High-pressure advantages in stoichiometric hydrogenation of carbon dioxide to methanol

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作者
Rohit Gaikwad,Atul Bansode,Atsushi Urakawa
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier]
卷期号:343: 127-132 被引量:154
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2016.02.005
摘要

Abstract Interplay between three important reaction parameters (pressure, temperature, and space velocity) in stoichiometric hydrogenation of carbon dioxide (CO 2 :H 2  = 1:3) was systematically investigated using a commercial Cu/ZnO/Al 2 O 3 catalyst. Their impacts on reaction performance and important ranges of process conditions toward full one-pass conversion of CO 2 to methanol at high yield were rationalized based on the kinetics and thermodynamics of the reaction. Under high-pressure condition above a threshold temperature, the reaction overcomes kinetic control, entering thermodynamically controlled regime. Ca. 90% CO 2 conversion and >95% methanol selectivity were achieved with a very good yield (0.9–2.4 g MeOH  g cat −1  h −1 ) at 442 bar. Such high-pressure condition induces the formation of highly dense phase and consequent mass transfer limitation. When this limitation is overcome, the advantage of high-pressure conditions can be fully exploited and weight time yield as high as 15.3 g MeOH  g cat −1  h −1 could be achieved at 442 bar. Remarkable advantages of high-pressure conditions in terms of reaction kinetics, thermodynamics, and phase behavior in the aim to achieve better methanol yield are discussed.

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