Hielscher Ultrasonics
Rádi s vámi probereme váš postup.
Zavolejte nám: +49 3328 437-420
Napište nám: info@hielscher.com

Ultrazvuková příprava katalyzátorů pro konverzi dimethyletheru (DME)

Dimethylether (DME) je výhodné alternativní palivo, které lze syntetizovat z metanolu, CO2 nebo syntézní plyn katalýzou. Pro katalytickou přeměnu na DME jsou zapotřebí silné katalyzátory. Nano velké mezoporézní katalyzátory, jako jsou mezoporézní kyselé zeolity, dekorované zeolity nebo nano kovové katalyzátory, jako je hliník nebo měď, mohou výrazně zlepšit konverzi DME. Ultrazvuk s vysokou intenzitou je špičkovou technikou pro přípravu vysoce reaktivních nanokatalyzátorů. Zjistěte více o tom, jak používat ultrazvuku pro výrobu mikro- a mezoporézních katalyzátorů s vynikající reaktivitou a selektivitou!

Bifunkční katalyzátory pro přímou konverzi DME

Výroba dimethyletheru (DME) je dobře zavedený průmyslový proces, který je rozdělen do dvou kroků: za prvé, katalytická hydrogenace syntézního plynu na methanol (CO / CO2 + 3H2 → CH3OH + H2HO) a za druhé, následná katalytická dehydratace methanolu přes kyselé katalyzátory k výrobě (2CH3OH → CH3OCH3 + H2Hlavní omezení této dvoustupňové syntézy DME souvisí s nízkou termodynamikou během fáze syntézy methanolu, což má za následek nízkou konverzi plynu na průchod (15-25%). Dochází tak k vysokým poměrům recirkulace a také k vysokým investičním a provozním nákladům.
Aby bylo možné toto termodynamické omezení překonat, je přímá syntéza DME výrazně výhodnější: Při přímé konverzi DME je krok syntézy methanolu spojen s krokem dehydratace v jediném reaktoru
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).

Žádost o informace




Všimněte si našich Zásady ochrany osobních údajů.




Nanokatalyzátory, jako jsou funkcionalizované zeolity, jsou úspěšně syntetizovány za použití ultrazvuku. Funkcionalizované nanostrukturované kyselé zeolity - syntetizované za sonochemických podmínek - poskytují vynikající rychlosti pro konverzi dimethyletheru (DME).

Ultrasonicator UIP2000hdT (2kW) s průtokovým reaktorem je běžně používané zařízení pro sonochemickou syntézu mezoporézních nanokatalyzátorů (např. dekorovaných zeolitů).

Přímá syntéza DME umožňuje zvýšit úroveň konverze na krok až o 19 %, což znamená významné snížení nákladů na investiční a provozní výrobní náklady DME. Na základě odhadů jsou výrobní náklady DME při přímé syntéze sníženy o 20-30% ve srovnání s konvenčním dvoustupňovým procesem konverze. Aby bylo možné provozovat přímou cestu syntézy DME, je nezbytný vysoce účinný hybridní bifunkční katalytický systém. Požadovaný katalyzátor musí nabízet funkce pro hydrogenaci CO / CO2 pro syntézu methanolu a kyselé funkce, které napomáhají dehydrataci metanolu. (srov. Millán et al. 2020)

Přímá syntéza dimethyletheru (DME) vyžaduje vysoce reaktivní, bifunkční katalyzátory. Ultrazvuková syntéza katalyzátorů umožňuje vytvářet vysoce účinné nanostrukturované mezoporézní katalyzátory, jako jsou funkcionalizované kyselé zeolity pro vynikající výstupy katalytických reakcí.

Přímá syntéza dimethyletheru (DME) ze syntézního plynu na bifunkčním katalyzátoru.
© ( Millán et al. 2020)

Syntéza vysoce reaktivních katalyzátorů pro konverzi DME pomocí výkonového ultrazvuku

Reaktivitu a selektivitu katalyzátorů pro konverzi dimethyletheru lze výrazně zlepšit ultrazvukovou léčbou. Zeolity, jako jsou kyselé zeolity (např. hlinitokřemičitý zeolit HZSM-5) a dekorované zeolity (např. s CuO/ZnO/Al2O3) jsou hlavními katalyzátory, které se úspěšně používají pro výrobu DME.

