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Keywords:

  • synthesis gas conversion;
  • kinetics;
  • ZnO–Cr2O3–ZSM5;
  • catalyst;
  • deactivation

Abstract

A kinetic study for the one-step conversion of synthesis gas to gasoline on a ZnO–Cr2O3–ZSM-5 catalyst is described. On this catalyst, three reactions are involved in the overall transformation of synthesis gas: the methanol synthesis, the conversion of methanol to hydrocarbons and the water–gas shift reaction. Under the operating conditions selected for the study, it was found that the water–gas shift was at equilibrium and the methanol was completely converted to hydrocarbons. Consequently, it was postulated that the kinetics of the limiting reaction step, the methanol synthesis on the ZnO–Cr2O3 component, was the one that controls the overall reaction rate. Three kinetic model equations describing the rate of synthesis gas conversion on the bifunctional catalyst, were considered to fit the data of the experimental runs performed in a Berty well-mixed reactor. Those equations were derived under very special conditions where the methanol decomposition term could be neglected. It was also observed that in the kinetic equations a term involving the fugacity of CO2 was required to predict the rate properly. The catalyst deactivation was also taken into account in the analysis.

Nous avons mené une étude cinétique pour la conversion en une étape du gaz de synthèse en essence sur un catalyseur ZnO-Cr2O3-ZSM-5. Sur ce catalyseur, trois réactions interviennent dans le mécanisme de transformation global du gaz de synthèse: la synthèse du méthanol, la conversion du méthanol en hydrocarbures et la réaction de changement eau-gaz. Dans les conditions de fonctionnement choisies pour l'étude, on a trouvé que le changement eau-gaz était à l'équilibre et que le méthanol subissait une conversion complète en hydrocarbures. Ainsi, nous avons supposé que la cinétique de l'étape de réaction limitante, soit la synthèse du méthanol sur un composant ZnO-Cr2O3, était celle qui gouvernait la vitesse de réaction globale. Trois équations de modèle cinétique décrivant la vitesse de la conversion du gaz de synthèse sur le catalyseur bifonctionnel semblent correspondre aux données des essais expérimentaux réalisés dans un réacteur Berty bien mélangé. Ces équations sont calculées dans des conditions très particulières qui permettent de négliger le terme de décomposition du méthanol. Nous avons également constaté la nécessite dans les équations de cinétique d'un terme qui tienne compte de la fugacité du CO2 pour pouvoir prédire la vitesse correctement. La désactivation du catalyseur a également été prise en considération dans l'analyse.