آماده سازی مافوق صوت کاتالیزور برای دی متیل اتر (DME) تبدیل

دی متیل اتر (DME) یک سوخت جایگزین مساعد است، که می تواند از اتانول، CO سنتز شود_H2S یا سینگاس از طریق کاتالیزور. برای تبدیل کاتالیزوری به DME، کاتالیزورهای قوی مورد نیاز است. کاتالیزورهای مزوری به اندازه نانو مانند زئولیت های اسیدی مکوپور، زئولیت های تزئین شده یا کاتالیزورهای فلزی به اندازه نانو مانند آلومینیوم یا مس می توانند تبدیل DME را به طور قابل توجهی بهبود بخشند. سونوگرافی با شدت بالا تکنیک برتر برای آماده سازی نانو کاتالیزورهای بسیار واکنش پذیر است. اطلاعات بیشتر در مورد چگونگی استفاده از امواج فراصوت برای تولید کاتالیزور میکرو و مزور با واکنش پذیری عالی و انتخابی!

کاتالیزورهای دوکارآمد برای تبدیل مستقیم DME

تولید دی متیل اتر (DME) یک فرایند صنعتی به خوبی تثبیت شده است که به دو مرحله تقسیم می شود: اول، هیدروژناسیون کاتالیزوری سینگاس به اتانول (CO / CO_H2S + 3H_H2S → CH₃OH + H_H2SHO) و دوم، کم آبی کاتالیزوری بعدی اتانول بر کاتالیزورهای اسیدی برای تولید (2CH₃OH → CH₃اوچ₃ + H_H2SO. محدودیت عمده این سنتز DME دو مرحله ای مربوط به ترمودینامیک پایین در طول فاز سنتز اتانول است که منجر به تبدیل گاز پایین در هر پاس (۱۵ تا ۲۵٪) می شود. در نتیجه نسبت های بازیافت بالا و همچنین سرمایه بالا و هزینه های عملیاتی در حال رخ دادن است.
برای غلبه بر این محدودیت ترمودینامیکی، سنتز مستقیم DME به طور قابل توجهی مساعدتر است: در تبدیل مستقیم DME، گام سنتز اتانول با گام کم آبی در یک رآکتور واحد همراه است
(2CO / CO_H2S + 6H_H2S → CH₃اوچ₃ + 3H_H2SO)

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.

مافوق صوت UIP2000hdT (2kW) با جریان را از طریق راکتور راه اندازی معمولا مورد استفاده برای سنتز سونوشیمیایی نانو کاتالست های پوزوپوروس (به عنوان مانند زئولیت تزئین شده) است.

سنتز مستقیم DME اجازه می دهد تا برای افزایش سطح تبدیل در هر مرحله، تا 19٪، که به معنی کاهش هزینه قابل توجهی در مورد سرمایه گذاری و هزینه تولید عملیاتی DME است. بر اساس برآوردها، هزینه تولید DME در سنتز مستقیم زمانی که با فرایند تبدیل دو مرحله ای معمولی مقایسه می شود، ۲۰ تا ۳۰٪ کاهش می یابد. به منظور راه اندازی مسیر سنتز مستقیم DME، یک سیستم کاتالیزوری دوکارآمد هیبریدی بسیار کارآمد لازم است. کاتالیزور مورد نیاز باید قابلیت برای CO / CO2 هیدروژناسیون برای سنتز اتانول و قابلیت های اسیدی، که کمک به کم آبی اتانول ارائه دهد. (cf. 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.

سنتز مستقیم دی متیل اتر (DME) از سینگاس بر روی کاتالیزور دوکارآمد.
(© Millán et al. 2020)

سنتز کاتالیزورهای بسیار واکنش پذیر برای تبدیل DME با استفاده از سونوگرافی قدرت

واکنش پذیری و انتخاب کاتالیزور برای تبدیل دی متیل اتر را می توان به طور قابل توجهی از طریق درمان مافوق صوت بهبود یافته است. زئولیت هایی مانند زئولیت های اسیدی (مانند، آلومینوزلیکات زئولیت HZSM-5) و زئولیت های تزئین شده (به عنوان مانند، با CuO/ZnO/Al_H2Sاميد₃) کاتالیزورهای اصلی هستند که با موفقیت برای تولید DME استفاده می شوند.

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

هیبرید همکاری بارش - سونوگرافی سنتز CuO - ZnO - Al2O3 / HZSM - 5 مورد استفاده در همگرا مستقیم - سون از syngas به دی متیل اتر به عنوان سوخت سبز.
مطالعه و تصویر: خوشبین و حقیقی، 1392.]

