Dimetil Eter (DME) çevrilməsi üçün katalizatorların ultrasəs hazırlanması
Birbaşa DME çevrilməsi üçün ikifunksiyalı katalizatorlar
Dimetil eterin (DME) istehsalı iki mərhələyə bölünən yaxşı qurulmuş sənaye prosesidir: birincisi, sinqazın metanola (CO / CO) katalitik hidrogenləşməsi.2 + 3H2 → CH3OH + H2H2O) və ikincisi, metanolun turşu katalizatorları üzərində sonrakı katalitik dehidratasiyası (2CH3OH → CH3OCH3 + H2O). Bu iki mərhələli DME sintezinin əsas məhdudiyyəti metanol sintezi fazası zamanı aşağı termodinamika ilə bağlıdır ki, bu da keçiddə aşağı qaz çevrilməsi ilə nəticələnir (15-25%). Beləliklə, yüksək dövriyyə əmsalları, eləcə də yüksək kapital və əməliyyat xərcləri baş verir.
Bu termodinamik məhdudiyyəti aradan qaldırmaq üçün birbaşa DME sintezi əhəmiyyətli dərəcədə daha əlverişlidir: Birbaşa DME çevrilməsində metanol sintezi mərhələsi bir reaktorda susuzlaşdırma mərhələsi ilə birləşdirilir.
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).
Ultrasəs cihazı UIP2000hdT (2kW) axın vasitəsilə reaktor mesoporous nanokatalizatorların (məsələn, bəzədilmiş seolitlərin) sonokimyəvi sintezi üçün çox istifadə edilən quraşdırmadır.
İkifunksiyalı katalizatorda sinqazdan dimetil efirin (DME) birbaşa sintezi.
(© Millan et al. 2020)
Güclü ultrasəsdən istifadə edərək DME çevrilməsi üçün yüksək reaktiv katalizatorların sintezi
Dimetil eterin çevrilməsi üçün katalizatorların reaktivliyi və seçiciliyi ultrasəs müalicəsi ilə əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırıla bilər. Turşu seolitləri (məsələn, alüminosilikat seolit HZSM-5) və bəzəkli seolitlər (məsələn, CuO/ZnO/Al ilə) kimi seolitlər2O3) DME istehsalı üçün uğurla istifadə olunan əsas katalizatorlardır.
Yaşıl yanacaq kimi sinqazın dimetil efirə birbaşa çevrilməsində istifadə edilən CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5-in hibrid birgə çökmə-ultrasəs sintezi.
Tədqiqat və şəkil: Xoşbin və Haqqi, 2013.]
Seolitlərin xlorlanması və flüorlaşdırılması katalitik turşuluğu tənzimləmək üçün effektiv üsullardır. Xlorlu və flüorlu seolit katalizatorları Aboul-Fotouh tədqiqat qrupu tərəfindən aparılan tədqiqatda iki halogen prekursordan (ammonium xlorid və ammonium ftorid) istifadə edərək seolitlərin (H-ZSM-5, H-MOR və ya HY) hopdurulması yolu ilə hazırlanmışdır. Ultrasəs şüalanmasının təsiri sabit yataqlı reaktorda metanol dehidrasiyası vasitəsilə dimetileter (DME) istehsalı üçün hər iki halogen prekursorun optimallaşdırılması üçün qiymətləndirilmişdir. Müqayisəli DME kataliz sınağı ultrasəs şüalanması altında hazırlanmış halogenləşdirilmiş seolit katalizatorlarının DME əmələ gəlməsi üçün daha yüksək performans göstərdiyini aşkar etdi. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
Başqa bir araşdırmada, tədqiqat qrupu dimetileter istehsal etmək üçün H-MOR seolit katalizatorlarında metanolun susuzlaşdırılması zamanı rast gəlinən bütün vacib ultrasəs dəyişkənlərini araşdırdı. Sonikasiya təcrübələri üçün tədqiqat qrupu istifadə etdi Hielscher UP50H prob tipli ultrasəs cihazı. Sonicləşdirilmiş H-MOR seolitinin (Mordenit seolitin) skan edən elektron mikroskop (SEM) görüntüləməsi aydınlaşdırmışdır ki, metanol özü tərəfindən ultrasəs mühiti kimi istifadə edilən, iri aglomeratların və qeyri-müəyyən birləşmələrin olduğu təmizlənməmiş katalizatorla müqayisədə hissəcik ölçülərinin homojenliyi ilə bağlı ən yaxşı nəticələr verir. -homogen çoxluqlar meydana çıxdı. Bu tapıntılar təsdiq etdi ki, ultrasəsləmə vahid hüceyrə rezolyusiyasına və deməli, metanolun dimetil efirə (DME) dehidrasyonunun katalitik davranışına dərin təsir göstərir. NH3-TPD göstərir ki, ultrasəs şüalanması H-MOR katalizatorunun turşuluğunu artırıb və buna görə də DME əmələ gəlməsi üçün katalitik performans göstərir. (Aboul-Gheit et al., 2014)
