Fuel and Combustion

Fuel and Combustion

Thermodynamic Equilibrium Investigation of Sustainable Dimethyl Ether Green Fuel Production from Syngas by Gibbs Free Energy Minimization

Document Type : Original Article

Authors
Reza Khoshbin 1
Mohammad Haghighi 2
1 2- Department of Chemical Technologies, Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST),
2 3- Faculty of Chemical Engineering, Sahand University of Technology, P.O.Box 51335-1996, Sahand New Town, Tabriz, Iran
10.22034/jfnc.2026.545105.1454
Abstract
Dimethyl ether (DME) is a clean fuel with a high cetane number and soot-free combustion, making it a suitable substitute for fossil fuels. However, optimizing the direct DME synthesis process from syngas (STD) requires a deep understanding of equilibrium limitations and the interaction of operating conditions. In this study, with the aim of determining the optimal thermodynamic conditions as well as evaluating the final product quality from a combustion perspective, the equilibrium of the STD process was analyzed using the Gibbs free energy minimization method. Calculations were performed using Aspen Plus software and the Peng Robinson equation of state over a temperature range of 100 to 500 °C, a pressure range of 1 to 50 bar, H₂/CO molar ratios from 0.5 to 4, and CO₂/CO ratios from 0 to 2. The effects of adding steam and inert gas (N₂) on conversion and selectivity were also evaluated. All calculations were based on the assumption of single-phase gas equilibrium. At 250 °C and 40 bar, CO conversion reached about 95% and DME selectivity exceeded 92%. Increasing the temperature to 500 °C reduced DME selectivity to below 70% and increased CO₂ selectivity to above 30%. Adding 20% steam to the feed increased hydrogen production by up to 20% but decreased DME selectivity by about 12%. In contrast, adding excess CO₂ reduced DME selectivity without significantly changing hydrogen conversion. Comparison of the direct and indirect routes showed that CO conversion in the direct route exceeds 95%, while in the indirect route it remains below 50%.

Highlights

As illustrated in Figure 1, increasing the operating pressure at a constant temperature enhanced both CO and H₂ conversions. At 250 °C and 40 bar, the CO and H₂ conversions reached approximately 95% and 92%, respectively, compared with 60% and 58% at 10 bar. This improvement is attributed to the pressure-favoured methanol synthesis reaction, which shifts the equilibrium toward methanol formation and subsequently enhances DME production through methanol dehydration. Conversely, increasing the reaction temperature reduced the equilibrium conversions of CO and H₂ because all reactions involved in DME synthesis are exothermic. The predicted CO conversion of approximately 60% at 250 °C and 10 bar agrees well with the results reported by Wang et al. [6]. Likewise, the decline in DME selectivity with increasing temperature is consistent with previous thermodynamic studies [4].

Increasing the reaction temperature reduced the DME selectivity while increasing the CO₂ selectivity, whereas higher pressures favored DME formation by suppressing CO₂ production. At 250 °C and 40 bar, the DME and CO₂ selectivities were approximately 92% and 15%, respectively, while at 500 °C the DME selectivity decreased to below 70% and the CO₂ selectivity exceeded 30%. Although low temperatures are thermodynamically favorable for DME synthesis, previous studies have suggested that the STD process is kinetically limited under these conditions [7].

The H₂/CO feed ratio had a pronounced effect on process performance. Increasing the H₂/CO ratio from 1 to 4 enhanced the CO conversion from approximately 70% to 98% and increased the DME selectivity from 85% to 95%, while reducing the CO₂ selectivity. In contrast, the addition of 10 mol% nitrogen had only a marginal influence, decreasing the CO and H₂ conversions by less than 3% because of reactant dilution.

