Reaction kinetics of methanol synthesis as a major part in DME
synthesis has been studied by many researchers; however it could
not be proven with accuracy until now [5-8]. Villa et al. state that
methanol synthesis governed by only reaction (1) is preceded by
Cu/ZnO/Al
2O3+γ-Al2O3 catalyst in industrial conditions. After all,
with an increase of CO
2 concentration, the reaction rate of methanol is decreased [5]. Klier et al. state that most methanol production proceeds with reaction (1), which is accelerated at low concentration of CO
2 [6].
Because DME synthesis is governed by catalytic reactions of syngas on the surface of the catalyst, it is applied to the LHHW model
for simulating the DME synthesis reaction. It is assumed that each
CO and CO
2 is comparatively adsorbed at an active site on the catalyst
surface, and each H2 and H2O is also comparatively adsorbed at the
other [7]. Therefore, it is suggested that methanol production is led
by both CO and CO2 components throughout catalytic reactions
under the LHHW model.
For simplifying the DME synthesis reaction, the overall reaction
is respectively divided into three sections: methanol synthesis, methanol dehydration and WGS reaction. The reaction rates (r) of methanol synthesis are individually expressed in Eq. (7) led by CO and
Eq. (8) led by CO2. Where, β is defined as fugacity to equilibrium
reaction of each component [9,10].
(7)
(8)
The r
DME of DME synthesis through methanol dehydration is shown
in Eq. (9), and rWGS of WGS reaction is shown in Eq. (10). WGS
reaction takes place on Cu cluster among the DME catalyst and it
proceeds through two steps: supplying H2 by adsorption of oxygen
in H
2O molecule, and generating CO2 between CO and adsorptive
oxygen [11]. The modified reaction rate constants, adsorption coefficients and equilibrium constants following Eq. (7)-(10) are shown
in Table 1.
(9)
(10)
METHODOLOGY
1. Governing Theory
For simulating the DME synthesis process model, thermodynamic
parameters must be used that can be applied to the fundamental equation of state (EOS). During the simulation study, Soave-RedlichKwong (SRK) EOS is utilized for calculating thermodynamic properties in the model. The Redlich Kwong (1949) EOS is widely applied to binary components. It has good accuracy in volumetric and
rCO=
k1fCOfH
2
2
( )1−β1
1+ KCOfCO+ KCO
2
fCO
2
+ KH
2
fH
( )2 3
---------------------------------------------------------------------- β1= fCH3OH
K
f1fCOfH2 2
-------------------
r
CO
2
=
k2fCO
2
fH
2
3
( )1−β2
1+ KCOfCO+ KCO
2
fCO
2
+ KH
2
fH
( )2 4
---------------------------------------------------------------------- β2 = fCH3OHfH2O
K
f2fCO2fH3 2
--------------------
rDME=
k3fCH
3OH( )1−β3
1+ K
CH
( )3OHfCH3OH 2
-------------------------------------------- β3 = fDMEfH2O
K
f3fCH3 3OH
-------------------
r
WGS=
k4fH
2O( )1−β4
1+ K
COfCO+ KCO
2
f
CO
2
+ K
H2
fH2
-------------------------------------------------------------------- β4= fCO2fH2
K
f4fCOfH2O
---------------------
Table 1. Rate constants, adsorption coefficients and equilibrium
constants for DME synthesis reaction
Parameters
A(i)exp(B(i)/RT)
Referencea Modified
A(i) B(i) A'(i) B'(i)
k
1 7,380 −54,307 7,380 −58,464
k2
5,059 −67,515 5,059 −67,509
k3
1,062 −43,473 1,062 −43,473
k4
7.3976 −20,436 7.3976 −10,808
K
CO 3.934×10−6 37,373 3.917×10−6 49,884
K
CO2 1.858×10−6 53,795 1.858×10−6 53,795
KH2
0.6716 −6,476 0.6716 −6,476
K
CH3OH 3.480×10−6 54,689 7.928×10−4 48,221
ln K
f1, Kf2b 4213/T−5.752 lnT−1.707×10−3T+2.682×10−6
T2−7.232×10−10T3+17.6
ln K
f3
b 4019/T+3.707 lnT−2.783×10−3T+3.8×10−7T2−
6.561×104/T3−26.64
ln K
f4
b 2167/T−0.2258 lnT−1.037×10−3T−2.331×10−7
T2−1.2777
aRate constant and adsorption coefficient are provided by Z. G. Nie,
H. W. Liu et al. (2005) [9]
bEquilibrium constant are provided by Zhang et al. (2001) and Herman et al. (1979) [10]
Simulation of DME synthesis from coal syngas by kinetics model 643
Korean J. Chem. Eng.(Vol. 26, No. 3)
thermal properties between pure components and mixtures, but it
tends to lower the accuracy of the VLE (vapor liquid equilibrium)
calculation in multi-components. To complement the weak point
of RK EOS, Giorgio Soave (1972) suggests appropriate SRK EOS
as RK EOS improved through a generalized term of temperature
from a/T0.5 to a(T) in multi-components. The SRK EOS is shown
in Eq. (11) [12].
