Ултразвукова подготовка на катализатори за диметил етер (DME) конверсия

Диметил етер (DME) е благоприятно алтернативно гориво, което може да се синтезира от метанол, CO2 или синтетичен газ чрез катализа. За каталитичното превръщане в ДМЕ са необходими мощни катализатори. Наноразмерни мезопорни катализатори като мезопорови кисели зеолити, украсени зеолити или метални катализатори с наноразмери като алуминий или мед могат значително да подобрят преобразуването на ДМЕ. Ултразвукът с висок интензитет е най-високата техника за приготвяне на силно реактивни нано-катализатори. Научете повече за това как да използвате ultrasonication за производството на микро- и мезопорни катализатори с отлична реактивност и селективност!

Бифункционни катализатори за директно преобразуване на DME

Производството на диметил етер (DME) е утвърден промишлен процес, който се разделя на две стъпки: първо, каталитичното хидрогениране на синтезирания в метанол (CO/CO2 30000000000002 → CH3О , 000000002HO) и второ, последващо каталитично дехидратиране на метанолът над киселинните катализатори3→ СН3OCH3 + Н2О). Основното ограничение на този двустепенен синтез на ДМЕ е свързано с ниската термодинамика по време на фазата на синтеза на метанол, което води до ниско преобразуване на газ за преминаване (15-25%). По този начин се наблюдават високи коефициенти на рециркулация, както и високи капиталови и оперативни разходи.
За да се преодолее това термодинамично ограничение, директният синтез на DME е значително по-благоприятен: При директно преобразуване на DME, стъпката на синтеза на метанол е съчетана с дехидратацията в един реактор
(2CO/ CO2 60000000000002 → CH3OCH3 30000000000002О).

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Nano-catalysts such as functionalized zeolites are successfully synthezized under sonication. Functionalized nano-structured acidic zeolites - syntheiszed under sonochemical conditions - give superior rates for dimethyl ether (DME) conversion.

Ултразвукът UIP2000hdT (2kW) с потокопроводен реактор е често използван настройка за сонохимичния синтез на мезопорести нанокатализатори (например украсени зеолити).

Прякото синтез на ДМЕ позволява увеличаване на нивата на преобразуване на стъпка, до 19%, което означава значително намаляване на разходите по отношение на инвестициите и оперативните производствени разходи на ДМЕ. Въз основа на оценките производствените разходи на ДМЕ в директния синтез са намалени с 20-30% в сравнение с конвенционалния двуетапен процес на преобразуване. За да се задейства директният синтез на DME, е необходима високоефективна хибридна каталитична система. Необходимият катализатор трябва да предлага функционалност за СО/CO2 хидрогениране за синтеза на метанол и киселинните функционални възможности, които подпомагат дехидратацията на метанола. (срв. Милан и др. 2020 г.)

Direct synthesis of dimethyl ether (DME) requires highly reactive, bifunctional catalysts. Ultrasonic catalyst synthesis allows to create highly efficient nano-structured mesoporous catalysts such as functionalized acidic zeolites for superior catalytic reaction outputs.

Директен синтез на диметил етер (DME) от синтез газ на катализатор на бифункща.
(© 2020 г.)

Синтез на силно реактивни катализатори за конвертиране на DME чрез ултразвук

Реактивността и селективността на катализаторите за превръщане на диметил етер могат да бъдат значително подобрени чрез ултразвукова обработка. зеолити, като зеолити (напр. алуминосиликат зеолит HZSM-5) и украсени зеолити (напр. с CuO/ZnO/Al2Най-3) са основните катализатори, които се използват успешно за производството на ДМЕ.

Ultrasonic co-precipitation allows for the production of highly efficient CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 nano-catalysts

Хибриден синтез на съвместно утаяване- ултразвук на CuO-ZnO-Al2O3 / HZSM-5, използван в пряка конвергенция на синтез на сингаз за диметил етер като зелено гориво.
Проучване и картина: Кошбин и Haghighi, 2013.]

