Ultrazvukový přípravek katalyzátorů pro převod dimethyletheru (DME)

Dimethylether (DME) je příznivé alternativní palivo, které lze syntetizovat z methanolu, CO2 nebo syngasu prostřednictvím katalýzy. Pro katalytickou přeměnu na DME jsou zapotřebí účinné katalyzátory. Nano-velké mezoporé katalyzátory, jako jsou mezoponézní kyselé zeolity, zdobené zeolity nebo nano-velké kovové katalyzátory, jako je hliník nebo měď, mohou výrazně zlepšit konverzi DME. Ultrazvuk s vysokou intenzitou je vynikající technika pro přípravu vysoce reaktivních nano-katalyzátorů. Zjistěte více o tom, jak používat ultrazvuku pro výrobu mikro- a mezoporous 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 syngasu na methanol (CO / CO2 + 3H2 → CH3OH + H2HO) a za druhé následná katalytická dehydratace methanolu nad kyselé katalyzátory za3OH → CH3OCH3 + H2O. Hlavní omezení této dvoufázové syntézy DME souvisí s nízkou termodynamikou během fáze syntézy metanolu, což vede k nízké konverzi plynu na průchod (15-25%). Dochází tak k vysokým recirkulacím, jakož i k vysokým kapitálovým a provozním nákladům.
Aby bylo možné překonat toto termodynamické omezení, je přímá syntéza DME výrazně příznivější: Při přímé konverzi DME je krok syntézy metanolu spojen s dehydratací v jediném reaktoru
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).

Žádost o informace





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.

Ultrasonicator UIP2000hdT (2kW) s průtokovým reaktorem je běžně používané nastavení pro sonochemickou syntézu mezoponózních nanokatalyzátorů (např. zdobených zeolitů).

Přímá syntéza DME umožňuje zvýšit úroveň konverze na krok až o 19 %, což znamená významné snížení nákladů, pokud jde o investiční a provozní výrobní náklady DME. Na základě odhadů se výrobní náklady DME v přímé syntéze snižují o 20-30% ve srovnání s konvenčním dvoufázovým procesem konverze. Pro provoz přímé syntetické dráhy DME je nutný vysoce účinný hybridní bifunkční katalytický systém. Požadovaný katalyzátor musí nabízet funkci pro hydrogenaci CO / CO2 pro syntézu metanolu a kyselé funkce, které napomáhají dehydrataci metanolu. (viz Millán et al. 2020)

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.

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

Syntéza vysoce reaktivních katalyzátorů pro konverzi DME pomocí power-ultrazvuku

Reaktivitu a selektivitu katalyzátorů pro přeměnu dimethyletheru lze výrazně zlepšit ultrazvukovou léčbou. Zeolity, jako jsou kyselé zeolity (např. zeolit hlinitý zeolit HZSM-5) a zdobené zeolity (např. s CuO/ZnO/Al2Ó3) jsou hlavní katalyzátory, které se úspěšně používají pro výrobu DME.

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

Hybridní kosrážk-ultrazvuková syntéza CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 používaná v přímém konvergování syngasu k dimethyletheru jako zelené palivo.
Studie a obrázek: Khoshbin a Haghighi, 2013.]

Chlorace a fluorace zeolovitů jsou účinné metody pro vyladění katalytové 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. Vliv ultrazvukového ozáření byl hodnocen pro optimalizaci obou halogenových prekurzorů pro výrobu dimethyletheru (DME) prostřednictvím dehydratace metanolu v reaktoru s pevným lůžkem. Srovnávací studie katalýzy DME odhalila, že halogenované katalyzátory zeolitu připravené pod ultrazvukovým ozářením vykazují vyšší výkon pro tvorbu DME. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
V jiné studii výzkumný tým zkoumal všechny důležité ultrazvukové proměnné, se kterými se setkal během provádění dehydratace metanolu na katalyzátorech H-MOR zeolitu za použití dimethyletheru. Pro své Sonication eperimenty výzkumný tým použil Hielscher UP50H sondový ultrazvuk. Skenovací elektronový mikroskop (SEM) zobrazovací sonikovaný zeolit H-MOR (Mordenit zeolit) objasnil, 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. Tyto nálezy potvrdily, že ultrazvuku má hluboký vliv na rozlišení buněk jednotky, a tedy na katalytické chování dehydratace methanolu na dimethylether (DME). NH3-TPD ukazuje, že ultrazvukové ozáření zvýšilo kyselost katalyzátoru H-MOR, a proto je katalytický výkon pro tvorbu DME. (Aboul-Gheit et al., 2014)

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

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

Téměř všechny komerční DME jsou produkovány dehydratací methanolu pomocí různých katalyzátorů pevných kyselin, jako jsou zeovity, oxid hlinitan, oxid hlinitan, Al2Ó3–B2Ó3atd.
2CH3ACH <—> Ch3OCH3 +H2O(-22,6k jmol-1).