 

Keywords
Dimethyl ether
Syngas
Thermodynamic equilibrium
Gibbs energy minimization
Subjects

امروزه بحران انرژی را می­توان یکی از مهم­ترین معضلات بشر دانست. گاز طبیعی یکی از منابع مهم انرژی به شمار می­رود که می­توان آن را به مواد شیمیایی و یا سوخت­های مایع ارزشمندی تبدیل نمود و از این طریق علاوه بر سهولت در انتقال گاز طبیعی، باعث ایجاد ارزش افزوده­ی بالایی نیز شد. کشور ایران با داشتن ذخایر بسیار غنی گاز طبیعی، بخصوص منطقه پارس جنوبی در خلیج فارس، یکی از بزرگترین منابع گازی جهان را در اختیار دارد. نزدیکی به بازارهای جهانی بویژه کشورهای جنوب آسیا و اروپا، ایران را به یکی از امن­ترین و اقتصادی­ترین کشورهای صاحب گاز طبیعی تبدیل کرده است که نقش انکارناپذیری در منطقه خاورمیانه دارد. تکنولوژی تولید متانول از گاز سنتز، فرآیندی شناخته شده است که چندین دهه مورد مطالعه قرار گرفته است. لکن در فرایند سنتز متانول بدلیل ماهیت برگشت‌پذیر واکنش تولید این ماده، حداکثر میزان تبدیل گاز سنتز در یک بار گذر از راکتور محدود است. تبدیل در محل[1] متانول به سایر مواد شیمیایی از قبیل اولفین­ها­، دی­متیل اتر (DME)[2] و ... می­تواند راه حل مناسبی برای کاهش محدودیت تعادلی واکنش سنتز متانول باشد. دی متیل اتر یکی از مشتقات با ارزش گاز طبیعی است. این مولکول ساده­ی اتر، اشتعالی مانند گاز طبیعی دارد و میزان نشر آلاینده­های زیست محیطی آن به مراتب کمتر از گاز طبیعی است. از کاربردهای DME می­توان به استفاده در نیروگاه­ها به عنوان سوخت، جایگزینی در بازارهای LPG، نفت کوره، پیل­های سوختی و ... اشاره نمود [1]. همچنین، ارزیابی عملکرد احتراقی سوخت‌های جایگزین و افزودنی‌ها، یکی از ملزومات کلیدی برای جایگزینی موفق سوخت‌های فسیلی با حامل‌های انرژی پاک نظیر DME است. در پژوهش­های متعددی تأثیر افزودنی‌های اکسیژنه و نیتروژنه بر خواص فیزیکی-شیمیایی و عملکرد موتور گازوئیل مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان دهنده افزایش عدد ستان و کاهش تشکیل دوده است. این موضوع مزیت سوخت‌های اکسیژن‌دار را در کاهش آلایندگی به اثبات می‌رساند [2، 3]. دی‌متیل اتر به عنوان یک سوخت پاک و جایگزین مناسب برای سوخت‌های فسیلی، دارای ویژگی‌های احتراقی برجسته‌ای است. در مقایسه با گاز طبیعی (متان)،DME  دارای دمای خود