت هایسنتزی کودکانه خواند و علاقهٔ شرکتش را به سرمایه گذاری مشترک برای این تکنولوژی ابراز کرد. به موازات تحقیقات برگیوس در دههٔ ۱۹۲۰دو دانشمند آلمانی دیگر به نام های فرانس فیشر ( Franz Fischer ) و هانس تروپش ( Hans Tropsch ) در انستیتوی تحقیقات زغال سنگ کایزر ویلهام در مولهیم منطقه روهر آلمان به دنبال روشی برای تهیه سوخت های هیدروکربنی از گازی که از زغال سنگ بدست می آمد بودند. در روش توسعه یافته این دو، مولکول های زغال سنگ تحت فشار بخار آب به گاز سنتز و سپس به کمک کاتالیزورهای مناسب به هیدروکربنهای سنگین تر تبدیل می شوند. گاز سنتز حاصل از زغال سنگ که به مقدار زیاد در صنایع فولاد آلمان تولید می شد شامل منوکسیدکربن و هیدروژن است. بوش، رئیس شرکت فاربن به گسترش روش خود تمایل داشت و همچنین کمبود منابع نفتی در آلمان و نیاز به سوخت خودرو برای ارتش آلمان در خلال جنگ جهانی دوم و نفوذ سیاسی بالای رئیس شرکت فاربن توانست توجه هیتلر را به فرایند برگیوس برای تهیه سوخت های سنتزی جلب کند. در این زمان فیشر و تروپش قادر به رقابت با فاربن نبودند زیرا علاوه براینکه نفوذ سیاسی فاربن را نداشتند، محصولات حاصل از فرایند برگیوس می توانستند سوخت مناسب هواپیما را تولید کنند. اما فرایند نوپای فیشر_تروپش محصولاتی چندان ارزشمند تولید نمی کرد. اما موفقیت های بعدی از آن فیشر بود زیرا مدتی بعد فیشر و پیچلر ( Pichler ) کاتالیزور سنتزفشاری متوسط را بر پایه کبالت ساختند که محصولات میان تقطیر و واکس را تولید می کرد. این کاتالیزور اساس واحدهای صنعتی سوخت های سنتزی آلمان در طی جنگ جهانی دوم شد. در این زمان، انستیتوی تحقیقات زغال سنگ کایزر ویلهام کار خود را گسترش داد و شرکت بزرگ روهرشیمی را به وجود آورد که مسئولیت توسعه سوخت های سنتزی را که برای دولت آلمان بسیار مهم بود برعهده داشت.