Koshbin a Haghighi (2013) připravili CuO–ZnO–Al2Ó3/HZSM-5 nanokatalyzátory pomocí kombinované metody srážení a ultrazvuku. Výzkumný tým zjistil, že "využití ultrazvukové energie má velký vliv na rozptyl funkce hydrogenace CO a následně na syntetizaci DME. Trvanlivost ultrazvukem asistovaného syntetizovaného nanokatalyzátoru byla zkoumána během reakce syngasu na DME. Nanokatalyzátor ztrácí v průběhu reakce zanedbatelnou aktivitu v důsledku tvorby koksu na druzích mědi." [Khoshbin a Haghighi, 2013.]

Ultrasonically precipitated gamma-Al2O3 nano-catalyst, which shows high efficiency in DME conversion.Alternativní nano-katalyzátor bez zeolitu, který je také velmi účinný při podpoře přeměny DME, je nano-velký porézní katalyzátor γ oxid hlinitý. Nano-velikost porézní γ-oxid hlinití byl úspěšně syntetizován srážením pod ultrazvukovým mícháním. Sonochemická léčba podporuje syntézu nanočástic. (srov. Rahmanpour et al., 2012)

Proč jsou ultrazvukem připravené nano-katalyzátory vynikající?

Pro výrobu heterogenních katalyzátorů jsou často zapotřebí materiály s vysokou přidanou hodnotou, jako jsou drahé kovy. To činí katalyzátory drahými, a proto je důležitým ekonomickým faktorem zvýšení účinnosti a prodloužení životního cyklu katalyzátorů. Mezi přípravnou metodou nanokatalyzátorů je sonochemická technika považována za vysoce účinnou metodu. Schopnost ultrazvuku vytvářet vysoce reaktivní povrchy, zlepšit míchání a zvýšit hromadnou dopravu z něj činí obzvláště slibnou techniku k prozkoumání pro přípravu a aktivaci katalyzátoru. Může produkovat homogenní a rozptýlené nanočástice bez nutnosti drahých nástrojů a extrémních podmínek.
V několika výzkumných studiích vědci dojdou k závěru, že ultrazvukový katalyzátorový přípravek je nejvýhodnější metodou pro výrobu homogenních nano-katalyzátorů. Mezi přípravnou metodou nanokatalyzátorů je sonochemická technika považována za vysoce účinnou metodu. Schopnost intenzivního použití ultrazvuku vytvářet vysoce reaktivní povrchy, zlepšovat míchání a zvyšovat hromadnou dopravu z něj činí obzvláště slibnou techniku zkoumání pro přípravu a aktivaci katalyzátoru. Může produkovat homogenní a rozptýlené nanočástice bez nutnosti drahých nástrojů a extrémních podmínek. (viz Koshbin a Haghighi, 2014)

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

Sonochemická syntéza má za následek vysoce aktivní nanostrukturovaný katalyzátor CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5.
Studie a obrázek: Khoshbin a Haghighi, 2013.

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

Schematická prezentace účinků akustické kavitace na modifikaci kovových částic. Kovy s nízkým bodem tání (MP) jako zinek (Zn) jsou zcela oxidovány; kovy s vysokým bodem tání, jako je nikl (Ni) a titan (Ti), vykazují úpravu povrchu pod sonikací. Hliník (Al) a hořčík (Mg) tvoří mezoporé struktury. Nobelovy kovy jsou odolné vůči ultrazvukové ozáření díky své stabilitě proti oxidaci. Body tání kovů jsou specifikovány ve stupních Kelvin (K).