where a(T)={1+m(1−Tr0.5)2 (11)
m=0.480+1.574ω−0.176ω2
Graaf et al. state that the chemical equilibrium of the methanol
reaction and WGS reaction can be described very well by relationships derived from thermo-chemical data, assuming ideal gas behavior and correcting for non-ideal gas behavior by using the SRK
EOS at high pressure condition [13]. DME synthesis reaction is also
based on a conventional methanol synthesis reaction under high
pressure condition. By the reason of Graaf’s study, SRK EOS is s
ปฏิกิริยาจลนพลศาสตร์ของการสังเคราะห์เมทานอลเป็นส่วนหนึ่งสำคัญใน DMEสังเคราะห์ได้รับการศึกษา โดยนักวิจัยหลายคน อย่างไรก็ตาม มันอาจจะไม่สามารถพิสูจน์ได้ ด้วยความแม่นยำจนถึงปัจจุบัน [5-8] วิลล่า et al.รัฐที่ควบคุม โดยเฉพาะ (1) ปฏิกิริยาสังเคราะห์เมทานอลจะนำหน้าด้วยCu/ZnO/Al2O3 + γ-Al2O3 catalyst ในสภาพอุตสาหกรรม ท้ายที่สุดกับการเพิ่มขึ้นของ CO2 ความเข้มข้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาของเมทานอลจะลดลง [5] รัฐ Klier et al.ซึ่งส่วนใหญ่ผลิตเมทานอลกับปฏิกิริยา (1), ซึ่งเร่งที่ความเข้มข้นต่ำของ CO2 [6]เนื่องจากการสังเคราะห์ DME อยู่ภายใต้ตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาของ syngas บนผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา ยังกับรุ่น LHHWสำหรับการจำลองปฏิกิริยาสังเคราะห์ DME จะถือว่าที่แต่ละCO และ COค่อนข้างมีซับ 2 ที่เว็บไซต์การใช้งานบนตัวเร่งปฏิกิริยาพื้น ผิว และแต่ละ H2 และ H2O จะยังค่อนข้างซับที่ให้อื่น ๆ [7] ดังนั้น มันจะแนะนำนำเมทานอลการผลิตโดยคอมโพเนนต์ CO และ CO2 ตลอดปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาภายใต้รูปแบบ LHHWสำหรับปฏิกิริยาการสังเคราะห์ DME ปฏิกิริยาโดยรวมที่ลดความซับซ้อนตามลำดับแบ่งออกเป็นสามส่วน: การสังเคราะห์เมทานอล เมทานอลคาย และ WGS ปฏิกิริยา อัตราการเกิดปฏิกิริยา (r) ของการสังเคราะห์เมทานอลแต่ละแสดงใน Eq. (7) นำ โดย CO และEq. (8) นำ โดย CO2 ที่ βถูกกำหนดเป็น fugacity การสมดุลปฏิกิริยาของแต่ละส่วนประกอบ [9,10](7)(8)Rแสดงการสังเคราะห์ DME DME ผ่านคายเมทานอลใน Eq. (9), และ rWGS ของ WGS แสดงปฏิกิริยาใน Eq. (10) WGSสมการบนคลัสเตอร์ Cu DME catalyst และมันดำเนินการตามขั้นตอนที่สอง: H2 การจัดหา โดยการดูดซับออกซิเจนใน Hโมเลกุล 2O และสร้าง CO2 ระหว่าง CO และ adsorptiveออกซิเจน [11] ค่าคงที่อัตราปฏิกิริยาแก้ไข สัมประสิทธิ์การดูดซับ และต่อ Eq. (7)-(10) จะแสดงค่าคงสมดุลตารางที่ 1(9)(10)ระเบียบวิธี1. ว่าด้วยทฤษฎีสำหรับการจำลองการสังเคราะห์ DME กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ แบบต้องใช้พารามิเตอร์ที่สามารถใช้ได้กับสมการพื้นฐานของรัฐ (EOS) ในระหว่างการศึกษาจำลอง EOS Soave RedlichKwong (ซา) จะใช้สำหรับการคำนวณคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ในรูปแบบ พ็อตเซิลกวง (1949) EOS