Catalytic conversion of syngas to dimethyl ether (DME) is modeled in a microchannel reactor comprised of horizontal groups of rectangular shaped cooling and catalyst washcoated reaction channels involving counter–current flows of air and syngas, respectively. The steady–state model, deviating from the literature–based experimental data in the range of 3– 14%, involves two–dimensional conservation of momentum, heat and species mass together with inter–channel heat exchange and reactive transport within porous catalyst layer composed of equivalent mass of uniformly mixed Cu–ZnO/Al2O3 and γ–Al2O3 catalysts. For the first time in the literature, the benefits of functional and volumetric intensification on the precise regulation of the interplay between exothermic equilibrium synthesis and dehydration reactions are demonstrated. Feeding syngas to the air–cooled microchannel reactor at 508 K, 50 bar, H2/CO=2.5 and H2/CO2=10 elevates the inlet temperature by only 9 K which is significantly below 40 K of identically operated packed–bed tubular reactors. Increasing syngas feed temperature from 493 to 508 K elevates CO conversion from 33 to 45%, which eventually shifts DME yield from 2 to 3.6%. Similar qualitative trends are observed upon pressurizing syngas as well as feeding it at higher flow rates under CO–rich and CO2–lean conditions, all of which fundamentally promote CO hydrogenation, the primary contributor of the exothermic temperature rise that subsequently improves reactor performance under the control of intensified cooling. Even though they promote better regulation of hot–spot formation, the impacts of using thicker walls between the channels and thermally conductive reactor materials remain negligible.

Sentez gazının dimetil etere (DME) katalitik dönüşümü, dikdörtgen kesitli soğutma ve katalizörün iç duvarlarına ince bir tabaka şeklinde kaplı olarak bulunduğu reaksiyon kanallarını barındıran, hava ile sentez gazının zıt yönlü olarak beslendiği bir mikro kanal reaktörde modellenmiştir. Literatüre dayalı deneysel verilerden %3-14 aralığında sapan bu model; yatışkın halde iki boyutta momentum, ısı ve kütle değişimleri, kanallar arası ısı transferi ve eşit ağırlıklarda karıştırılmış olarak kanal iç duvarına ince, gözenekli bir tabaka halinde kaplı bulunan Cu-ZnO/Al2O3 ve γ–Al2O3 katalizörleri üzerinde gerçekleşen reaksiyonları içermektedir. Literatürde ilk defa, ekzotermik denge sentezi ile dehidrasyon reaksiyonları arasındaki etkileşimin fonksiyonel ve hacimsel yoğunlaştırma ile hassas bir biçimde kontrol edilebildiği gösterilmiştir. Sentez gazını, hava soğutmalı mikro kanal reaktöre 508 K, 50 bar, H2/CO=2.5 ve H2/CO2=10 oranlarında beslemek reaktör içi sıcaklığı sadece 9 K artırmaktadır. Benzer koşullarda aynı sıcaklık artışı dolgu yataklı tüp tipi reaktörlerde 40 K'dir. Sentez gazı besleme sıcaklığının 493 K'den 508 K'e yükseltilmesi CO dönüşümünü %33'ten %45'e, bu artış DME eldesini %2'den %3.6'ya artırmaktadır. Benzer artış eğilimleri sentez gazının basınçlandırılması, giriş hızının artırılması ve yüksek CO, düşük CO2 içerikli besleme koşullarında da gözlemlenmiştir. Bu parametrelerin tümü, sıcaklık artışının ana sebebi olan CO hidrojenasyonunu teşvik etmekte olup bu durum yoğunlaştırılmış soğutma kontrolündeki reaktörün performasını artırmaktadır. Sıcak-nokta oluşumunu engellemesine karşın, kanallar arası duvarın kalınlığındaki artışın ve reaktörün ısı iletim katsayısı daha yüksek materyaller ile imal edilmesinin etkileri göz ardı edilebilir olarak hesaplanmıştır.