Reaction kinetics for the synthesis of methanol from CO and H2 on a copper catalyst

Abstract

The kinetics for the low-pressure synthesis of methanol from CO and H, were studied in a small integral reactor. The mole fraction of CO was varied from 0.1 to 0.54, the total pressure from 3 to 9 MPa and the temperature from 483 to 545 K. Using the maximum likelihood approach, seventeen possible reaction rate correlations were evaluated statistically. Among these models three appear to fit the experimental data satisfactorily. Kurzfassung Kinetische Untersuchungen der Methanolsynthese aus CO and H, mit einem Niederdruckkatalysator wurden in einem kleinen, integralen Versuchsreaktor durchgefiihrt. Die Molfraktion des Kohlenmonoxids im Synthesegas, der Totaldruck und die Temperatur wurden entsprechend von 0.1 bis 0.54, von 3 bis 9 MPa und von 483 bis 545 K variiert. Siebzehn verschiedene Reaktionsgeschwindigkeitsansatze wurden einer auf dem 'Maximum Likelihood Prinzip' griindenden statistischen Auswertung unterworfen. Drei Ansatze ergaben eine befriedigende Uebereinstimmung mit den MeBdaten. Synopse Die katalytische Hydrierung des Kohlenmonoxids ist heute der wichtigste Produktionsweg zum Methanol [I]. Trotz der scheinbaren Simplizitiit der mit Gl. (I) vorgestellten Reaktion ergaben bisherige Studien [2-151 kein eindeutiges mechanistisches Bild dieser Reaktion (Tab. I). Durchfiihrung genauer Messungen und Verarbeitung der MeBdaten wet-aim durch die drastischen Reaktionsbedingungen, das stark exotherme Verhalten der Reaktion, sowie durch das Auftreten verschiedener Nebenreaktionen (GI. (2)-(6)) bedeutend erschwert. In der vorliegenden Arbeit beabsichtigten wir eine adtiquate kinetische Korrelation fur die Reaktion (I) auf dem BASF S3-85 Niederdruckkatalysator zu finden. Auch die Lebensdauer des Katalysators in Abwesenheit des Kohlendioxids im Synthesegas solite festgestellt werden. Bronzeblock zum Temperaturausgleich ausgestattet (Abb. 2(a)). Das Katalysator-Festbett besteht aus (0.7-1.2) x IO-'m Katalysator-Splintern die mit zermahlenem Alumina-Trager vermistiht sind, so dap die Katalysatorbett-Ldnge 40 x lop3 m betriigt. Der Totaldruck wird mit einem Druckregler eingestellt. Die Stabilittit und Homogenitiit der Temperatur wird mit fiinf kalibrierten Thermoelementen kontrolliert. Die Temperaturregelung erfolgt automatisch mit Hilfe eines Hewlett-Packard 9826 PC. Kalibrierte CO/H, Mischungen werden dem Reaktor aus einer Batterie von Hockdruck-Zylindern zugefiihrt. Der Gasdurchsatz wird mit zwei Priizisionsventilen am Reaktorausgang geregelt und mittels einer Gasuhr gemessen. Die Analyse der Gasgemische am Eingang sowie am Ausgang des Reaktors erfolgt gaschromatograjisch mit Hilfe eines WdrmeIeitftihigkeitsdetektors. Als Tragergas wird Wasserstofl verwendet. Das Mejsystem ist auf Abb. 1 gezeigt. Ein Festbett-Vor der Inbetriebnahme wird der Katalysator mit reaktvr von integralem Typ wurde wegen seines beson-N,lH,-Gemischen-bei steigendem Molenbruch von ders einfachen Aufbaus gewiihlt. Der IO x 10e6 m3 Wasserstoff unter 0.4 MPa und bei 443-523 K langsam Reaktor hat einen Durchmesser von 8 x 10e3 m und ist reduziert. N...

Methanol synthesis in a countercurrent gas—solid—solid trickle flow reactor. An experimental study

“…6 the conversions of CO as determined for experiments without solids flow are compared with those calculated for an isothermal PFR and for the kinetics given in the paper by Kuczynski et al (1986a). The agreement is reasonable.…”

“…The reactor capacity appears to increase with an increase of the total pressure, the temperature or the solids flow. Such an influence of the pressure and temperature results from the reaction kinetics (Kuczynski et al, 1986a), whereas the solids flow determines the methanol partial pressure in the reactor influencing in this way the reaction rate, as discussed in our previous paper (Westerterp and Kuczynski, 1987). For high solids flow rates, the reaction rate approaches the initial reaction rate because the methanol partial pressure is kept low and the reverse reaction does not take place.…”

The synthesis of methanol in a reactor system with interstage product removal

“…On the other hand, care was taken to avoid too long contact times in the first reactor in order to operate the reactor below the equilibrium composition. This is necessary to maintain a high selectivity and to avoid catalyst degradation (Kuczynski et al, 1987b). The experimental CO conversion in the first reactor varied between 0.25 and 0.58.…”

Dynamic Process Model Parameter Estimation by Global System Analysis

“…The following main reaction can be accomplished by several side and consecutive reactions (see [7]). A large number of kinetic expressions have been proposed in the literature [8].…”