اشتعالی پایین‌تری (حدود ۳۵۰ درجه سلسیوس در مقابل 6۰۰-5۰۰ درجه سلسیوس برای متان) است که احتراق آن را تسهیل می‌کند و منجر به کاهش زمان تأخیر اشتعال می‌شود. همچنین سرعت شعله آرام DME به طور قابل توجهی بیشتر از متان است که نشان‌دهنده واکنش‌پذیری بالاتر و شدت احتراق بیشتر آن است. این ویژگی سبب شده است که DME دامنه پایداری شعله وسیع‌تری نسبت به متان داشته باشد. علاوه بر این، مزیت کلیدی DME در مقایسه با سوخت دیزل، احتراق بدون دوده (Soot-free) آن است که ناشی از نبود پیوندهای کربن-کربن (C-C) در ساختار مولکولی CH₃-O-CH₃ و وجود اکسیژن مولکولی است. این ویژگی منحصربه‌فرد، معضل تولید Nox و نیز دوده در موتورهای دیزل را از بین برده و امکان بهینه‌سازی احتراق با نرخ بالای برگشت گازهای خروجی (EGR) را برای کاهش بیشتر NOx فراهم می‌آورد. نتایج پژوهش‌های مختلف نشان می‌دهد که مصرف DME در موتورهای احتراق تراکمی، انتشار آلاینده‌هایی نظیر NOx را تا حدود ۵۰ درصد، ذرات دوده را تا نزدیک صفر و هیدروکربن‌های نسوخته را تا حدود ۴۰ درصد در مقایسه با سوخت دیزل کاهش می‌دهد. این ویژگی‌ها،DME  را به عنوان یک حامل انرژی پاک و گزینه‌ای بسیار مناسب برای جایگزینی با سوخت‌های فسیلی در صنایع مختلف، به‌ویژه در سیستم‌های احتراقی معرفی می‌کند [4-6]. همچنین، از این ماده می­توان برای تولید سایر هیدروکربن­های با ارزش به عنوان مثال اولفین­ها و یا بنزین استفاده نمود [7]. دی متیل اتر ساده­ترین نوع اتر و از گروه هیدروکربن­های اکسیژن­دار است. این ماده نخستین بار از طریق آبگیری از متانول تولید شد و کاربردهای محدودی داشت ولی در دهه­های پیش به تدریج وارد عرصه­ی صنعت شد. DME از دیدگاه خواص فیزیکی و شیمیایی، گازی بی‌رنگ با نقطه جوش ºC25- است که فشار بخار اشباع آن در دمای محیطbar  6 است. لذا، به راحتی در این فشار تبدیل به مایع شده و همین امر منجر به سهولت در نقل و انتقال آن می­شود [8]. امروزه به علت نداشتن اثرات آلاینده زیست محیطی، از این ترکیب به عنوان عامل پیشران در اسپری‌ها استفاده می­شود [9]. همچنین، به علت داشتن عدد ستان بالا (حدود 60-55) در مقایسه با سوخت دیزل (حدود 55-40) و میزان انتشار بسیار اندک گازهای آلاینده بخصوص NOx به نظر می­رسد که دی­متیل اتر جایگزین بسیار مناسبی برای انواع سوخت­های دیزلی باشد [10]