อย่างกว้างขวางกับส่วนไบนารี มีความแม่นในปริมาตร และrCO =k1fCOfH221−Β1 ()1 + KCOfCO + KCO2fCO2+ KH2fH() 2 3---------------------------------------------------------------------- β1= fCH3OHKf1fCOfH2 2-------------------rบริษัท2=k2fCO2fH231−Β2 ()1 + KCOfCO + KCO2fCO2+ KH2fH() 2 4---------------------------------------------------------------------- β2 = fCH3OHfH2OKf2fCO2fH3 2--------------------rDME =k3fCH1−Β3 () 3OH1 + KCH3OHfCH3OH () 2-------------------------------------------- β3 = fDMEfH2OKf3fCH3 3OH-------------------rWGS =k4fH2O () 1−Β41 + KCOfCO + KCO2fบริษัท2+ KH2fH2-------------------------------------------------------------------- β4= fCO2fH2Kf4fCOfH2O---------------------ตารางที่ 1 อัตราการค่าคงที่ ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับ และสมดุลค่าคงที่สำหรับปฏิกิริยาการสังเคราะห์ DMEพารามิเตอร์A(i)exp(B(i)/RT)Referencea แก้ไขA(i) B(i) A'(i) B'(i)k−54 1 7,380, 307 7,380 −58, 464k25,059 −67, 515 5,059 −67, 509k31,062 −43, 473 1,062 −43, 473k47.3976 −20, 436 7.3976 −10, 808Kบริษัทเวลา 3.934 × 10-6 37,373 3.917 เวลา × 10-6 49,884KCO2 เวลา 1.858 × 10-6 53,795 1.858 เวลา × 10-6 53,795KH20.6716 −6, −6 476 0.6716, 476KCH3OH เวลา 3.480 × 10-6 54,689 7.928 × 10−4 48,221ln Kf1, Kf2b 4213 / T−5.752 lnT−1.707 × 10−3T + เวลา 2.682 × 10-6T2−7.232 × 10−10T3 + 17.6ln Kf3b lnT−2.783 4019/T + 3.707 × 10−3T + 3.8 × 10−7T2−6.561×104/T3−26.64ln Kf4บี 2167 / T−0.2258 lnT−1.037 × 10−3T−2. 331 × 10−7T2−1.2777aRate ค่าคงและสัมประสิทธิ์การดูดซับโดย Z. G. เดินทาง NieH. W. Liu et al. (2005) [9]ค่าคง bEquilibrium โดย Zhang et al. (2001) และ Herman et al. (1979) [10]การจำลองการสังเคราะห์ DME จากถ่านหิน syngas โดยแบบจำลองจลนพลศาสตร์ 643Eng.(Vol. 26, No. 3) เคมี. J. เกาหลีคุณสมบัติทางความร้อนระหว่างคอมโพเนนต์บริสุทธิ์ และส่วนผสม แต่มันมีแนวโน้มที่จะ ลดความแม่นยำของ VLE (ไอของเหลวสมดุล)การคำนวณในหลายคอมโพเนนต์ เติมเต็มจุดอ่อนกล้อง eos RK จิออร์จิโอ Soave (1972) แนะนำ EOS ซาที่เหมาะสมเป็นกล้อง EOS RK ที่พัฒนาขึ้นผ่านเงื่อนไขอุณหภูมิทั่วไปจากการเทียบ T0.5 เพื่อ a(T) ในคอมโพเนนต์หลาย กล้อง EOS ซาจะแสดงใน Eq. (11) [12](T) = { 1 + m (1−Tr0.5) 2 (11)m = 0.480 + 1.574ω−0.176ω2Graaf et al.รัฐที่สมดุลเคมีของเมทานอลปฏิกิริยาและปฏิกิริยา WGS สามารถอธิบายดีมาก โดยความสัมพันธ์ที่ได้มาจากข้อมูลสารเคมีเทอร์โม สมมติว่าลักษณะการทำงานของแก๊สอุดมคติ และการแก้ไขลักษณะการทำงานของแก๊สอุดมคติโดยซากล้อง EOS ที่สภาวะความดันสูง [13] ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ DME ก็อิงจากปฏิกิริยาสังเคราะห์เมทานอลทั่วไปภายใต้สูงสภาพความกดดัน โดยเหตุผลของการศึกษาของ Graaf ซา EOS คือ s
การแปล กรุณารอสักครู่..

