catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2026-4-46-57catal-1284Research ArticleКАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИCATALYSIS IN CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRYМасштабирование технологии получения углеводородов С19+ в синтезе Фишера–Тропша: переход от лабораторных исследований к пилотным испытаниямScaling of the Technology for Producing C19+ Hydrocarbons in Fischer-Tropsch Synthesis: Transition from Laboratory Research to Pilot TestingНарочныйГ. Б.NarochnyiG. B.ctls@kalvis.ruЧемесА. А.ChemesA. A.ctls@kalvis.ruВоликА. В.VolikA. V.ctls@kalvis.ruЯковенкоЕ. Ю.YakovenkoE. Yu.ctls@kalvis.ruПономаревД. А.PonomarevDan. A.ctls@kalvis.ruЗубковИ. Н.ZubkovI. N.ctls@kalvis.ruСавостьяновА. П.SavostyanovA. P.ctls@kalvis.ruЯковенкоР. Е.YakovenkoR. E.ctls@kalvis.ruЮжно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, Новочеркасск, Ростовская обл.РоссияFederal State Budget Educational Institution of Higher Education "Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), NovocherkasskRussian Federation2026170820262644657Copyright © LLC "KALVIS", 20262026LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/1284

Исследовано масштабирование технологии селективного синтеза высокомолекулярных углеводородов C19+ (синтетических восков) из СО и Н2 в синтезе Фишера–Тропша (СФТ) на кобальталюмосиликагелевом катализаторе. Масштабирование выполнено на 6-метровом трубчатом реакторе пилотного комплекса, использующего в качестве сырья природный газ. В ходе 557-часовых испытаний достигнута производительность по С5+ 36,6 кг/(м3 кат ·ч) и селективность по C19+ 49–53 мас.%. Подтверждена стабильность работы катализатора и выделены три характерных периода эксплуатации катализатора: активация, стабильная работа и дезактивация, вызванная накоплением восков. Установлено ключевое влияние масштаба на гидродинамику процесса: увеличение диаметра реактора и гранул катализатора переводит режим синтеза из ламинарного (Re ~ 0,45 в лабораторных условиях) в переходный (Re = 10,9 в индустриальных условиях), что повышает теплоотдачу, но снижает селективность по С5+ с 82,1 до 69,6 %, при сохранении высокой доли C19+ в продуктах. На основе анализа тепловых и гидродинамических характеристик обоснована необходимость поддержания ламинарного режима (Re < 10) в промышленных реакторах для максимизации выхода восков. Результаты пилотных испытаний и предложенные инженерные решения демонстрируют жизнеспособность технологии для создания конкурентоспособного промышленного производства в России.

This paper examines the scaling of a technology for the selective synthesis of high-molecular-weight C19+ hydrocarbons (synthetic waxes) from CO and H2 in the Fischer-Tropsch synthesis (FTS) process over a cobalt-aluminum-silica catalyst. Scaling was performed using a 6-meter tubular reactor at a pilot plant using natural gas as feedstock. During 557-hour tests, a C5+ productivity of 36.6 kg/(m³cat h) and a C19+ selectivity of 49-53% by weight were achieved. The stability of the catalyst was confirmed, and three characteristic periods of catalyst operation were identified: activation, stable operation, and deactivation caused by wax accumulation. A key effect of scale on the process hydrodynamics was established: increasing the reactor diameter and catalyst granule size shifts the synthesis regime from laminar (Re ~ 0.45 under laboratory conditions) to transient (Re = 10.9 under industrial conditions), which increases heat transfer but reduces C5+ selectivity from 82.1% to 69.6%, while maintaining a high proportion of C19+ in the products. Based on an analysis of the thermal and hydrodynamic characteristics, the need to maintain laminar conditions (Re < 10) in industrial reactors to maximize wax yield was substantiated. The results of pilot tests and the proposed engineering solutions demonstrate the viability of the technology for creating competitive industrial production in Russia.