در فرایند سنتز DME واکنش­های زیر رخ می­دهند.

سنتز متانول

(1)

آبگیری از متانول

(2)

سنتز DME از گاز سنتز

(3)

واکنش شیفت

(4)

به طور کلی دی متیل اتر از دو مسیر غیر مستقیم و مستقیم تولید می­شود. در روش غیر مستقیم،دی متیل اتر از طریق آبگیری از متانول تولید می­شود. به این ترتیب که ابتدا متانول تولید و خالص­سازی شده و در ادامه وارد مرحله سنتز DME می­شود و در آنجا از هر دو مولکول متانول جذب شده روی سطح کاتالیست اسیدی، یک مولکول آب و یک مولکول  DME تولید می­شود. فناوری سنتز متانول تشکیل دهنده نیمی از این فرایند است. از آنجایی که فرایند تولید متانول در سطح جهانی به اندازه کافی شناخته شده است، تحقیقات بر روی تنها یک واکنش و یک کاتالیست جدید متمرکز می­شود و این امر منجر به صرفه جویی در وقت و زمان می­شود. لکن، این روش با مشکلاتی نظیر قیمت بالای متانول به عنوان خوراک و بزرگ بودن فرایند مواجه است که منجر به افزایش قیمت تمام شده  DMEمی­شود. در روش مدرن و جدید، تبدیل گاز سنتز به دی متیل اتر در یک راکتور و بر روی کاتالیست­های دو عاملی[3] شامل عامل متانول­ساز و نیز عامل آبگیری از متانول انجام می­گیرد. واکنش­های سنتز متانول روی سایت­های فعال تولید کننده متانول صورت گرفته و بلافاصله متانول تولید شده روی سایت اسیدی موجود در اطراف آن به DME تبدیل می­شود. عموماً کاتالیست­های حاوی اکسید مس، اکسید روی و آلومینوم به عنوان کاتالیست فرایند تولید متانول استفاده می­شود که به روش­های متنوعی از قبیل رسوبی، احتراقی، سل ژل و ... سنتز می­شوند [11، 12]. در این روش تمام واکنش­هایی که در فوق به آنها اشاره شده است به صورت همزمان انجام می­شود و بنابر اصل لوشاتلیه انتظار می­رود تا بواسطه انجام همزمان واکنش تولید و مصرف متانول، تبدیل کلی گاز سنتز افزایش داشته باشد [13]. دلیل اصلی برتری روش [4]STD در میزان تبدیل تعادلی آن است که به مراتب بیشتر از فرایند سنتز متانول است. بنابراین، می­توان فرایند STD را در فشارهای پایین­تر و از سایر منابع گاز سنتز مانند گاز سنتز ناشی از فرایند گازی سازی زغال سنگ[5] بدون افزودن فشار آن استفاده نمود. همچنین از آن جایی که نسبت استوکیومتری H2/CO در واکنش STD یک است، می­توان از گاز سنتزی که نسبت به هیدروژن غنی نیست نیز بهره جست. بنابر این، هزینه تولید DME در روش STD خیلی کمتر از روش دو مرحله­ای است. ارزیابی­های اقتصادی نشان می­دهد که هزینه تولید  DME در روش STD، 33% کمتر از روش دو مرحله­ای می‌باشد [14]. این مسأله باعث شده است تا فرایند STD در مسیر فرایند تولید بنزین از گاز سنتز به سرعت رشد نماید [15]. این روش دارای مزایایی است که از آن دسته می­توان به مواردی از قبیل افزایش چشمگیر تبدیل گاز سنتز در هر گذر از راکتور تا بیش از دو برابر، کوچک بودن اندازه و حجم کلی فرایند نسبت به روش سنتز غیرمستقیم، کمتر بودن قیمت گاز نسبت به متانول به عنوان خوراک فرایند، کاهش قیمت تمام شده  DMEنسبت به سایر روش­ها اشاره نمود. از معایب این روش نیز می­توان به عدم مطالعه­ی کافی روی فرایند و جزئیات آن، عدم شناخت کافی از کاتالیست­های مورد استفاده این فرایند، گرمازا بودن شدید فرایند ذکر کرد. درصورتی که انتقال حرارت از راکتور به خوبی صورت نگیرد، کاتالیست­های فرایند آسیب دیده و طول عمر آن کاهش می­یابد.