Žádost o informace





Vysoce výkonné ultrasonicators pro syntézu mezoporous katalyzátorů

Sonochemická zařízení pro syntézu vysoce výkonných nano-katalyzátorů jsou snadno dostupná v jakékoli velikosti – od kompaktních laboratorních ultrasonicators až po plně průmyslové ultrazvukové reaktory. Hielscher Ultrazvuk navrhuje, vyrábí a distribuuje vysoce výkonné ultrasonicators. Všechny ultrazvukové systémy jsou vyrobeny v ústředí v Teltow, Německo a distribuovány odtud po celém světě.
Hielscher ultrasonicators can be remotely controlled via browser control. Sonication parameters can be monitored and adjusted precisely to the process requirements.Sofistikovaný hardware a inteligentní software ultrasonicators Hielscher jsou navrženy tak, aby zaručily spolehlivý provoz, reprodukovatelné výsledky a uživatelskou přívětivost. Ultrasonicators Hielscher jsou robustní a spolehlivé, což umožňuje instalaci a provoz v podmínkách těžkého provozu. Provozní nastavení lze snadno získat a vytočit pomocí intuitivní nabídky, ke které lze přistupovat prostřednictvím digitálního barevného dotykového displeje a dálkového ovládání prohlížeče. Proto jsou všechny podmínky zpracování, jako je čistá energie, celková energie, amplituda, čas, tlak a teplota, automaticky zaznamenány na vestavěné SD kartě. To vám umožní revidovat a porovnat předchozí zvukové běhy a optimalizovat syntézu a funkcionalizaci nano-katalyzátorů na nejvyšší účinnost.
Hielscher Ultrazvukové systémy se používají po celém světě pro sonochemické syntetické procesy a jsou prokázány jako spolehlivé pro syntézu vysoce kvalitních nano-katalyzátorů zeolitu a derivátů zeolitu. Hielscher průmyslové ultrasonicators mohou snadno provozovat vysoké amplitudy v nepřetržitém provozu (24/7/365). Amplitudy až 200μm lze snadno generovat se standardními sonárody (ultrazvukové sondy / rohy). Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonorody. Díky své robustnosti a nízké údržbě jsou naše ultrasonicators běžně instalovány pro náročné aplikace a v náročných prostředích.
Hielscher ultrazvukové procesory pro sonochemické syntézy, funkcionalizace, nanostruktury a deaglomerace jsou již instalovány po celém světě v komerčním měřítku. Kontaktujte nás nyní a prodiskutujte váš výrobní proces nano-katalyzátoru! Naši zkušení zaměstnanci rádi podělí více informací o cestě synochemické syntézy, ultrazvukových systémech a cenách!
S výhodou ultrazvukové syntetické metody, vaše mezoponrous nano-katalyzátor výroba bude vynikat v účinnosti, jednoduchost a nízké náklady ve srovnání s jinými procesy syntézy katalyzátoru!

Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators:

Hromadná dávka průtok Doporučené Devices
1 až 500 ml 10 až 200 ml / min UP100H
10 až 2000ml 20 až 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
00,1 až 20L 00,2 až 4 litry / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT
na 10 až 100L / min UIP16000
na větší hrozen UIP16000

Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!

Požádejte o další informace

Použijte prosím níže uvedený formulář a vyžádejte si další informace o ultrazvukových procesorech, aplikacích a ceně. Rádi s vámi probereme váš proces a nabídneme vám ultrazvukový systém splňující vaše požadavky!









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


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

Dr. Andreeva-Bäumler, Univerzita v Bayreuthu, spolupracuje s ultrasonicator UIP1000hdT o nano-strukturování kovů za účelem získání vynikajících katalyzátorů.


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

Hielscher Ultrazvuk vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, emulgaci a extrakce v laboratoři, pilotním a průmyslovém měřítku.



Literatura / Reference


Fakta Worth Knowing

Dimethylether (DME) jako palivo

Jedním z hlavních předpokládaných použití dimethyletheru je jeho použití jako náhrady za propan v LPG (kapalný propan), který se používá jako palivo pro vozidla, v domácnostech a průmyslu. V propanových autogasech lze dimethylether použít také jako blendstock.
DME je navíc slibným palivem pro vznětové motory a plynové turbíny. U vznětových motorů je velmi výhodný vysoký cetanový počet 55 ve srovnání s naftou z ropy s cetanovými čísly 40–53. K tomu, aby vznětový motor spaloval dimethylether, jsou nezbytné pouze mírné úpravy. Jednoduchost této krátké sloučeniny uhlíkového řetězce vede během spalování k velmi nízkým emisím částic. Z těchto důvodů, stejně jako bez síry, dimethylether splňuje i ty nejpřísnější emisní předpisy v Evropě (EURO5), USA (USA 2010) a Japonsku (2009 Japonsko).


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 vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od Laboratoř na průmyslové velikosti.