سوخت و احتراق

سوخت و احتراق

بررسی تعادل ترمودینامیکی تولید پایدار سوخت سبز دی متیل اتر از گاز سنتز به روش حداقل سازی انرژی آزاد گیبس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 پژوهشکده فناوری های شیمیایی، سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران
2 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی سهند، شهر جدید سهند، تبریز، ایران
10.22034/jfnc.2026.545105.1454
چکیده
دی‌متیل اتر (DME) به عنوان یک سوخت پاک با عدد ستان بالا و قابلیت احتراق بدون دوده، جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی است. با این حال، بهینه‌سازی فرایند تولید مستقیم DME از گاز سنتز (STD) مستلزم درک عمیق از محدودیت‌های تعادلی و اثر متقابل شرایط عملیاتی است. در این پژوهش، با هدف تعیین شرایط بهینه ترمودینامیکی و همچنین ارزیابی کیفیت محصول نهایی از دیدگاه احتراق، تعادل فرایند STD به روش حداقل‌سازی انرژی آزاد گیبس تحلیل شده است. محاسبات با نرم‌افزار Aspen Plus و معادله حالت Peng‑Robinson در محدوده دمایی ۱۰۰ تا ۵۰۰ درجه سلسیوس، فشاری ۱ تا ۵۰ بار، نسبت مولی H₂/CO از 5/0 تا ۴ و نسبت CO₂/CO از ۰ تا ۲ انجام شد. همچنین اثر افزودن بخار آب و گاز بی‌اثر (N₂) بر تبدیل و انتخاب‌پذیری ارزیابی گردید. کلیه محاسبات بر پایه فرض تعادل تک‌فاز گاز انجام شده است. در دمای °C۲۵۰ و فشار ۴۰ بار، تبدیل CO به حدود 95% و انتخاب‌پذیری DME به بیش از 92% رسید. افزایش دما به °C50۰ ، انتخاب‌پذیری DME را به کمتر از 70% کاهش و انتخاب‌پذیری CO₂ را به بیش از 30% افزایش داد. افزودن 20% بخار آب به خوراک، تولید هیدروژن را تا 20% افزایش ولی انتخاب‌پذیری DME را حدود 12% کاهش داد. در مقابل، افزودن CO₂ اضافی بدون تغییر محسوس در تبدیل هیدروژن، انتخاب‌پذیری DME را کاهش داد. مقایسه مسیر مستقیم و غیرمستقیم نشان داد که تبدیل CO در مسیر مستقیم بیش از 95% است در حالی که در مسیر غیرمستقیم کمتر از 50% باقی می‌ماند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

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

نویسندگان English

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
چکیده English

"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%."

کلیدواژه‌ها English

Dimethyl ether
Syngas
Thermodynamic equilibrium
Gibbs energy minimization

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 06 مرداد 1405