ترمودینامیک از مفاهیم اساسی در مسایل مربوط به طراحی راکتورهای شیمایی است. با استفاده از نتایج حاصل از محاسبات ترمودینامیکی می­توان امکان­پذیری و نیز میزان پیشرفت واکنش در شرایط مشخص را تعیین نمود. محاسبات ترمودینامیکی، معیاری از کارایی واکنش مورد نظر در صنعت است. به عنوان مثال اگر واکنشی در یک شرایط مشخص (دما، فشار و ترکیب خوراک) از میزان تبدیل تعادلی پایینی برخوردار باشد، توجیهی برای صنعتی شدن نخواهد داشت. از سوی دیگر به کمک محاسبات سینتیکی می­توان مسیر واکنش و نیز مدت زمان لازم برای رسیدن به شرایط مورد نظر را تعیین نمود. در پژوهش­های گذشته، بررسی ترمودینامیکی بسیاری از واکنش­ها از قبیل فرایند تولید بنزین از طریق واکنش شکست حرارتی هیدروکربن‌های سنگین [16]، شکست حرارتی اتان به منظور تولید اولفین‌های سبک [17] برای تخمین توزیع محصولات تعادلی به صورت تابعی از شرایط فرایند، توسط نویسندگان این مقاله مورد مطالعه قرار گرفته است. در حوزه واکنش تولید دی متیل اتر از گاز سنتز نیز مطالعاتی صورت گرفته است. به عنوان مثال چن[6] و همکارانش فرایند تک‌مرحله‌ای تولید دی‌متیل اتر (DME)  از گاز سنتز را به روش روش ثابت تعادل مورد بررسی قرار دادند. بر اساس این تحلیل‌ها، شرایط بهینه عملیاتی°C  260 و 50 بار تعیین شد [18]. علاوه بر این، در یک تحقیق دیگر آنها دو روش تولید دی‌متیل اتر (DME) از گاز سنتز با محوریت استفاده از دی‌اکسیدکربن مقایسه شد و اثر دما، نسبت H₂/CO و نسبت CO₂/CO بر تبدیل CO و CO₂، بازده و گزینش‌پذیری DME  بررسی شد. آنها برای این منظور، از روش حداقل‌سازی انرژی آزاد گیبس و نرم‌افزارHSC Chemistry 7.0  استفاده کردند[19]. با وجود مطالعات ارزشمند پیشین، تاکنون تحلیل ترمودینامیکی یکپارچه‌ای که به‌طور همزمان اثر بخار آب، CO₂ و گاز بی‌اثر را بر انتخاب‌پذیری DME در محدوده وسیع دما و فشار بررسی کرده باشد، ارائه نشده است. همچنین، مقایسه کمی دو مسیر مستقیم و غیرمستقیم در شرایط عملیاتی یکسان و با در نظر گرفتن پیامدهای کیفی محصول نهایی (از نظر احتراق) به عنوان یک سوخت سبز، تاکنون انجام نشده بود. این مقاله برای پر کردن این خلأها طراحی شده است. لذا در این مقاله، تأثیر شرایط عملیاتی بر روی میزان پیشرفت تعادلی واکنش­ها، انتخاب‌پذیری و نیز بازده تولید دی­متیل اتر به کمک روش حداقل‌سازی انرژی آزاد گیبس مورد ارزیابی قرار گرفته و از نتایج آن برای تعیین شرایط عملیاتی بهینه­ی راکتور استفاده می­شود.

 

روش آنالیز

تعادل ترمودینامیکی در یک سیستم بسته زمانی حاصل می­شود که انرژی آزاد گیبس آن سیستم حداقل باشد. زمانی که ترکیب تعادلی یک مخلوط توسط تعداد زیادی از واکنش­های همزمان تعیین می­شود، محاسبات مربوط به تعیین ثابت تعادل پیچیده خواهد شد. یک روش ساده و مناسب برای حل این‌گونه مسائل، استفاده از روش حداقل‌سازی انرژی آزاد گیبس است. اصول کلی این روش در حالتی که شرایط عملیاتی سیستم از قبیل دما، فشار و ترکیب خوراک مشخص باشد، به صورت زیر است:

معادلات بقای جرم برای تمامی اتم­های عناصر حاضر در سیستم نوشته می­شود. صورت کلی این معادلات به صورت زیر خواهد بود.

(5)

(k=1,2,3,…,w)

در این رابطه زیر نویس k به عنوان شاخص یک اتم معین و Ak نشان دهنده تعداد کل اتم­های k در میان عناصر موجود در خوراک است. aik  نیز نشان دهنده تعداد اتم­های k در عنصر i ام است.

تمامی معادلات بقای جرم درضریب لاگرانژ ( ) ضرب می­شود.

(6)

(k=1,2,3,…,w)

با جمع نمودن رابطه فوق بر مبنای k خواهیم داشت:

(7)

(k=1,2,3,…,w)

تابع F از جمع نمودن رابطه (7) با انرژی گیبس کل سیستم تشکیل می­شود.

(8)

(k=1,2,3,…,w)

با مشتق گرفتن از رابطه(8) میزان حداقل F و G بدست می­آید.

(9)

(k=1,2,3,…,w)

اولین جمله در طرف راست رابطه فوق نشان دهنده پتانسیل شیمیایی است. بنابراین

(10)

(k=1,2,3,…,n)

و از آنجایی که

(11)

 و

(12)

با جایگذاری رابطه­ی (12) در رابطه­ی (10) خواهیم داشت:

(13)

در روابط فوق ΔG˚fi انرژی گیبس تشکیل جزء i، R ثابت گاز، T دمای فرایند، P فشار فرایند، yi کسر مولی جزء i در فاز گاز و  ضریب فوگاسیته جزء i است.