Ultrazvukové spolusrážení umožňuje výrobu vysoce účinných nanokatalyzátorů CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5

Hybridní koprecipitace-ultrazvuková syntéza CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 používaná při přímé konverzi syntézního plynu na dimethylether jako zelené palivo.
Studie a obraz: Khoshbin a Haghighi, 2013.]

Chlorace a fluorace zeolitů jsou účinné metody pro ladění katalytické kyselosti. Chlorované a fluorované zeolitové katalyzátory byly připraveny impregnací zeolitů (H-ZSM-5, H-MOR nebo H-Y) pomocí dvou halogenových prekurzorů (chlorid amonný a fluorid amonný) ve studii výzkumného týmu Aboul-Fotouh. Byl hodnocen vliv ultrazvukového ozáření pro optimalizaci obou halogenových prekurzorů pro výrobu dimethyletheru (DME) prostřednictvím dehydratace metanolu v reaktoru s pevným ložem. Srovnávací pokus katalýzy DME odhalil, že halogenované zeolitové katalyzátory připravené při ultrazvukovém ozařování vykazují vyšší výkon při tvorbě DME. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
V jiné studii výzkumný tým zkoumal všechny důležité proměnné ultrazvuku, se kterými se setkal při provádění dehydratace methanolu na zeolitových katalyzátorech H-MOR za vzniku dimethyletheru. Pro své zkušenosti se sonikací použil výzkumný tým Hielscher UP50H sonda typu ultrasonikator. Skenování elektronovým mikroskopem (SEM) sonikovaného zeolitu H-MOR (mordenitový zeolit) objasnilo, že methanol sám o sobě používaný jako ultrazvukové médium poskytuje nejlepší výsledky týkající se homogenity velikostí částic ve srovnání s neošetřeným katalyzátorem, kde se objevily velké aglomeráty a nehomogenní shluky. Tato zjištění potvrdila, že ultrazvuku má hluboký vliv na rozlišení jednotkových buněk, a tím na katalytické chování dehydratace methanolu na dimethylether (DME). NH3-TPD ukazuje, že ultrazvukové ozařování zvýšilo kyselost katalyzátoru H-MOR, a proto je katalytickým výkonem pro tvorbu DME. (Aboul-Gheit et al., 2014)

Ultrazvuku katalyzátoru H-MOR (mordenit zeolit) poskytl vysoce reaktivní nanokatalyzátor pro konverzi DME.

SEM ultrazvuku H-MOR pomocí různých médií
Studie a obrázky: ©Aboul-Gheit et al., 2014

Téměř veškerý komerční DME se vyrábí dehydratací methanolu za použití různých pevných kyselých katalyzátorů, jako jsou zeolity, oxid hlinitý, oxid hlinitý, Al2O3–B2O3, atd. následující reakcí:
2CH3ACH <—> CH3OCH3 +H2O(-22.6k jmol-1)

Koshbin a Haghighi (2013) připravili CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 nanokatalyzátory kombinovanou koprecipitační ultrazvukovou metodou. Výzkumný tým zjistil, "že využití ultrazvukové energie má velký vliv na disperzi funkce hydrogenace CO a následně na výkon syntézy DME. Byla zkoumána odolnost ultrazvukem asistovaného syntetizovaného nanokatalyzátoru během reakce syngas-DME. Nanokatalyzátor ztrácí zanedbatelnou aktivitu v průběhu reakce v důsledku tvorby koksu na druzích mědi." [Khoshbin a Haghighi, 2013.]

Ultrazvukem vysrážený nanokatalyzátor gama-Al2O3, který vykazuje vysokou účinnost při konverzi DME.Alternativním nezeolitovým nanokatalyzátorem, který je také velmi účinný při podpoře přeměny DME, je nano-porézní γ-oxidový katalyzátor. Nano-velikost porézní γ-oxid hlinitý byl úspěšně syntetizován srážením za ultrazvukového míchání. Sonochemická úprava podporuje syntézu nanočástic. (srov. Rahmanpour et al., 2012)

Proč jsou ultrazvukem připravené nanokatalyzátory lepší?

