Dựa theo các nghiên cứu[12] thì điều kiện thuận lợi nhất để tiến hành phản ứng tổng hợp trực tiếp DME là ở nhiệt độ từ 230-300oC và áp suất tối ưu là khoảng 5Mpa.
Hình 2.1 Độ chuyển hóa CO dưới ảnh hưởng nhiệt độ trong phản ứng tổng hợp DME và MeOH dưới áp suất 3-5Mpa[12]
Bảng 2.2 Độ chuyển hóa và các phản ứng diễn ra trong từng thiết bị phản
ứng[9],[13]
Thiết bị Phản ứng Chuyển hóa
Tri- CO2 reforming CO2 + CH4 = 2CO + 2H2 CO2: 87% Steam reforming H2O + CH4 = CO + 3H2 H2O: 77%
Reforming
Oxi hóa một phần 1/2O2 + CH4 = CO + 2H2 O2: 100% DME
synthesis
Tổng hợp MeOH CO + 2H2 = CH3OH CO: 60% Dehydrat MeOH 2CH3OH = (CH3)2O + H2O MeOH: 85%
WGS WGS CO + H2O = CO2 + H2 -
Sản lượng DME của nhà máy là F = 180141 tấn/năm
Lưu lượng khối lượng sản phẩm:
Gọi:
X1: lưu lượng CH4 đầu vào quá trình (kgmol/h) X2: lưu lượng CO2 đầu vào quá trình (kgmol/h) X3: lưu lượng H2O đầu vào quá trình (kgmol/h) X4: lưu lượng O2 đầu vào quá trình (kgmol/h)
Giả thiết rằng tỷ lệ thích hợp nhất cho phản ứng[9] là: X1:X2:X3:X4 = 1:0,475:0,475:0,1
• Xét phản ứng dedydrat hóa methanol:
2CH3OH = (CH3)2O + H2O
64,08 46,07
29829 21445
Với DME tạo ra là 21445 kg/h, tính được MeOH tham gia vào phản ứng Dehydrat là: 29836 kg/h
Do độ chuyển hóa methanol là 85% nên tổng MeOH tạo ra trong phản ứng tổng hợp MeOH là: 35092 kg/h
• Xét phản ứng tỗng hợp MeOH:
CO + 2H2 = CH3OH
28,01 32,4
Tính được CO tham gia phản ứng tổng hợp MeOH là: 30678,35 kg/h, do độ chuyển hóa CO là 60% nên lượng CO cần thiết là: 51130,6 kg/h
• Xét phản ứng tạo khí tổng hợp (tri-reforming): CO2 + CH4 = 2CO + 2H2 44,01 56,02 0,87*44,01*X2 48,737*X2 H2O + CH4 = CO + 3H2 18,02 28,01 0,77*18,02*X3 21,567*X3 1/2O2 + CH4 = CO + 2H2 16 28,01 32*X4 56,02*X4 Tổng CO tạo ra từ 3 phản ứng trên là: 48,7374*X2 + 21,5677*X3 + 56,02*X4 = 51130,6 kg/h
Do X1:X2:X3:X4 = 1:0,475:0,475:0,1 nên thay X1 vào phương trình trên ta sẽ được:
38,996X1 = 51130,6
Từ đó tính được các ẩn số ban đầu:
Đây là các thông số đầu vào cần thiết để có thể bắt đầu tiến hành quá trình mô phỏng.