به ازای هر گونه­ی شیمیایی موجود در سیستم، یک رابطه­ی تعادلی نظیر رابطه­­ی(9) وجود دارد. علاوه بر این به ازای هر عنصر حاضر درون سیستم، یک رابطه­ی بقای جرم نیز وجود خواهد داشت که با حل همزمان این معادلات، مشخصات تعادلی سیستم تعیین می­شود.

روش آنالیز در چهار مرحله انتخاب واکنشگرها و تعیین نسبت بین آن‌ها، انتخاب محصولات، انتخاب دما و فشار و نسبت هیدروژن به مونوکسید کربن در خوراک و در نهایت انجام محاسبات حداقل سازی انرژی آزاد گیبس قابل تقسیم‌بندی است.

 

نرم‌افزار بکار رفته در آنالیز

محاسبات حداقل‌سازی انرژی آزاد گیبس توسط نرم‌افزارAspen-plus  صورت گرفت و در روابط ترمودینامیکی معادله­ی حالت Peng–Robinson  بکار برده شد. به منظور محاسبه میزان تبدیل CO و هیدروژن از روابط زیر استفاده شد.

(14)

در رابطه فوق(nco)0  دبی CO ورودی به راکتور و nco دبی CO خروجی از راکتور است.

(15)

میزان گزینش­پذیری DME توسط رابطه­ زیر محاسبه می­شود.

(16)

در این رابطه nDME­ و nm  به ترتیب دبی مولی DME و متانول تولید شده در راکتور است. در نهایت (nCO)F و (nCO2)F تغییر میزان دبی مولی CO و CO2 در حین واکنش است که از روابط زیر محاسبه می­شود.

(17)

(18)

 میزان بازده تولید DME نیز از طریق رابطه­ی زیر محاسبه می­شود.

(19)

که در آن  (nCO+nCO2)0مجموع دبی مولی CO  و CO2 در خوراک است.

لازم به ذکر است که در پژوهش حاضر، محاسبات تعادل ترمودینامیکی با فرض بروز واکنش‌ها صرفاً در فاز گاز (فاز واحد) و عدم تشکیل هر گونه فاز مایع جداگانه انجام شده است. با وجود اینکه واکنش آبگیری از متانول (واکنش ۲) و واکنش شیفت آب-گاز (واکنش ۴) منجر به تولید بخار آب در محصولات می‌شوند، در شرایط عملیاتی با دماهای پایین (معمولاً کمتر از ۱۰۰ تا ۱۵۰ درجه سلسیوس، وابسته به فشار سیستم) امکان رسیدن به فشار بخار اشباع آب و در نتیجه تشکیل فاز مایع آب (میعانات) وجود دارد. از آنجایی که نرم‌افزار Aspen Plus در این مطالعه پیکربندی شده بود تا صرفاً محاسبات تعادل تک فاز گاز را انجام دهد ، لذا پدیده میعان در مدل لحاظ نشده است. این فرض ساده‌سازی، برای محدوده دمایی بالا (بیش از °C 200) که در این پژوهش عمدتاً مورد بررسی قرار گرفته است (دمای عملیاتی °C 250 تا °C 500) ، خطای قابل توجهی به همراه ندارد.

شرایط عملیاتی آنالیز

به منظور بررسی جامع تأثیر شرایط عملیاتی بر روی فرایند STD، محدوده دمایی 100 تا 500 درجه و محدوده تغییرات فشار از 1 تا 50 بار در نظر گرفته می­شود. تاثیر نوع خوراک با تغییر نسبت H2/CO از 5/0 تا 4 مورد بررسی قرار می­گیرد. علاوه بر این رفتار ترمودینامیکی فرایند STD در اثر افزودن ترکیبات بی اثرCO2  و نیز بخار آب به سیستم تجزیه و تحلیل می­شود.

