Ultralydsforberedelse af katalysatorer til Dimethyl Ether (DME) Konvertering

Dimethylether (DME) er et gunstigt alternativt brændstof, som kan syntetiseres fra methanol, CO2 eller syngas gennem katalyse. Til katalysatorkonvertering til DME kræves potente katalysatorer. Mesoporouskatalysatorer i nanostørrelse såsom mesoporous sure zeolitter, dekorerede zeolitter eller metalkatalysatorer i nanostørrelse som aluminium eller kobber kan forbedre DME-konverteringen betydeligt. Ultralyd med høj intensitet er den overlegne teknik til fremstilling af meget reaktive nanokatalysatorer. Lær mere om, hvordan du bruger ultralydsfremstilling til produktion af mikro- og mesoporous katalysatorer med fremragende reaktivitet og selektivitet!

Bifunktionelle katalysatorer til direkte DME-konvertering

Produktionen af dimethylether (DME) er en veletableret industriel proces, der er opdelt i to trin: for det første katalytisk hydrogenering af syngas i methanol (CO / CO2 + 3 timer2 → CH3OH + H2HO) og for det andet en efterfølgende katalytisk dehydrering af methanol over syrekatalysatorer til fremstilling (2CH3OH → CH3OCH3 + H2O). Den største begrænsning af denne DME-syntese i to trin er relateret til den lave termodynamik i methanolsyntesenfasen, hvilket resulterer i en lav gaskonvertering pr. pass (15-25%). Derved opstår der høje recirkuleringsforhold samt høje kapital- og driftsomkostninger.
For at overvinde denne termodynamiske begrænsning er direkte DME-syntese betydeligt mere gunstig: I den direkte DME-konvertering kombineres methanolsyntesetrinnet med dehydreringstrinnet i en enkelt reaktor.
(2CO / CO2 + 6 timer2 → CH3OCH3 + 3 timer2O).

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


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.

Ultralydsbekæmperen UIP2000hdT (2kW) med gennemstrømningsreaktor er et almindeligt anvendt setup til den sonokemiske syntese af mesoporous nanokatalyst (f.eks. dekorerede zeolitter).

Den direkte syntese af DME giver mulighed for at øge omstillingsniveauet pr. trin op til 19 %, hvilket betyder betydelige omkostningsreduktioner med hensyn til DME's investerings- og driftsomkostninger. Baseret på skøn reduceres DME-produktionsomkostningerne i direkte syntese med 20-30% sammenlignet med den konventionelle totrinskonverteringsproces. For at kunne betjene den direkte DME-syntesevej er det nødvendigt med et yderst effektivt hybridt bifunktionelt katalytisk system. Den krævede katalysator skal tilbyde funktionaliteten til CO / CO2 hydrogenering til methanolsyntesen og de sure funktionaliteter, som hjælper dehydrering af methanol. (jf.

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.

Direkte syntese af dimethylether (DME) fra syngas på bifunktionel katalysator.
(© Millán m.fl. 2020)

Syntese af meget reaktive katalysatorer til DME-konvertering ved hjælp af power-ultralyd

Katalysatorernes reaktivitet og selektivitet til dimethyletherkonvertering kan forbedres betydeligt via ultralydsbehandling. Zeolitter som syre zeolitter (f.eks. aluminosilicate zeolit HZSM-5) og dekorerede zeolitter (f.eks. med CuO/ZnO/Al2den3) er de vigtigste katalysatorer, der anvendes med succes til DME-produktion.

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

Hybrid co-nedbør-ultralyd syntese af CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 anvendes i direkte konvergering af syngas til dimethyl æter som et grønt brændstof.
Undersøgelse og billede: Khoshbin og Haghighi, 2013.]

Klorering og fluorination af zeolitter er effektive metoder til at tune katalytisk surhedsgrad. De chlorerede og fluorholdige zeolitkatalysatorer blev fremstillet ved imprægnering af zeolitter (H-ZSM-5, H-MOR eller H-Y) ved hjælp af to halogenprækursorer (ammoniumchlorid og ammoniumfluorid) i undersøgelsen af Aboul-Fotouhs forskerhold. Ultralydbestrålingens indflydelse blev evalueret med henblik på at optimere både halogenprækursorer til produktion af dimethylether (DME) via methanoldehydrering i en fast sengereaktor. Sammenlignende DME katalyseforsøg viste, at de halogenerede zeolitkatalysatorer, der fremstilles under ultralydsbestråling, viser højere ydeevne for DME-dannelse. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
I en anden undersøgelse undersøgte forskerholdet alle vigtige ultralydsvariabler, der opstod under udførelsen af dehydrering af methanol på H-MOR zeolitkatalysatorer for at producere dimethylether. For deres sonikeringsudstænkninger brugte forskerholdet Hielscher UP50H sonde-type ultralydsbekæmper. Scanning elektronmikroskop (SEM) billeddannelse af den sonikerede H-MOR zeolit (Mordenite zeolit) har præciseret, at methanol i sig selv anvendes som en ultralydsscanning medium giver de bedste resultater med hensyn til homogenitet partikelstørrelser i forhold til ubehandlet katalysator, hvor store agglomerater og ikke-homogene klynger dukkede op. Disse fund bekræftede, at ultralydbehandling har en dyb effekt på enhedens celleopløsning og dermed på den katalytiske opførsel af dehydrering af methanol til dimethylether (DME). NH3-TPD viser, at ultralyd bestråling har forbedret surhedsgraden af H-MOR katalysator og dermed er det katalytisk ydeevne for DME dannelse. (Aboul-Gheit et al., 2014)