Pro výrobu heterogenních katalyzátorů jsou často zapotřebí materiály s vysokou přidanou hodnotou, jako jsou drahé kovy. Díky tomu jsou katalyzátory drahé, a proto je zvýšení účinnosti a prodloužení životního cyklu katalyzátorů důležitými ekonomickými faktory. Mezi metodami přípravy nanokatalyzátorů je sonochemická technika považována za vysoce účinnou metodu. Schopnost ultrazvuku vytvářet vysoce reaktivní povrchy, zlepšovat míchání a zvyšovat transport hmoty z něj činí zvláště slibnou techniku pro přípravu a aktivaci katalyzátoru. Dokáže produkovat homogenní a dispergované nanočástice bez potřeby drahých přístrojů a extrémních podmínek.
V několika výzkumných studiích vědci dospěli k závěru, že příprava ultrazvukového katalyzátoru je nejvýhodnější metodou pro výrobu homogenních nanokatalyzátorů. Mezi metodami přípravy nanokatalyzátorů je sonochemická technika považována za vysoce účinnou metodu. Schopnost intenzivní sonikace vytvářet vysoce reaktivní povrchy, zlepšovat míchání a zvyšovat transport hmoty z ní činí zvláště slibnou techniku k prozkoumání pro přípravu a aktivaci katalyzátoru. Dokáže produkovat homogenní a dispergované nanočástice bez potřeby drahých přístrojů a extrémních podmínek. (srov. Koshbin a Haghighi, 2014)

Příprava ultrazvukového katalyzátoru vede k vynikajícím mezoporézním nanokatalyzátorům pro konverzi dimethyletheru (DME)

Výsledkem sonochemické syntézy je vysoce aktivní nanostrukturovaný katalyzátor CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5.
Studie a obrázek: Khoshbin a Haghighi, 2013.

Vysoce výkonné ultrazvukové přístroje, jako je UIP1000hdT, se používají pro nanostrukturování vysoce porézních kovů a mezoporézních nanokatalyzátorů. (Klikněte pro zvětšení!)

Schematické znázornění účinků akustické kavitace na modifikaci kovových částic. Kovy s nízkou teplotou tání (MP) jako zinek (Zn) jsou zcela oxidovány; kovy s vysokou teplotou tání, jako je nikl (Ni) a titan (Ti), vykazují povrchovou modifikaci pod sonikací. Hliník (Al) a hořčík (Mg) tvoří mezoporézní struktury. Kovy Nobel jsou odolné vůči ultrazvukovému záření díky své stabilitě proti oxidaci. Teploty tání kovů se udávají ve stupních Kelvina (K).

Žádost o informace




Všimněte si našich Zásady ochrany osobních údajů.