نتایج و بحث

در ابتدا، تأثیر عوامل دما و فشار بر روی فرایند مورد بررسی قرار گرفته و در ادامه نتایج حاصل از تغییر شرایط خوراک تفسیر می­شود. در نهایت به منظور درک بهتر تأثیر ادغام دو فرایند تولید متانول و آبگیری از آن در فرایند STD، دو روش مستقیم و غیرمستقیم تولید دی متیل اتر از دیدگاه ترمودینامیکی مورد مقایسه قرار می­گیرند.


[1] In situ

[2] Dimethyl ether

[3] Bifunctional

[4] Syngas To DME

[5] Coal gasification

[6] Chen

 
[1] M. A. Adnan and N. I. F. Mukti, "Dimethyl ether as a future energy vector: Economic feasibility and environmental sustainability," Renewable Energy, p. 124043, 2025.
[2] V. Pirouzfar, A. Zarringhalam Moghaddam, and B. Mirza, "Physicochemical properties and combustion performance of gas oil–fuel additives," J. Energy Resour. Technol., vol. 134, no. 4, p. 041101, 2012.
[3] N. K. Abiyazani, V. Pirouzfar, and C.-H. Su, "Enhancing engine power and torque and reducing exhaust emissions of blended fuels derived from gasoline–propanol–nanoparticles," Energy, vol. 241, p. 122924, 2022.
[4] G. Thomas, B. Feng, A. Veeraragavan, M. Cleary, and N. Drinnan, "Emissions from DME combustion in diesel engines and their implications on meeting future emission norms: A review," Fuel Process. Technol., vol. 119, pp. 286-304, 2014.
[5] C. Arcoumanis, C. Bae, R. Crookes, and E. Kinoshita, "The potential of di-methyl ether (DME) as an alternative fuel for compression-ignition engines: A review," Fuel, vol. 87, no. 7, pp. 1014-1030, 2008.
 