ปฏิกิริยาจลนพลศาสตร์ของการสังเคราะห์เมทานอลเป็นส่วนหนึ่งที่สำคัญในการ DME
สังเคราะห์ได้รับการศึกษาโดยนักวิจัยหลายคน; แต่มันอาจจะ
ไม่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความถูกต้องจนถึงขณะนี้ [5-8] วิลล่า, et al รัฐที่
สังเคราะห์เมทานอลควบคุมโดยปฏิกิริยาเท่านั้น (1) นำโดย
Cu / ZnO / AL
2O3 + ตัวเร่งปฏิกิริยาγ-Al2O3 ในสภาวะอุตสาหกรรม หลังจากที่ทุกคน
กับการเพิ่มขึ้นของ CO
2 ความเข้มข้นของอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเมทานอลลดลง [5] Klier et al, รัฐว่าส่วนใหญ่การดำเนินการผลิตเมทานอลที่มีปฏิกิริยา (1) ซึ่งจะเร่งที่มีความเข้มข้นต่ำของ CO
[6] 2.
เพราะการสังเคราะห์ DME ถูกควบคุมโดยปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาของ syngas บนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาที่จะถูกนำไปใช้กับรูปแบบ LHHW
สำหรับ การจำลองการเกิดปฏิกิริยาการสังเคราะห์ DME มันจะสันนิษฐานว่าแต่ละ
CO และ CO
2 จะถูกดูดซับได้เปรียบโดยเปรียบเทียบในเว็บไซต์บนตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้งาน
พื้นผิวและแต่ละ H2 และ H2O ยังถูกดูดซับได้เปรียบโดยเปรียบเทียบที่
อื่น ๆ [7] ดังนั้นจึงชี้ให้เห็นว่าการผลิตเมทานอลที่นำ
โดยทั้งสอง CO และ CO2 ส่วนประกอบตลอดปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา
ภายใต้รูปแบบ LHHW ได้.
เพื่อลดความซับซ้อนปฏิกิริยาการสังเคราะห์ DME ที่ปฏิกิริยาโดยรวม
จะถูกแบ่งออกเป็นสามตามลำดับส่วนการสังเคราะห์เมทานอลเมทานอลคายน้ำและปฏิกิริยา WGS อัตราการเกิดปฏิกิริยา (R) ของการสังเคราะห์เมทานอลจะแสดงเป็นรายบุคคลในสมการ (7) นำโดยร่วมและ
สมการ (8) นำโดย CO2 ที่βถูกกำหนดให้เป็น fugacity สมดุล
ปฏิกิริยาของแต่ละองค์ประกอบ [9,10].
(7)
(8)
การวิจัย
DME ของการสังเคราะห์เมทานอล DME ผ่านการคายน้ำจะแสดง
ในสมการ (9) และ rWGS ของการเกิดปฏิกิริยาสักคนจะแสดงในสมการ (10) WGS
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในคลัสเตอร์ Cu ในหมู่ตัวเร่งปฏิกิริยา DME และจะ
ดำเนินการผ่านขั้นตอนที่สอง: การจัดหา H2 โดยการดูดซับออกซิเจน
ใน H
2O โมเลกุลและสร้าง CO2 ระหว่าง CO และดูดซับ
ออกซิเจน [11] ค่าคงที่การปรับเปลี่ยนอัตราการเกิดปฏิกิริยาค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับและค่าคงที่สมดุลต่อไปนี้สมการ (7) - (10) จะแสดง
ในตารางที่ 1
(9)
(10)
ระเบียบวิธี
ที่ 1 ปกครองทฤษฎี
สำหรับการจำลองรูปแบบกระบวนการสังเคราะห์ DME, อุณหพลศาสตร์
พารามิเตอร์จะต้องใช้ที่สามารถนำไปใช้กับสมการพื้นฐานของรัฐ (EOS) ในระหว่างการศึกษาการจำลอง Soave-RedlichKwong (SRK) EOS ถูกนำมาใช้สำหรับการคำนวณคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ในรูปแบบ Redlich Kwong (1949) EOS ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนประกอบไบนารี มันมีความแม่นยำที่ดีในปริมาตรและ
RCO =
k1fCOfH
2
2
() 1-β1
1+ KCOfCO + KCO
2
FCO
2
+ KH
2