Müxtəlif mühitlərdən istifadə edərək ultrasəsləşdirilmiş H-MOR-un SEM
Tədqiqat və şəkillər: ©Aboul-Gheit et al., 2014
Demək olar ki, bütün kommersiya DME-ləri seolitlər, sillika-alüminium oksidi, alüminium oksidi, Alüminium oksidi kimi müxtəlif bərk turşu katalizatorlarından istifadə etməklə metanolun susuzlaşdırılması yolu ilə istehsal olunur.2O3–B2O3və s. aşağıdakı reaksiya ilə:
2CH3OH <—> CH3OCH3 +H2O(-22.6k jmol-1)
Koshbin və Haghighi (2013) CuO-ZnO-Al hazırladılar2O3/HZSM-5 nanokatalizatorları birləşmiş birgə çökmə-ultrasəs üsulu ilə. Tədqiqat qrupu "ultrasəs enerjisindən istifadənin CO hidrogenləşdirmə funksiyasının dispersiyasına və nəticədə DME sintezi performansına böyük təsir etdiyini tapdı. Ultrasəs köməyi ilə sintez edilmiş nanokatalizatorun davamlılığı sinqazdan DME reaksiyası zamanı tədqiq edilmişdir. Nanokatalizator mis növlərində koks əmələ gəlməsi səbəbindən reaksiya zamanı cüzi aktivliyini itirir”. [Xoşbin və Haqqi, 2013.]
Alternativ qeyri-seolit nano-katalizator, eyni zamanda DME çevrilməsini təşviq etməkdə çox səmərəlidir, nano ölçülü məsaməli γ-alüminium katalizatorudur. Nano ölçülü məsaməli γ-alüminium ultrasəs qarışdırma altında çökmə yolu ilə uğurla sintez edilmişdir. Sonokimyəvi müalicə nanohissəciklərin sintezini təşviq edir. (müq. Rahmanpour et al., 2012)
Ultrasəslə Hazırlanmış Nano-Katalizatorlar Niyə Üstündür?
Heterojen katalizatorların istehsalı üçün çox vaxt qiymətli metallar kimi yüksək əlavə dəyərli materiallar tələb olunur. Bu, katalizatorları bahalı edir və buna görə də katalizatorların səmərəliliyinin artırılması, eləcə də onların həyat dövrünün uzadılması mühüm iqtisadi amillərdir. Nanokatalizatorların hazırlanma üsulları arasında sonokimyəvi üsul yüksək effektiv üsul hesab olunur. Ultrasəsin yüksək reaktiv səthlər yaratmaq, qarışdırmağı təkmilləşdirmək və kütlə daşınmasını artırmaq qabiliyyəti onu katalizatorun hazırlanması və aktivləşdirilməsi üçün araşdırmaq üçün xüsusilə perspektivli bir texnika halına gətirir. O, bahalı alətlərə və ekstremal şəraitə ehtiyac duymadan homojen və dispers nanohissəciklər istehsal edə bilir.
Bir neçə tədqiqat işində alimlər ultrasəs katalizatorunun homojen nano-katalizatorların istehsalı üçün ən sərfəli üsul olduğu qənaətinə gəlirlər. Nanokatalizatorların hazırlanma üsulları arasında sonokimyəvi üsul yüksək effektiv üsul hesab olunur. Güclü sonikasiyanın yüksək reaktiv səthlər yaratmaq, qarışdırmağı təkmilləşdirmək və kütləvi nəqli artırmaq qabiliyyəti onu katalizatorun hazırlanması və aktivləşdirilməsi üçün araşdırmaq üçün xüsusilə perspektivli bir texnika halına gətirir. O, bahalı alətlərə və ekstremal şəraitə ehtiyac duymadan homojen və dispers nanohissəciklər istehsal edə bilir. (müq. Koshbin və Haghighi, 2014)
Sonokimyəvi sintez yüksək aktiv nano-strukturlu CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 katalizatoru ilə nəticələnir.
Tədqiqat və şəkil: Xoşbin və Haqqi, 2013.