синтез Фишера–Тропшамасштабирование технологиикобальталюмосиликагелевый катализаторпилотный комплексгидродинамический режимсинтетические воскикритерий РейнольдсатеплоотдачаFischer-Tropsch synthesistechnology scalingcobalt-alumina-silica gel catalystpilot planthydrodynamic regimesynthetic waxesReynolds criterionheat transferИсследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ, государственное задание FENN-2024-0002 (№ 124040800037-1) с использованием оборудования ЦКП «Нанотехнологии» ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова.The study was carried out with the financial support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, state assignment FENN-2024-0002 (No. 124040800037-1) using the equipment of the Nanotechnology Collective Use Center of the SUPU (NPI) named after M.I. Platov.ReferencesDry M.E. The Fischer-Tropsch process: 1950-2000 // Catalysis Today. 2002. Vol. 71, No. 3-4. P. 227-241. DOI: 10.1016/S0920-5861(01)00453-9Dry M.E. The Fischer-Tropsch process: 1950-2000 // Catalysis Today. 2002. Vol. 71, No. 3-4. P. 227-241. DOI: 10.1016/S0920-5861(01)00453-9Yohannes A., Gates I. CENTURY OF EVOLUTION: PROGRESS AND MILESTONES IN FISCHER-TROPSCH SYNTHESIS // Coordination Chemistry Reviews. – 2026. – Т. 547. – С. 217096. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2025.217096Yohannes A., Gates I. CENTURY OF EVOLUTION: PROGRESS AND MILESTONES IN FISCHER-TROPSCH SYNTHESIS // Coordination Chemistry Reviews. – 2026. – Т. 547. – С. 217096. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2025.217096Iqbal S., Davies T.E., Morgan D.J., Karim K., Hayward J.S., Bartley J.K., Taylor S.H., Hutchings G.J. // Catalysis Today. 2016. V. 275. P. 35-39. DOI: 10.1016/j.cattod.2015.09.041. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2015.09.041Iqbal S., Davies T.E., Morgan D.J., Karim K., Hayward J.S., Bartley J.K., Taylor S.H., Hutchings G.J. // Catalysis Today. 2016. V. 275. P. 35-39. DOI: 10.1016/j.cattod.2015.09.041. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2015.09.041Gholami Z., Tišler Z., Rubáš V. Recent advances in Fischer-Tropsch synthesis using cobalt-based catalysts: A review on supports, promoters, and reactors //Catalysis Reviews. – 2021. – Т. 63. – №. 3. – С. 512-595. https://doi.org/10.1080/01614940.2020.1762367Gholami Z., Tišler Z., Rubáš V. Recent advances in Fischer-Tropsch synthesis using cobalt-based catalysts: A review on supports, promoters, and reactors //Catalysis Reviews. – 2021. – Т. 63. – №. 3. – С. 512-595. https://doi.org/10.1080/01614940.2020.1762367Lin Q. et al. Development of an iron-based fischer—tropsch catalyst with high attrition resistance and stability for industrial application //Catalysts. – 2021. – Т. 11. – №. 8. – С. 908. https://doi.org/10.3390/catal11080908Lin Q. et al. Development of an iron-based fischer—tropsch catalyst with high attrition resistance and stability for industrial application //Catalysts. – 2021. – Т. 11. – №. 8. – С. 908. https://doi.org/10.3390/catal11080908Khodakov A. Y., Chu W., Fongarland P. Advances in the development of novel cobalt Fischer− Tropsch catalysts for synthesis of long-chain hydrocarbons and clean fuels //Chemical reviews. – 2007. – Т. 107. – №. 5. – С. 1692-1744. https://doi.org/10.1021/cr050972vKhodakov A. Y., Chu W., Fongarland P. Advances in the development of novel cobalt Fischer− Tropsch catalysts for synthesis of long-chain hydrocarbons and clean fuels //Chemical reviews. – 2007. – Т. 107. – №. 5. – С. 1692-1744. https://doi.org/10.1021/cr050972vХаджиев С. Н., Вытнова Л. А. ПЕРВЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ФИШЕРА ТРОПША В ГЕРМАНИИ //Нефтехимия. – 2008. – Т. 48. – №. 2. – С. 133-148. https://doi.org/10.1134/S0965544108020114Хаджиев С. Н., Вытнова Л. А. ПЕРВЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ФИШЕРА ТРОПША В ГЕРМАНИИ //Нефтехимия. – 2008. – Т. 48. – №. 2. – С. 133-148. https://doi.org/10.1134/S0965544108020114Савостьянов А.П., Яковенко Р.Е. Опыт создания и эксплуатации технологии GTL в России. Катализ в промышленности. 2023; 23(1):57-66. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2023-1-57-66Савостьянов А.П., Яковенко Р.Е. Опыт создания и эксплуатации технологии GTL в России. Катализ в промышленности. 2023; 23(1):57-66. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2023-1-57-66Sie S. T., Senden M. M. G., Van Wechem H. M. H. Conversion of natural gas to transportation fuels via the shell middle distillate synthesis process (SMDS) // Catalysis Today. 