Хлорирането и флуорирането на зеолитите са ефективни методи за настройка на каталитичната киселинност. Хлорираните и флуорираните зеолитни катализатори са получени чрез импрегниране на зеолити (H-ZSM-5, H-MOR или H-Y), като в изследването на изследователския екип на Aboul Fotouh са използвани два прекурсора на халогени (амониев хлорид и амониев флуорид). Влиянието на ултразвуковото облъчване е оценено за оптимизиране на двата прекурсори на халогенни халогенни за производство на диметилетер (DME) чрез дехидратация на метанол в реактор с неподвижно легло. Сравнителен DME катализен опит разкри, че халогенирани зеолитните катализатори, приготвени при ултразвуково облъчване, показват по-висока производителност за образуване на ДМЕ. (Абул-Фоту и др., 2016 г.)
В друго проучване изследователският екип изследва всички важни ultrasonication променливи, срещани по време на дехидратацията на метанол на H-MOR зеолитните катализатори, за да произвежда диметилетер. За своите еперименти за Sonication, изследователският екип използва Hielscher UP50H сонда тип ултразвуков. Сканирането на електронен микроскоп (SEM) на звуковия H-MOR зеолит (Морденит зеолит) изясни, че метанолът, използван като ултразвукова среда, дава най-добри резултати по отношение на хомогенността на размерите на частиците в сравнение с необработения катализатор, където се появиха големи агломерати и нехомогенни клъстери. Тези констатации удостоверяват, че ultrasonication има дълбок ефект върху разделителната способност на единицата клетка и следователно върху каталитичното поведение на дехидратацията на метанол към диметил етер (DME). NH3-TPD показва, че ултразвуковото облъчване повишава киселинността на катализатора на Н-МОР и следователно е каталитично изпълнение за образуване на DME. (Aboul-Gheit et al., 2014)

Ultrasonication of H-MOR (mordenite zeolite) catalyst gave highly reactive nano-catalyst for DME conversion.

SEM на ултразвуков H-MOR с помощта на различни носители
Проучване и снимки: ©Абул-Gheit et al., 2014 г.

Почти всички търговски ДМЕ се произвеждат чрез дехидратация на метанол, като се използват различни твърдо-кисели катализатори като зеолити, силиамелуни,2Най-3–В2Най-3и т.н. чрез следната реакция:
3О <—> СН3OCH3 +H2O(-22.6k jmol-1)

Кошбин и Хагиги (2013) подготвиха CuO-ZnO-Al2Най-3/ HZSM-5 наностелисти чрез комбиниран ко-утаяване–ултразвуков метод. Изследователският екип установи, че "използването на ултразвукова енергия има голямо влияние върху дисперсията на co хидрогенационна функция и следователно на резултатите от синтеза на DME. Дълготрайността на ултразвуковия асистиран синтезиран нанокатализатор е изследван по време на синтез газ към DME реакция. Нанокатализаторът губи незначителна активност в хода на реакцията поради образуването на кокс върху медни видове." [Хошбин и Хаги, 2013.]

Ultrasonically precipitated gamma-Al2O3 nano-catalyst, which shows high efficiency in DME conversion.Алтернативен незеолит нано-катализатор, който също е много ефективен за насърчаване на преобразуването на DME, е наноразмерен порест γ-каталумин. Наноразмерът порест γ-алуминиева диалуминийка е успешно синтезиран от утаяване под ултразвуково смесване. Сонохимичното лечение подпомага синтеза на наночастици. (срв. Рахманпур и др., 2012 г.)

Защо ултразвуково подготвени нанокатели superior?

За производството на хетерогенни катализатори често се изискват материали с висока добавена стойност, като благородни метали. Това прави катализаторите скъпи и следователно повишаването на ефективността, както и удължаването на цикъла на катализаторите са важни икономически фактори. Сред методите за подготовка на нанокатализати, сонохимичната техника се счита за високо ефективен метод. Способността на ултразвука да създава силно реактивни повърхности, да подобрява смесването и да увеличава масовия транспорт, го прави особено обещаваща техника за изследване на подготовката и активирането на катализатора. Тя може да произвежда хомогенни и диспергирани наночастици без нужда от скъпи инструменти и екстремни условия.
В няколко научни изследвания учените стигат до заключението, че ултразвуковата подготовка на катализатора е най-изгодният метод за производство на хомогенни нано-катализатори. Сред методите за подготовка на нанокатализати, сонохимичната техника се счита за високо ефективен метод. Способността на интензивната ултразвукова обработка да създава силно реактивни повърхности, да подобрява смесването и да увеличава масовия транспорт, го прави особено обещаваща техника за изследване на подготовката и активирането на катализатора. Тя може да произвежда хомогенни и диспергирани наночастици без нужда от скъпи инструменти и екстремни условия. (с. Кошбин и Хаги, 2014)

Ultrasonic catalyst preparation results in superior mesoporous nanocatalysts for dimethyl ether (DME) conversion

Сонохимичният синтез води до високоактивен нано-структуриран КуО-ZnO-Al2О3 / HZSM-5 катализатор.
Проучване и картина: Комбин и Хаги, 2013.

High-power ultrasonicators such as the UIP1000hdT are used for the nanostructuring of highly porous metals and mesoporous nano-catalysts. (Click to enlarge!)

Схематично представяне на ефектите на акустична кавитация върху модификация на метални частици. Метали с ниска точка на топене (МР) като цинк (Zn) са напълно окислени; метали с висока точка на топене като никел (Ni) и титан (Ti) проявяват повърхностна модификация под ултразвук. Алуминий (Al) и магнезий (Mg) образуват мезопорозни структури. Нобеловите метали са устойчиви на ултразвуково облъчване поради тяхната стабилност срещу окисление. Точките на топене на металите са посочени в градуси Келвин (К).

