Kinetic modeling of the direct synthesis of dimethyl ether over a CuO‑ZnO‑MnO/SAPO‑18 catalyst and assessment of the CO2 conversion

二甲醚 甲醇 合成气 催化作用 化学 吸附 双功能 水煤气变换反应 等温过程 无机化学 化学工程 物理化学 热力学 有机化学 物理 工程类
作者
Ainara Ateka,Javier Ereña,Javier Bilbao,Andrés T. Aguayo
出处
期刊:Fuel Processing Technology [Elsevier]
卷期号:181: 233-243 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.fuproc.2018.09.024
摘要

A kinetic model has been established for the direct synthesis of dimethyl ether (DME) from syngas and CO2 feeds. The kinetic parameters have been determined fitting the experimental results obtained using a CuO‑ZnO‑MnO/SAPO‑18 (CZMn/S) bifunctional catalyst in a fixed‑bed isothermal reactor, under a wide range of operating conditions: 250–350 °C; 10–40 bar; CO2/CO molar ratio in the feed, between 0 and 1; H2/COX molar ratio in the feed, 3/1 and 4/1; space time, from 1.25 gcath(molC)−1, up to 20 gcath(molC)−1; time on stream, up to 30 h. The model considers the kinetic equations of the individual reactions of methanol synthesis from CO and CO2, the dehydration of methanol to DME, the water gas shift reaction (WGS) and the formation of paraffins, along with the deactivation kinetics. The attenuation of the reaction rates of methanol and paraffins synthesis has been considered by the competitive adsorption of CO2 and H2O in the metallic sites with respect to the adsorption of CO (more reactive than CO2 in the synthesis of methanol). The deactivation by coke has been quantified by a kinetic equation dependent on the concentrations of methanol and DME, and the attenuation of the deactivation by the competitive adsorption of CO2 and H2O has also been considered in this equation. The kinetic model allows predicting satisfactorily the evolution with time on stream of the concentration of the components in the reaction medium (methanol, DME, unreacted CO and CO2, and paraffins formed as by‑products). In addition, the model has been used to simulate the reactor, determining the effect of the reaction conditions on the conversion of CO2. This conversion, in contrast to the yield of DME, increases with increasing CO2 concentration in the reactor feed.
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