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

SEM af ultralyd H-MOR ved hjælp af forskellige medier
Undersøgelse og billeder: ©Aboul-Gheit et al., 2014

Næsten alle kommercielle DME er produceret ved dehydrering af methanol ved hjælp af forskellige fast syre katalysatorer såsom zeolitter, sillica-aluminiumoxid, aluminiumoxid, Al2den3-B2den3osv.
2CH3NÅ <—> Ch3OCH3 +H2O(-22.6k jmol-1)

Koshbin og Haghighi (2013) forberedte CuO-ZnO-Al2den3/HZSM-5 nanokatalysenter via en kombineret co-nedbør-ultralyd metode. Forskerholdet fandt "at anvendelse af ultralyd energi har stor indflydelse på spredningen af CO hydrogenering funktion og dermed DME syntese ydeevne. Holdbarheden af ultralyd assisteret syntetiseret nanokatalyse blev undersøgt under syngas til DME reaktion. Nanokatalysen mister ubetydelig aktivitet i løbet af reaktionsforløbet på grund af koksdannelse på kobberarter." [Khoshbin og Haghighi, 2013.]

Ultrasonically precipitated gamma-Al2O3 nano-catalyst, which shows high efficiency in DME conversion.En alternativ nanokatalysator uden zeolit, som også er meget effektiv til at fremme DME-omstillingen, er en porøs γ aluminiumoxidkatalysator i nanostørrelse. Nano-størrelse porøse γ-aluminiumoxid blev med succes syntetiseret ved nedbør under ultralyd blanding. Den sonokemiske behandling fremmer syntesen af nanopartikler. (jf. Rahmanpour et al., 2012)

Hvorfor er ultralyd forberedt Nano-Katalysatorer Superior?

Til fremstilling af heterogene katalysatorer kræves der ofte materialer med høj værditilvækst såsom ædle metaller. Dette gør katalysatorer dyre, og derfor er effektivitetsforbedring samt livscyklusudvidelse af katalysatorerne vigtige økonomiske faktorer. Blandt forberedelsesmetoder af nanokatalysere betragtes den sonokemiske teknik som en yderst effektiv metode. Ultralydens evne til at skabe meget reaktive overflader, forbedre blandingen og øge massetransporten gør det til en særlig lovende teknik at udforske til katalysatorforberedelse og aktivering. Det kan producere homogene og spredte nanopartikler uden behov for dyre instrumenter og ekstreme forhold.
I flere forskningsundersøgelser kommer forskerne til den konklusion, at ultralydkatalysatorpræparat er den mest fordelagtige metode til produktion af homogene nanokatalysatorer. Blandt forberedelsesmetoder af nanokatalysere betragtes den sonokemiske teknik som en yderst effektiv metode. Evnen til intens sonikering til at skabe meget reaktive overflader, til at forbedre blandingen og til at øge massetransport gør det til en særlig lovende teknik at udforske for katalysator forberedelse og aktivering. Det kan producere homogene og spredte nanopartikler uden behov for dyre instrumenter og ekstreme forhold. (jf. Koshbin og Haghighi, 2014)

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

Den sonokemiske syntese resulterer i en meget aktiv nanostruktureret CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 katalysator.
Undersøgelse og billede: Khoshbin og 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!)

Skematisk præsentation af virkningerne af akustisk kavitation på modifikation af metalpartikler. Metaller med et lavt smeltepunkt (MP) som zink (Zn) oxideres fuldstændigt; metaller med et højt smeltepunkt som nikkel (Ni) og titanium (Ti) udviser overflademodifikation under sonikering. Aluminium (Al) og magnesium (Mg) danner mesoporous strukturer. Nobelmetaller er resistente over for ultralydbestråling på grund af deres stabilitet mod oxidation. Metallernes smeltepunkter er specificeret i grader Kelvin (K).

