Синтезы на основе оксида углерода и водорода

Органический синтез на основе оксида углерода и водорода получил широкое промышленное развитие.

Каталитический синтез углеводородов из СО и Н₂ впервые осущест­влен Сабатье, синтезировавшим СН₄ на никелевом катализаторе, и Орловым, получившим этилен на железопалладиевом катализаторе, нанесенном на кокс.

Из оксида углерода и водорода термодинамически возможно обра­зование углеводородов любой молекулярной массы, типа и строения. Из СО и Н₂ синтезированы углеводородные смеси широкого фракцион­ного состава (от С_х до С₃₀, редко до С₁₀₀ и выше), включающие алканы и алкены.

Синтез алканов и алкенов из СО и Н₂ на кобальтовых катализато­рах в общем виде может быть представлен уравнениями реакций:

 

на железном катализаторе — уравнениями

Образование СО₂ на железных катализаторах обусловлено реакцией

Фишером и Тропшем было обнаружено, что при катализе оксида­ми некоторых металлов получается смесь углеводородов и кислород­содержащих соединений, в том числе метанола. Добавление щелочей к оксидным катализаторам ведет к образованию высших спиртов, среди которых преобладает изобутанол:

Таким образом, синтезы из оксида углерода и водорода протека­ют в различных направлениях в зависимости от применяемых катали­заторов и рабочих условий. Так, на никелевых катализаторах при 0,1 МПа и 160—200°С образуются алканы и алкены с числом угле­родных атомов более 2, а выше 200 ⁰С — главным образом метан. На кобальтовых катализаторах при 0,1—1 МПа и температуре 170—200°С получают алканы и алкены, причем преимущественно алканы линейного строения. На. железных катализаторах при 2—3 МПа и 200—250°С образуются смеси алканов и алкенов в основном раз­ветвленного строения, а также кислородсодержащие соединения. На рутениевых катализаторах при высоких давлениях (50—150 МПа) и температуре 100—120°С получают высокомолекулярные парафиновые углеводороды (с молекулярной массой до 2-10⁶ и более).

Необходимо отметить, что термодинамическая вероятность и экс­периментальные возможности синтеза из СО и Н₂ различных кисло­родсодержащих соединений расширяются, если брать смеси СО + Н₂О, СО₂ + Н₂, С₃О₂ + Н₂, использовать вводимые извне инициа­торы, специальные реакционные среды, активные и комплексообразующие растворители, применять более высокие давления (до 1000 МПа).

Впервые синтез Фишера—Тропша был реализован в Германии в 1936 г. с целью получения синтина (синтетического бензина).

В настоящее время на основе смесей оксида углерода и водорода в промышленном масштабе производят такие крупнотоннажные про­дукты, как метанол, жидкие алифатические углеводороды и метан.