[6] D. Junfa, S. Yongsheng, Y. Zhenzhong, and S. Zhiqiang, "Combustion and emissions characteristics of diesel engine operating on composite combustion mode of DME and diesel," in Proc. 1st Int. Conf. Mechanical Engineering and Material Science (MEMS), 2012, pp. 290-293.
[7] E. Kraleva, U. Armbruster, M. L. Saladino, F. Giacalone, T. Mizugaki, and I. S. Pieta, "From CO₂ to DME: Catalytic advances, challenges, and alternatives to conventional gas-phase routes," Catal. Sci. Technol., 2025.
[8] I. M. Sivebaek and J. Jakobsen, "The effect of gasses on the viscosity of dimethyl ether," Tribol. Int., vol. 41, no. 9-10, pp. 839-843, Oct. 2008.
[9] D. A. Rodriguez-Pastor, V. Soltero, and R. Chacartegui, "Methanol to dimethyl ether (DME) assessment toward thermochemical energy storage," Chem. Eng. J., vol. 509, p. 161286, 2025.
[10] P. Styring, G. R. Dowson, and I. O. Tozer, "Synthetic fuels based on dimethyl ether as a future non-fossil fuel for road transport from sustainable feedstocks," Front. Energy Res., vol. 9, p. 663331, 2021.
[11] M. Hashemzehi, V. Pirouzfar, H. Nayebzadeh, and A. Alihosseini, "Application of response surface methodology to optimize high active Cu-Zn-Al mixed metal oxide fabricated via microwave-assisted solution combustion method," Adv. Powder Technol., vol. 31, no. 4, pp. 1470-1479, 2020.
[12] M. Hashemzehi, V. Pirouzfar, H. Nayebzadeh, and C.-H. Su, "Modelling and optimization of main independent parameters for biodiesel production over a Cu0.4Zn0.6Al2O4 catalyst using an RSM method," J. Chem. Technol. Biotechnol., vol. 97, no. 1, pp. 111-119, 2022.
[13] R. Khoshbin, M. Haghighi, and S. Oruji, "Nanostructural evolution by applying various fuels in combustion design of CuZnAl mixed-oxides over HZSM-5 used in one-step production of CH3-O-CH3," Mater. Chem. Phys., vol. 329, p. 130063, 2025.
[14] W. H. Zhihua Gao, L. Yin, L. Hao, and K. Xie, "The structure properties of CuZnAl slurry catalysts prepared by a complete liquid-phase method and its catalytic performance for DME synthesis from syngas," Catal. Lett., vol. 127, no. 3-4, pp. 354-359, 2009.
[15] M. E-Moghaddam, N. Dahmen, U. Santo, and J. Sauer, "Gasoline synthesis from biomass-derived syngas comparing different methanol and dimethyl ether pathways by process simulation, based on the bioliq process," Energy Fuels, vol. 38, no. 5, pp. 4229-4243, 2024.
[16] S. Oruji, R. Khoshbin, and R. Karimzadeh, "Thermodynamic modeling of gasoline production via thermal cracking of heavy hydrocarbons," Fuel Combust., vol. 10, no. 1, pp. 75-85, 2017.
[17] R. Khoshbin and R. Karimzadeh, "Thermodynamic analysis of ethane thermal cracking for light olefin production," Fuel Combust., vol. 9, no. 2, pp. 59-69, 2017, (In Persian).
[18] H.-J. Chen, C.-W. Fan, and C.-S. Yu, "Analysis, synthesis, and design of a one-step dimethyl ether production via a thermodynamic approach," Appl. Energy, vol. 101, pp. 449-456, 2013.
[19] W.-H. Chen, C.-L. Hsu, and X.-D. Wang, "Thermodynamic approach and comparison of two-step and single-step DME syntheses with carbon dioxide utilization," Energy, vol. 109, pp. 326-340, 2016.
[20] Z. Wang, J. Wang, F. Ren, M. Han, and Y. Jin, "Thermodynamics of the single-step synthesis of dimethyl ether from syngas," Tsinghua Sci. Technol., vol. 9, no. 2, pp. 168-176, 2004.
[21] R. Khoshbin and M. Haghighi, "Direct conversion of syngas to dimethyl ether as a green fuel over ultrasound-assisted synthesized CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 nanocatalyst: Effect of active phase ratio on physicochemical and catalytic properties at different process conditions," Catal. Sci. Technol., vol. 4, no. 6, pp. 1779-1792, 2014 ,(In Persian).
[22] A. Kakoee and A. Gharehghani, "Comparative study of hydrogen addition effects on the natural-gas/diesel and natural-gas/dimethyl-ether reactivity controlled compression ignition mode of operation," Energy Convers. Manage., vol. 196, pp. 92-104, 2019.
[23] J. Jeon and C. Bae, "The effects of hydrogen addition on engine power and emission in DME premixed charge compression ignition engine," Int. J. Hydrogen Energy, vol. 38, no. 1, pp. 265-273, 2013.
[24] Xi, Zhongya, Tianyou Lian, Xiaoxiang Shi, Zundi Liu, Sibo Han, Xiaoyuan Yang, Jianguo Zhang, Wei Li, Bowen Mei, and Yuyang Li., "Co-firing hydrogen and dimethyl ether in a gas turbine model combustor: Influence of hydrogen content and comparison with methane," Int. J. Hydrogen Energy, vol. 47, no. 90, pp. 38432-38444, 2022.
[25] F. Dadgar, R. Myrstad, P. Pfeifer, A. Holmen, and H. J. Venvik, "Direct dimethyl ether synthesis from synthesis gas: The influence of methanol dehydration on methanol synthesis reaction," Catal. Today, vol. 270, pp. 76-84, 2016.
[26] A. T. Aguayo, J. Ereña, I. Sierra, M. Olazar, and J. Bilbao, "Deactivation and regeneration of hybrid catalysts in the single-step synthesis of dimethyl ether from syngas and CO₂," Catal. Today, vol. 106, no. 1-4, pp. 265-270, 2005.