Ảnh hưởng của phản ứng Water-Gas Shift (WGS) trong quá trình

DME [13]

Các nhà nghiên cứu DME chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất, tỷ lệ CO/H2, nhưng rất ít công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của phản ứng Water Gas Shift.

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu nhiệt động học, ảnh hưởng của phản ứng Water Gas Shift, chia qui trình tổng hợp DME theo 3 mô hình sau:

- Mô hình 1: chỉ có phản ứng tổng hợp metanol (MS)

CO + 2H2 ↔ CH3OH (1.24) - Mô hình 2: gồm MS và phản ứng ngược dehydrat hóa metanol (MD)

CO + 2H2 ↔ CH3OH (1.25) 2CH3OH ↔ CH3OCH3+H2O (1.26)

- Mô hình 3: gồm MS, MD và phản ứng water gas shift (WGS)

CO + 2H2 ↔ CH3OH (1.27) 2CH3OH ↔ CH3OCH3 + H2O (1.28) CO + H2O ↔ CO2 + H2 (1.29)

Ở mô hình 1 chỉ xảy ra quá trình hiđro hóa CO tạo metanol, còn mô hình 2 có sự hiện diện của CO và H2O được sinh ra từ phản ứng dehydrat hóa metanol đã tạo điều kiện cho phản ứng WGS xảy ra theo mô hình 3, mặc dù có nhiều tài liệu đề cập đến vấn đề này nhưng họ không giải thích được nguyên nhân xảy ra phản ứng WGS. Bởi vì phản ứng WGS cần hội đủ 2 điều kiện sau:

+ Có mặt xúc tác có khả năng thúc đẩy phản ứng WGS + Thỏa mãn điều kiện nhiệt động học

So sánh các hằng số cân bằng phản ứng tương ứng theo các mô hình và rút ra các kết luận quan trọng sau:

- Đối với quy trình tổng hợp DME, cả mô hình 2 và mô hình 3 đều khắc phục được giới hạn nhiệt động của phản ứng tạo metanol thông qua hiệu ứng cộng hưởng.

- Độ chọn lọc DME trong hỗn hợp sản phẩm (metanol và DME) đối với mô hình 2 là 0,7978 và không thay đổi theo tỷ lệ H2:CO nhập liệu.

- Mô hình 3 đạt được độ chuyển hóa CO và hiệu suất DME cao nhất, đặc biệt khi nồng độ CO trong nhập liệu từ 0,5 đến 0,66. Trong khi mô hình 2 đạt hiệu suất tổng (DME + MeOH) cao hơn hai mô hình kia.

- Mô hình 3 có độ chuyển hóa CO cao nhất nhưng hiệu quả sử dụng cacbon chỉ đạt 66,7%. Một lượng lớn CO2 sinh ra (từ phản ứng WGS) cùng với sự hình thành DME và điều này sẽ làm tăng chi phí tách cũng như độ phức tạp của quá trình bởi vì DME hóa lỏng hòa tan CO2 rất tốt.

- Thông qua khảo sát ảnh hưởng của CO2 đến quá trình tổng hợp DME, tác giả nhận thấy CO2 có thể xem như khí trơ và nó chỉ tích lũy trong hệ chứ không tham gia chuyển hóa thành DME hay metanol. Do đó, khi thay đổi nồng độ CO2 trong nhập liệu, quá trình tổng hợp DME có thể chuyển từ mô hình 3 sang mô hình 2 để tận dụng hiệu quả hơn nguồn nguyên liệu (không có phản ứng WGS tham gia vào hệ). Để giảm lượng CO2 trong dòng nhập liệu và nâng cao hiệu quả sử dụng cacbon, cần sử dụng xúc tác tổng hợp metanol không có hoạt tính thúc đẩy phản ứng WGS.