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Equilibrium calculations for direct synthesis of dimethyl ether from syngas

Authors

  • G.R. Moradi,

    Corresponding author
    1. Catalyst Research Center, Faculty of Engineering, Department of Chemical Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
    • Catalyst Research Center, Faculty of Engineering, Department of Chemical Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran.
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  • J. Ahmadpour,

    1. Chemical Engineering Department, Babol University of Technology, P.O. Box 484, Babol, Iran
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  • F. Yaripour,

    1. Catalysis Research Group, Arak Center of Petrochemical Research & Technology Co., National Petrochemical Company (NPC), P.O. Box 1493, Arak, Iran
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  • J. Wang

    1. Beijing Key Laboratory of Green Chemical Reaction Engineering and Technology, Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
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Abstract

Thermodynamic analysis of single-step synthesis of dimethyl ether (DME) from syngas over a bi-functional catalyst (BFC) in a slurry bed reactor has been investigated as a function of temperature (200–240°C), pressure (20–50 bar), and composition feed ratio (H2/CO: 1–2). The BFC was prepared by physical mixing of CuO/ZnO/Al2O3 as a methanol synthesis catalyst and H-ZSM-5 as a methanol dehydration catalyst. The three reactions including methanol synthesis from CO and H2, methanol dehydration to DME and water–gas shift reaction were chosen as the independent reactions. The equilibrium thermodynamic analysis includes a theoretical model predicting the behaviour and a comparison to experimental results. Theoretical model calculations of thermodynamic equilibrium constants of the reactions and equilibrium composition of all components at different reaction temperature, pressure, and H2/CO ratio in feed are in good accordance with experimental values.

Abstract

L'analyse thermodynamique de la synthèse en une étape du méthoxyméthane du gaz de synthèse sur un catalyseur bifonctionnel dans un réacteur à lit bouillonnant a été étudiée comme une fonction de température (200 à 240 ∘C), de pression (20 à 50 bars) et de rapport d'alimentation compositionnel (H2/CO: 1–2). Le catalyseur bifonctionnel était préparé par un mélange physique de CuO/ZnO/Al2O3 comme un catalyseur de synthèse de méthanol et de H-ZSM-5 comme un catalyseur de déshydratation du méthanol. Les trois réactions, soit la synthèse du méthanol du CO et du H2, la déshydratation du méthanol en méthoxyméthane et la conversion catalytique, ont été choisies comme réactions indépendantes. L'analyse thermodynamique de l'équilibre comprend un modèle théorique qui prédit le comportement et une comparaison par rapport aux résultats expérimentaux. Les calculs du modèle théorique des constantes de l'équilibre thermodynamique des réactions et la composition d'équilibre de tous les composants à différentes températures de réaction, différentes pressions et un différent rapport H2/CO dans l'alimentation cadrent bien avec les valeurs expérimentales.

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