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Високоефективни ultrasonicators за синтеза на мезопорни катализатори

Сонохимично оборудване за синтеза на високоефективни нано-катализатори е лесно достъпно във всеки размер – от компактни лабораторни ултразвукови апарати до напълно промишлени ултразвукови реактори. Hielscher Ultrasonics проекти, произвежда и разпространява висока мощност ultrasonicators. Всички ултразвукови системи са направени в централата в Телтоу, Германия и се разпространяват от там по целия свят.
Hielscher ultrasonicators can be remotely controlled via browser control. Sonication parameters can be monitored and adjusted precisely to the process requirements.Сложният хардуер и интелигентен софтуер на Hielscher ultrasonicators са предназначени да гарантират надеждна работа, възпроизводими резултати, както и удобство за ползване. Ултразвуковите апарати Hielscher са здрави и надеждни, което позволява да се инсталира и работи при тежки условия на работа. Оперативните настройки могат лесно да бъдат достъпни и набрани чрез интуитивно меню, което може да бъде достъпно чрез цифров цветен сензорен дисплей и дистанционно управление на браузъра. Следователно, всички условия на обработка като нетна енергия, обща енергия, амплитуда, време, налягане и температура се записват автоматично на вграден SD-карта. Това ви позволява да преразгледате и сравните предишни звукови работи и да оптимизирате синтеза и функционализирането на нано-катализатори до най-висока ефективност.
Hielscher Ultrasonics системи се използват в световен мащаб за процеси на сонохимични синтез и са доказали, че са надеждни за синтеза на висококачествен зеолит нано-катализатори, както и зеолитови производни. Hielscher промишлени ultrasonicators могат лесно да работят с високи амплитуди при непрекъсната работа (24/7/365). Амплитуди до 200μm могат лесно да се генерират непрекъснато със стандартни сонотроди (ултразвукови сонди / рога). За още по-високи амплитуди са налични персонализирани ултразвукови сонотроди. Благодарение на тяхната здравина и ниска поддръжка, нашите ultrasonicators обикновено се инсталират за тежки приложения и в трудни среди.
Hielscher ултразвукови процесори за сонохимични синтези, функционализация, нано-структуриране и деагломерация вече са инсталирани в световен мащаб в търговски мащаб. Свържете се с нас сега, за да обсъдим производствения процес на нано-катализатора! Нашият опитен персонал ще се радва да сподели повече информация за sonochemical синтез пътека, ултразвукови системи и ценообразуване!
С предимството на метода на ултразвуковия синтез, вашето производство на мезопоро-катализатори ще се отличи в ефективността, простотата и ниската цена в сравнение с други процеси на синтез на катализатори!

Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators:

Партида том Дебит Препоръчителни Devices
1 до 500mL 10 до 200 ml / мин UP100H
10 до 2000mL 20 до 400 ml / мин Uf200 ः т, UP400St
00,1 до 20L 00,2 до 4 л / мин UIP2000hdT
10 до 100L 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
п.а. 10 до 100 L / мин UIP16000
п.а. по-голям струпване на UIP16000

Свържете се с нас! / Попитай ни!

Поискайте повече информация

Моля, използвайте формата по-долу, за да поискате допълнителна информация за ултразвукови процесори, приложения и цена. Ще се радваме да обсъдим процеса с вас и да ви предложим ултразвукова система, която отговаря на вашите изисквания!









Моля, обърнете внимание, че нашите Правила за поверителност,


Ultrasonic nano-structuring of metals and zeolites is a highly effective technique to produce high-performance catalysts.

Андреева-Беумлер, Университет на Байруйт, работи с ултразвуков UIP1000hdT нано-структуриране на металите, за да се получат превъзходни катализатори.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори за смесване на приложения, дисперсия, емулгиране и екстракция на лаборатория, пилот и промишлен мащаб.



Литература / Препратки


Факти заслужава да се знае

Диметил етер (DME) като гориво

Едно от основните предвиждани употреби на диметил етер е прилагането му като заместител на пропан в пропан газ (газов пропан) в пропан, който се използва като гориво за превозни средства, в домакинствата и промишлеността. В пропан автогаз диметил етер може да се използва и като бленда.
Освен това, ДМЕ е и обещаващо гориво за дизелови двигатели и газови турбини. За дизеловите двигатели високият цетанов брой 55, в сравнение с този на дизеловото гориво от петрол с цетанови номера 40–53, е много изгодна. Необходими са само умерени модификации, за да се даде възможност на дизеловия двигател да изгаря диметил етер. Простотата на този късовълнови съединения води по време на горенето до много ниски емисии на прахови частици. Поради тези причини, както и че диметил етерът несъбира сяра, отговаря дори на най-строгите правила за емисиите в Европа (EURO5), САЩ (САЩ 2010) и Япония (2009 г.) Япония.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да се промишлени размери.