Akustik kavitasiyanın metal hissəciklərinin modifikasiyasına təsirinin sxematik təqdimatı. Sink (Zn) kimi aşağı ərimə nöqtəsi (MP) olan metallar tamamilə oksidləşir; nikel (Ni) və titan (Ti) kimi yüksək ərimə nöqtəsi olan metallar sonication altında səth modifikasiyası nümayiş etdirir. Alüminium (Al) və maqnezium (Mg) mezoporoz strukturlar əmələ gətirir. Nobel metalları oksidləşməyə qarşı sabitliyinə görə ultrasəs şüalanmasına davamlıdır. Metalların ərimə nöqtələri Kelvin (K) dərəcələri ilə müəyyən edilir.
Mesoporous katalizatorların sintezi üçün yüksək performanslı ultrasəs cihazları
Yüksək performanslı nano-katalizatorların sintezi üçün sonokimyəvi avadanlıq istənilən ölçüdə hazırdır. – kompakt laboratoriya ultrasəs cihazından tam sənaye ultrasəs reaktorlarına qədər. Hielscher Ultrasonics yüksək güclü ultrasonikatorları dizayn edir, istehsal edir və paylayır. Bütün ultrasəs sistemləri Almaniyanın Teltow şəhərindəki qərargahda hazırlanır və oradan bütün dünyaya yayılır.
Hielscher ultrasəs aparatlarının mürəkkəb aparatları və ağıllı proqram təminatı etibarlı əməliyyat, təkrarlanan nəticələr və istifadəçi dostu olmasını təmin etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Hielscher ultrasəs aparatları möhkəm və etibarlıdır, bu da ağır iş şəraitində quraşdırılmağa və işləməyə imkan verir. Rəqəmsal rəngli toxunma displey və brauzerin uzaqdan idarə edilməsi vasitəsilə əldə edilə bilən intuitiv menyu vasitəsilə əməliyyat parametrlərinə asanlıqla daxil olmaq və onları yığmaq olar. Buna görə də, xalis enerji, ümumi enerji, amplituda, vaxt, təzyiq və temperatur kimi bütün emal şərtləri avtomatik olaraq quraşdırılmış SD kartda qeyd olunur. Bu, əvvəlki sonikasiya işlərini yenidən nəzərdən keçirməyə və müqayisə etməyə və nano-katalizatorların sintezini və funksionallığını ən yüksək effektivliyə optimallaşdırmağa imkan verir.
Hielscher Ultrasonics sistemləri bütün dünyada sonokimyəvi sintez prosesləri üçün istifadə olunur və yüksək keyfiyyətli seolit nano-katalizatorların, eləcə də seolit törəmələrinin sintezi üçün etibarlı olduğu sübut edilmişdir. Hielscher sənaye ultrasəs cihazları davamlı əməliyyatda (24/7/365) yüksək amplitüdləri asanlıqla işlədə bilər. 200µm-ə qədər olan amplitüdlər standart sonotrodlarla (ultrasəs zondları / buynuzları) asanlıqla davamlı olaraq yaradıla bilər. Daha yüksək amplitüdlər üçün xüsusi ultrasəs sonotrodları mövcuddur. Sağlamlıq və aşağı texniki xidmət sayəsində ultrasəs aparatlarımız adətən ağır yük tətbiqləri və tələbkar mühitlərdə quraşdırılır.
Sonokimyəvi sintezlər, funksionallaşdırma, nano-strukturlaşdırma və deaqlomerasiya üçün Hielscher ultrasəs prosessorları artıq kommersiya miqyasında bütün dünyada quraşdırılmışdır. Nano-katalizator istehsal prosesini müzakirə etmək üçün indi bizimlə əlaqə saxlayın! Təcrübəli işçilərimiz sonokimyəvi sintez yolu, ultrasəs sistemləri və qiymətlər haqqında daha çox məlumatı bölüşməkdən məmnun olacaqlar!
Ultrasəs sintez metodunun üstünlüyü ilə, mezoporoz nano-katalizator istehsalınız digər katalizator sintezi prosesləri ilə müqayisədə səmərəlilik, sadəlik və aşağı qiymət baxımından üstün olacaqdır!
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir:
| Partiya Həcmi | Axın | Tövsiyə olunan Cihazlar |
|---|---|---|
| 1 ilə 500 ml | 10-200 ml/dəq | UP100H |
| 10 ilə 2000 ml | 20 - 400 ml/dəq | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2 ilə 4L/dəq | UIP2000hdT |
| 10-100 l | 2 ilə 10 L / dəq | UIP4000hdT |
| na | 10-100 l/dəq | UIP16000 |
| na | daha böyük | klaster UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizdən soruşun!