1991. Т. 8. № 3. С. 371-394. DOI: 10.1016/0920-5861(91)80058-hSie S. T., Senden M. M. G., Van Wechem H. M. H. Conversion of natural gas to transportation fuels via the shell middle distillate synthesis process (SMDS) // Catalysis Today. 1991. Т. 8. № 3. С. 371-394. DOI: 10.1016/0920-5861(91)80058-hMunirathinam R., Pham Minh D., Nzihou A. Effect of the support and its surface modifications in cobalt-based Fischer–Tropsch synthesis //Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2018. – Т. 57. – №. 48. – С. 16137-16161. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b03850Munirathinam R., Pham Minh D., Nzihou A. Effect of the support and its surface modifications in cobalt-based Fischer–Tropsch synthesis //Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2018. – Т. 57. – №. 48. – С. 16137-16161. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b03850Savost’yanov A. P. et al. Synthesis of high-molecular-weight hydrocarbons from CO and H2 over a cobalt catalyst //Catalysis in Industry. – 2014. – Т. 6. – №. 4. – С. 292-297.Savost’yanov A. P. et al. Synthesis of high-molecular-weight hydrocarbons from CO and H2 over a cobalt catalyst //Catalysis in Industry. – 2014. – Т. 6. – №. 4. – С. 292-297.Teimouri Z., Abatzoglou N., Dalai A. K. Kinetics and selectivity study of Fischer–Tropsch synthesis to C5+ hydrocarbons: a review //Catalysts. – 2021. – Т. 11. – №. 3. – С. 330. https://doi.org/10.3390/catal11030330.Teimouri Z., Abatzoglou N., Dalai A. K. Kinetics and selectivity study of Fischer–Tropsch synthesis to C5+ hydrocarbons: a review //Catalysts. – 2021. – Т. 11. – №. 3. – С. 330. https://doi.org/10.3390/catal11030330.Gholami Z., Tišler Z., Rubáš V. Recent advances in Fischer-Tropsch synthesis using cobalt-based catalysts: A review on supports, promoters, and reactors //Catalysis Reviews. – 2021. – Т. 63. – №. 3. – С. 512-595.Gholami Z., Tišler Z., Rubáš V. Recent advances in Fischer-Tropsch synthesis using cobalt-based catalysts: A review on supports, promoters, and reactors //Catalysis Reviews. – 2021. – Т. 63. – №. 3. – С. 512-595.Савостьянов А. П. и др. Влияние диффузионных ограничений на синтез длинноцепочечных углеводородов по методу Фишера-Тропша на кобальталюмосиликагелевом КАТАЛИЗАТОРЕ //Катализ в промышленности. – 2018. – №. 2. – С. 11-15. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2018-2-11-15Савостьянов А. П. и др. Влияние диффузионных ограничений на синтез длинноцепочечных углеводородов по методу Фишера-Тропша на кобальталюмосиликагелевом КАТАЛИЗАТОРЕ //Катализ в промышленности. – 2018. – №. 2. – С. 11-15. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2018-2-11-15Нарочный Г. Б. и др. Опыт реализации технологии кобальтового катализатора синтеза углеводородов из СО и Н2 //Катализ в промышленности. – 2016. – №. 1. – С. 37-42. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2016-1-37-42Нарочный Г. Б. и др. Опыт реализации технологии кобальтового катализатора синтеза углеводородов из СО и Н2 //Катализ в промышленности. – 2016. – №. 1. – С. 37-42. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2016-1-37-42Иоффе И. И., Письмен Л. М. Инженерная химия гетерогенного катализа. – Химия. Ленингр. отд-ние, 1972.Иоффе И. И., Письмен Л. М. Инженерная химия гетерогенного катализа. – Химия. Ленингр. отд-ние, 1972.Wu D., Zhou J., Li Y. Mechanical strength of solid catalysts: Recent developments and future prospects // AIChE Journal. 2007. Т. 53. № 10. С. 2618-2629. DOI: 10.1002/aic.11291Wu D., Zhou J., Li Y. Mechanical strength of solid catalysts: Recent developments and future prospects // AIChE Journal. 2007. Т. 53. № 10. С. 2618-2629. DOI: 10.1002/aic.11291Belopukhov E. A., Belyi A. S. Mechanical Strength of Composite Supports for Catalysts Based on γ–Al₂O₃ and Mordenite // Procedia Engineering. 2016. Т. 152. С. 735-741. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.682Belopukhov E. A., Belyi A. S. Mechanical Strength of Composite Supports for Catalysts Based on γ–Al₂O₃ and Mordenite // Procedia Engineering. 2016. Т. 152. С. 735-741. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.682Young R.A. The Rietveld Method. Oxford University Press, 1995. 298 p.Young R.A. The Rietveld Method. Oxford University Press, 1995. 298 p.Schanke D. et al. Study of Pt-promoted cobalt CO hydrogenation catalysts //Journal of Catalysis. – 1995. – Т. 156. – №. 1. – С. 85-95. https://doi.org/10.1006/jcat.1995.1234Schanke D. et al. Study of Pt-promoted cobalt CO hydrogenation catalysts //Journal of Catalysis. – 1995. – Т. 156. – №. 1. – С. 85-95. https://doi.org/10.1006/jcat.1995.1234

The authors declare that there are no conflicts of interest present.