Vysoce výkonné ultrazvukové přístroje pro syntézu mezoporézních katalyzátorů

Sonochemické zařízení pro syntézu vysoce účinných nanokatalyzátorů je snadno dostupné v jakékoli velikosti – Od kompaktních laboratorních ultrazvukových reaktorů až po plně průmyslové ultrazvukové reaktory. Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrábí a distribuuje vysoce výkonné ultrasonicators. Všechny ultrazvukové systémy jsou vyráběny v centrále v německém Teltowě a odtud distribuovány do celého světa.
Hielscher ultrasonicators lze dálkově ovládat pomocí ovládacího prvku prohlížeče. Parametry sonikace lze sledovat a přesně upravovat podle požadavků procesu.Sofistikovaný hardware a inteligentní software Hielscher ultrasonicators jsou navrženy tak, aby zaručovaly spolehlivý provoz, reprodukovatelné výsledky a uživatelskou přívětivost. Hielscher ultrasonicators jsou robustní a spolehlivé, což umožňuje instalaci a provoz v těžkých podmínkách. K provozním nastavením lze snadno přistupovat a vytáčet je prostřednictvím intuitivního menu, ke kterému lze přistupovat pomocí digitálního barevného dotykového displeje a dálkového ovládání prohlížeče. Proto se všechny podmínky zpracování, jako je čistá energie, celková energie, amplituda, čas, tlak a teplota, automaticky zaznamenávají na vestavěnou SD kartu. To vám umožní revidovat a porovnávat předchozí běhy sonikace a optimalizovat syntézu a funkcionalizaci nanokatalyzátorů s nejvyšší účinností.
Hielscher Ultrazvukové systémy se používají po celém světě pro procesy sonochemické syntézy a jsou prokázány jako spolehlivé pro syntézu vysoce kvalitních zeolitových nanokatalyzátorů a zeolitových derivátů. Hielscher průmyslové ultrasonicators mohou snadno provozovat vysoké amplitudy v nepřetržitém provozu (24/7/365). Amplitudy až 200 μm lze snadno kontinuálně generovat pomocí standardních sonotrod (ultrazvukové sondy / rohy). Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody. Díky své robustnosti a nízké údržbě jsou naše ultrasonicators běžně instalovány pro náročné aplikace a v náročných prostředích.
Hielscher ultrazvukové procesory pro sonochemické syntézy, funkcionalizaci, nanostrukturování a deaglomeraci jsou již instalovány po celém světě v komerčním měřítku. Kontaktujte nás nyní a prodiskutujte svůj proces výroby nanokatalyzátorů! Náš zkušený personál se s vámi rád podělí o více informací o cestě sonochemické syntézy, ultrazvukových systémech a cenách!
S výhodou metody ultrazvukové syntézy bude vaše mezoporézní výroba nanokatalyzátorů vynikat efektivitou, jednoduchostí a nízkými náklady ve srovnání s jinými procesy syntézy katalyzátoru!

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

Objem dávky Průtok Doporučená zařízení
1 až 500 ml 10 až 200 ml / min UP100H
10 až 2000 ml 20 až 400 ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 až 20L 0.2 až 4 l/min UIP2000hdT
10 až 100 l 2 až 10 l/min UIP4000hdT
Není k dispozici 10 až 100 l / min UIP16000
Není k dispozici větší shluk UIP16000

Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!

Vyžádejte si více informací

Použijte prosím níže uvedený formulář a vyžádejte si další informace o ultrazvukových procesorech, aplikacích a ceně. Rádi s vámi prodiskutujeme váš proces a nabídneme vám ultrazvukový systém, který bude vyhovovat vašim požadavkům!









Vezměte prosím na vědomí naše Zásady ochrany osobních údajů.




Ultrazvukové nanostrukturování kovů a zeolitů je vysoce účinná technika pro výrobu vysoce výkonných katalyzátorů.

Dr. Andreeva-Bäumler z Univerzity v Bayreuthu spolupracuje s Ultrasonicator UIP1000hdT o nanostruktuře kovů za účelem získání vynikajících katalyzátorů.


Ultrazvukové homogenizátory s vysokým smykem se používají v laboratorním, stolním, pilotním a průmyslovém zpracování.

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, emulgaci a extrakci v laboratorním, pilotním a průmyslovém měřítku.



Literatura / Reference


Fakta, která stojí za to vědět

Dimethylether (DME) jako palivo

Jedním z hlavních předpokládaných použití dimethyletheru je jeho použití jako náhrady propanu v LPG (kapalný propanový plyn), který se používá jako palivo pro vozidla, v domácnostech a průmyslu. V propanovém autoplynu lze dimethylether použít také jako směsný materiál.
Kromě toho je DME také slibným palivem pro vznětové motory a plynové turbíny. U vznětových motorů je velmi výhodné vysoké cetanové číslo 55 ve srovnání s naftou z ropy s cetanovým číslem 40–53. K tomu, aby vznětový motor mohl spalovat dimethylether, jsou nutné pouze mírné úpravy. Jednoduchost této směsi s krátkým uhlíkovým řetězcem vede během spalování k velmi nízkým emisím pevných částic. Z těchto důvodů a také bez obsahu síry splňuje dimethylether i nejpřísnější emisní předpisy v Evropě (EURO5), USA (USA 2010) a Japonsku (2009 Japonsko).


Vysoce výkonné ultrazvuky! Hielscherův sortiment pokrývá celé spektrum od kompaktních laboratorních ultrasonicator přes stolní jednotky až po plně průmyslové ultrazvukové systémy.

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k průmyslová velikost.

Rádi s vámi probereme váš postup.

Pojďme se spojit.