Dr. Andreeva-Bäumler, Bayreuth Universiteti ilə birlikdə çalışır Ultrasəs cihazı UIP1000hdT üstün katalizatorlar əldə etmək üçün metalların nano-strukturlaşdırılması.
Hielscher Ultrasonics, laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında qarışdırma tətbiqləri, dispersiya, emulsiya və ekstraksiya üçün yüksək performanslı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Ahmed, K.; Sameh, M.; Laila, I.; Naghmash, Mona (2014): Ultrasonication of H-MOR zeolite catalysts for dimethylether (DME) production as a clean fuel. Journal of Petroleum Technology and Alternative Fuels 5, 2014. 13-25.
- Reza Khoshbin, Mohammad Haghighi (2013): Direct syngas to DME as a clean fuel: The beneficial use of ultrasound for the preparation of CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 nanocatalyst. Chemical Engineering Research and Design, Volume 91, Issue 6, 2013. 1111-1122.
- Kolesnikova, E.E., Obukhova, T.K., Kolesnichenko, N.V. et al. (2018): Ultrasound-Assisted Modification of Zeolite Catalyst for Dimethyl Ether Conversion to Olefins with Magnesium Compounds. Pet. Chem. 58, 2018. 863–868.
- Reza Khoshbin, Mohammad Haghighi (2014): 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. Catalysis Science & Technology, Volume 6, 2014.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/cy/c3cy01089a - Sameh M.K. Aboul-Fotouh, Laila I. Ali, Mona A. Naghmash, Noha A.K. Aboul-Gheit (2017): Effect of the Si/Al ratio of HZSM-5 zeolite on the production of dimethyl ether before and after ultrasonication. Journal of Fuel Chemistry and Technology, Volume 45, Issue 5, 2017. 581-588.
- Rahmanpour, Omid; Shariati, Ahmad; Khosravi-Nikou, Mohammad Reza (2012): New Method for Synthesis Nano Size γ-Al2O3 Catalyst for Dehydration of Methanol to Dimethyl Ether. International Journal of Chemical Engineering and Applications 2012. 125-128.
- Millán, Elena; Mota, Noelia; Guil-Lopez, R.; Pawelec, Barbara; Fierro, José; Navarro, Rufino (2020): Direct Synthesis of Dimethyl Ether from Syngas on Bifunctional Hybrid Catalysts Based on Supported H3PW12O40 and Cu-ZnO(Al): Effect of Heteropolyacid Loading on Hybrid Structure and Catalytic Activity. Catalysts 10, 2020.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Pavel V. Cherepanov, Daria V. Andreeva (2017): Phase structuring in metal alloys: Ultrasound-assisted top-down approach to engineering of nanostructured catalytic materials. Ultrasonics Sonochemistry 2017.
- Sameh M.K. Aboul-Fotouh, Noha A.K. Aboul-Gheit, Mona A. Naghmash (2016): Dimethylether production on zeolite catalysts activated by Cl−, F− and/or ultrasonication. Journal of Fuel Chemistry and Technology, Volume 44, Issue 4, 2016. 428-436.
Bilməyə Dəyər Faktlar
Yanacaq kimi Dimetil Eter (DME).
Dimetil eterin nəzərdə tutulan əsas istifadə sahələrindən biri onun məişətdə və sənayedə nəqliyyat vasitələri üçün yanacaq kimi istifadə olunan LPG-də (maye propan qazı) propanın əvəzi kimi tətbiqidir. Propan avtoqazında dimetil eter qarışığı kimi də istifadə edilə bilər.
Bundan əlavə, DME həm də dizel mühərrikləri və qaz turbinləri üçün perspektivli yanacaqdır. Dizel mühərrikləri üçün setan sayı 40-53 olan neftdən əldə edilən dizel yanacağı ilə müqayisədə yüksək setan sayının 55 olması çox sərfəlidir. Bir dizel mühərrikinin dimetil efiri yandırmasını təmin etmək üçün yalnız orta modifikasiyalar lazımdır. Bu qısa karbon zənciri birləşməsinin sadəliyi yanma zamanı hissəciklərin çox aşağı emissiyasına gətirib çıxarır. Bu səbəblərə görə, kükürdsüz olmaqla yanaşı, dimetil efir Avropada (EURO5), ABŞ-da (ABŞ 2010) və Yaponiyada (2009 Yaponiya) belə ən sərt emissiya qaydalarına cavab verir.
Hielscher Ultrasonics yüksək performanslı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir laboratoriya üçün sənaye ölçüsü.