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Højtydende ultralydsapparater til syntese af mesoporous katalysatorer

Sonokemisk udstyr til syntese af højtydende nanokatalysatorer er let tilgængeligt i alle størrelser – fra kompakte laboratorie ultralydsapparater til fuldt industrielle ultralydsreaktorer. Hielscher Ultrasonics designer, producerer og distribuerer high-power ultralydsapparater. Alle ultralydssystemer er fremstillet i hovedkvarteret i Teltow, Tyskland og distribueret derfra over hele verden.
Hielscher ultrasonicators can be remotely controlled via browser control. Sonication parameters can be monitored and adjusted precisely to the process requirements.Hielscher ultralyds sofistikerede hardware og smarte software er designet til at garantere pålidelig drift, reproducerbare resultater samt brugervenlighed. Hielscher ultralydsapparaterne er robuste og pålidelige, hvilket gør det muligt at installere og betjene under tunge forhold. Betjeningsindstillinger kan nemt tilgås og ringes op via intuitiv menu, som kan tilgås via digital farve touch-display og browser fjernbetjening. Derfor registreres alle behandlingsbetingelser såsom nettoenergi, total energi, amplitude, tid, tryk og temperatur automatisk på et indbygget SD-kort. Dette giver dig mulighed for at revidere og sammenligne tidligere sonikeringskørsler og optimere syntesen og funktionaliseringen af nanokatalysatorer til højeste effektivitet.
Hielscher Ultrasonics systemer bruges over hele verden til sonokemiske synteseprocesser og har vist sig at være pålidelige til syntese af højkvalitets zeolit nanokatalyser samt zeolitderivater. Hielscher industrielle ultralydsapparater kan nemt køre høje amplituder i kontinuerlig drift (24/7/365). Amplituder på op til 200μm kan nemt genereres kontinuerligt med standard sonotoder (ultralydsonder / horn). For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssontroder tilgængelige. På grund af deres robusthed og lave vedligeholdelse er vores ultralydsapparater ofte installeret til tunge applikationer og i krævende miljøer.
Hielscher ultralydsprocessorer til sonokemiske syntheser, funktionalisering, nanostrukturering og deagglomerering er allerede installeret over hele verden i kommerciel skala. Kontakt os nu for at diskutere din nano-katalysator fremstillingsproces! Vores erfarne medarbejdere vil med glæde dele mere information om den sonokemiske syntesevej, ultralydssystemer og priser!
Med fordelen ved ultralydsyntesemetoden vil din mesopoøse nanokatalysatorproduktion udmærke sig i effektivitet, enkelhed og lave omkostninger sammenlignet med andre katalysatorsynteseprocesser!

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:

Batch Volumen Strømningshastighed Anbefalede enheder
1 til 500 ml 10 til 200 ml / min UP100H
10 til 2000 ml 20 til 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 til 20L 0.2 til 4L / min UIP2000hdT
10 til 100 l 2 til 10 l / min UIP4000hdT
na 10 til 100 l / min UIP16000
na større klynge af UIP16000

Kontakt os! / Spørg Os!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular til at anmode om yderligere oplysninger om ultralydsprocessorer, programmer og pris. Vi vil være glade for at diskutere din proces med dig og tilbyde dig et ultralydssystem, der opfylder dine krav!









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


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

Dr. Andreeva-Bäumler, Bayreuth Universitet, arbejder sammen med ultralydsdiske UIP1000hdT nanostrukturering af metaller for at opnå overlegne katalysatorer.


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

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydhomogenisatorer til blanding af applikationer, dispersion, emulgering og udvinding på laboratorium, pilot og industriel skala.



Litteratur / Referencer


Fakta Værd at vide

Dimethyl Ether (DME) som Brændstof

En af de vigtigste påtænkte anvendelser af dimethylether er dens anvendelse som erstatning for propan i LPG (flydende propangas), der anvendes som brændstof til køretøjer, i husholdninger og industri. I propan autogas, dimethyl æter kan også bruges som en blendstock.
Desuden er DME også et lovende brændstof til dieselmotorer og gasturbiner. For dieselmotorer er det høje cetantal på 55 sammenlignet med antallet af dieselolie fra råolie med cetantal på 40-53 meget fordelagtigt. Kun moderate modifikationer er nødvendige for at gøre det muligt for en dieselmotor at brænde dimethylether. Enkelheden i denne korte kulstofkæde fører under forbrændingen til meget lave emissioner af partikler. Af disse grunde samt at være svovl-fri, dimethyl æter opfylder selv de strengeste emissionsregler i Europa (EURO5), USA (USA 2010), og Japan (2009 Japan).


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 fremstiller højtydende ultralyd homogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.