fH
() 2 3
------------------ -------------------------------------------------- - β1 = fCH3OH
K
f1fCOfH2 2
-------------------
R
CO
2
=
k2fCO
2
fH
2
3
() 1 β2
1+ KCOfCO + KCO
2
FCO
2
+ KH
2
fH
() 2 4
-------------------------------------------- -------------------------- β2 = fCH3OHfH2O
K
f2fCO2fH3 2
------------------ -
rDME =
k3fCH
3OH () 1 β3
1+ K
CH
() 3OHfCH3OH 2
------------------------------- ------------- β3 = fDMEfH2O
K
f3fCH3 3OH
-------------------
R
WGS =
k4fH
2O () 1 β4
1+ K
COFCO + KCO
2
F
CO
2
+ K
H2
FH2
--------------------------------------- ----------------------------- = β4 fCO2fH2
K
f4fCOfH2O
---------------- -----
ตารางที่ 1 อัตราคงที่ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับและสมดุล
ค่าคงที่สำหรับการสังเคราะห์ DME ปฏิกิริยา
พารามิเตอร์
A (i) ประสบการณ์ (B (i) / RT)
Referencea ดัดแปลง
A (i) B (i) (i) B (i)
K
1 7,380 -54,307 -58,464 7,380
K2
5,059 -67,515 -67,509 5059
K3
1,062 -43,473 -43,473 1,062
K4
7.3976 7.3976 -20,436 -10,808
K
CO 3.934 × 10-6 37,373 3.917 × 10-6 49,884
K
CO2 1.858 × 10-6 53,795 1.858 × 10-6 53,795
KH2
0.6716 0.6716 -6476 -6476
K
CH3OH 3.480 × 10-6 54,689 7.928 × 10-4 48,221
LN K
F1, Kf2b 4213 / T-5.752 LNT-1.707 × 10-3T + 2.682 × 10-6
T2-7.232 × 10-10T3 + 17.6
LN K
F3
B 4019 / T + 3.707 LNT-2.783 × 10-3T + 3.8 × 10-7T2-
6.561 × 104 / T3-26.64
LN K
F4
B 2167 / T-0.2258 LNT-1.037 × 10-3T-2.331 × 10-7
T2-1.2777
คง aRate และค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับที่ให้บริการโดย ZG Nie,
HW หลิว et al, (2005) [9]
bEquilibrium คงมีให้โดย Zhang et al, (2001) และเฮอร์แมน, et al (1979) [10]
การจำลองการสังเคราะห์ DME จาก syngas ถ่านหินโดยจลนพลศาสตร์รุ่น 643
เกาหลีเจ Chem Eng. (ฉบับที่. 26, ฉบับที่ 3)
สมบัติทางความร้อนระหว่างส่วนประกอบบริสุทธิ์และสารผสม แต่ก็
มีแนวโน้มที่จะลดความถูกต้องของ VLE (ไอสมดุลของเหลว)
การคำนวณในหลายส่วนประกอบ เพื่อเสริมจุดที่อ่อนแอ
ของ RK EOS จอร์โจ Soave (1972) แสดงให้เห็น EOS SRK เหมาะสม
เป็น RK EOS ดีขึ้นผ่านคำทั่วไปอุณหภูมิ
จาก / T0.5 ไป (T) ในหลายส่วนประกอบ กล้อง EOS SRK จะแสดง
ในสมการ (11) [12].
ที่ (T) = {1 + M (1 Tr0.5) 2 (11)
M = 0.480 + 1.574ω-0.176ω2
Graaf et al, รัฐที่สมดุลทางเคมีของเมทานอล
เกิดปฏิกิริยาและปฏิกิริยาสักคนที่สามารถอธิบายได้เป็นอย่างดีโดยความสัมพันธ์ที่ได้มาจากข้อมูลที่เทอร์โมเคมีสมมติว่าพฤติกรรมของก๊าซในอุดมคติและแก้ไขพฤติกรรมก๊าซที่ไม่เหมาะโดยใช้ SRK
EOS ที่สภาวะความดันสูง [13] . DME ปฏิกิริยาการสังเคราะห์นอกจากนี้ยัง
ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทานอลการชุมนุมภายใต้สูง
สภาพความดัน โดยเหตุผลของการศึกษา Graaf ของ SRK EOS เป็น s
การแปล กรุณารอสักครู่..