کلر زنی و فلوراسیون زئولیت ها روش های مؤثری برای کوک اسیدیته کاتالیزوری هستند. کاتالیزورهای زئولیت کلردار و فلورین شده با آغشته شدن زئولیت ها (H-ZSM-5، H-MOR یا H-Y) با استفاده از دو پیش ساز هالوژن (کلرید آمونیوم و فلوراید آمونیوم) در مطالعه توسط تیم تحقیقاتی آبول فوتوه تهیه شدند. تأثیر تابش مافوق صوت برای بهینه سازی هر دو پیش ساز هالوژن برای تولید دی متیلتر (DME) از طریق کم آبی اتانول در یک رآکتور بستر ثابت ارزیابی شد. کارآزمایی مقایسه ای کاتالیزور DME نشان داد که کاتالیزورهای زئولیت هالوژنه شده آماده شده تحت تابش مافوق صوت عملکرد بالاتری را برای تشکیل DME نشان می دهند. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
در یک مطالعه دیگر، تیم تحقیقاتی به بررسی تمام متغیرهای مهم فراصوت مواجه شده در طول انجام کم آبی اتانول بر روی کاتالیزورهای زئولیت H-MOR برای تولید dimethylether. برای eperiments فراصوت خود را، تیم تحقیقاتی با استفاده از Hielscher UP50H پروب نوع مافوق صوت. میکروسکوپ الکترونی اسکن (SEM) تصویربرداری از زئولیت H-MOR فراصوت (موردنیت زئولیت) روشن کرده اند که اتانول به خودی خود به عنوان یک محیط فراصوت استفاده می شود می دهد بهترین نتایج در مورد همگن بودن اندازه ذرات در مقایسه با کاتالیزور درمان نشده، که در آن آگلومرات های بزرگ و خوشه های غیر همگن ظاهر شد. این یافته ها گواهی دادند که فراصوت تأثیر عمیقی بر وضوح سلول واحد و از این رو بر رفتار کاتالیزوری کم آبی اتانول به دی متیل اتر (DME) دارد. NH3-TPD نشان می دهد که تابش سونوگرافی اسیدیته کاتالیزور H-MOR را افزایش داده است و از این رو عملکرد کاتالیزوری برای تشکیل DME است. (Aboul-Gheit et al., 2014)

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

SEM از H - MOR فراصوت با استفاده از رسانه های مختلف
مطالعه و تصاویر: ©Aboul-Gheit et al., 2014

تقریباً تمام DME تجاری توسط کم آبی شدن اتانول با استفاده از کاتالیزورهای مختلف اسید جامد مانند زئولیت ها، سیلیکا–آلومینا، آلومینا، آل_H2Sاميد₃–B_H2Sاميد₃, و غیره با واکنش زیر:
2CH₃آه <—> Ch₃اوچ₃ +H_H2SO(-22.6k jmol^-1)

کوشبین و حقیقی (۲۰۱۳) CuO–ZnO–Al را آماده کردند_H2Sاميد₃/HZSM - 5 نانوکاتالیسم از طریق ترکیب روش هم بارش - سونوگرافی. تیم تحقیقاتی دریافتند «به کارگیری انرژی سونوگرافی تأثیر زیادی بر پراکنده شدن عملکرد هیدروژناسیون CO و در نتیجه عملکرد سنتز DME دارد. دوام نانو کاتاليست سنتز شده به کمک سونوگرافی در طول واکنش سينگاس به DME مورد بررسی قرار گرفت. نانو کاتالیزست در طول مسیر واکنش به دلیل تشکیل کک بر روی گونه های مسی فعالیت ناچیز خود را از دست می دهد.» [خوشبین و حقیقی، ۱۳۹۲.]

یک نانو کاتالیزور جایگزین غیر زئولیت که در ترویج تبدیل DME نیز بسیار کارآمد است، یک کاتالیزور متخلخل به اندازه نانو γ آلومینا است. نانو اندازه متخلخل γ آلومینا با موفقیت توسط بارش تحت مخلوط مافوق صوت سنتز شد. درمان سونوشیمیایی سنتز ذرات نانو را ترویج می کند. (cf. Rahmanpour et al., 2012)

چرا اولتراسونیک آماده نانو کاتالیزور برتر؟

برای تولید کاتالیزورهای نامتگن اغلب مواد با ارزش افزوده بالا مانند فلزات گرانبها مورد نیاز است. این کار کاتالیزورها را گران می کند و بنابراین افزایش کارایی و همچنین گسترش چرخه عمر کاتالیزورها از عوامل مهم اقتصادی هستند. در میان روش های آماده سازی نانو کاتالست ها، تکنیک سونوشیمیایی به عنوان یک روش بسیار کارآمد در نظر گرفته می شود. توانایی سونوگرافی برای ایجاد سطوح بسیار واکنش پذیر، برای بهبود مخلوط کردن و افزایش حمل و نقل انبوه باعث می شود آن را یک تکنیک به خصوص امیدوار کننده برای آماده سازی کاتالیزور و فعال سازی کشف. می تواند نانوذرات همگن و پراکنده را بدون نیاز به ابزارهای گران قیمت و شرایط شدید تولید کند.
در چندین مطالعه تحقیقاتی دانشمندان به این نتیجه می رسند که آماده سازی کاتالیزور مافوق صوت سودمندترین روش برای تولید نانو کاتالیزورهای همگن است. در میان روش های آماده سازی نانو کاتالست ها، تکنیک سونوشیمیایی به عنوان یک روش بسیار کارآمد در نظر گرفته می شود. توانایی فراصوت شدید برای ایجاد سطوح بسیار واکنش پذیر، برای بهبود مخلوط کردن و افزایش حمل و نقل انبوه باعث می شود آن را یک تکنیک به خصوص امیدوار کننده برای آماده سازی کاتالیزور و فعال سازی کشف. می تواند نانوذرات همگن و پراکنده را بدون نیاز به ابزارهای گران قیمت و شرایط شدید تولید کند. (cf. Koshbin and Haghighi, 2014)

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

سنتز سونوشیمیایی منجر به یک کاتالیزور بسیار فعال نانوساختار CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 می شود.
مطالعه و تصویر: خوشبین و حقیقی، 1392.

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

ارائه شماتیک اثرات حفره صوتی بر اصلاح ذرات فلزی. فلزات با نقطه ذوب پایین (MP) به عنوان روی (روی) به طور کامل اکسید؛ فلزات با نقطه ذوب بالا مانند نیکل (Ni) و تیتانیوم (Ti) نمایشگاه اصلاح سطح تحت فراصوت. آلومینیوم (Al) و منیزیم (Mg) ساختارهای مزوری را تشکیل می دهند. فلزات نوبل به دلیل پایداری در برابر اکسیداسیون در برابر تابش سونوگرافی مقاوم هستند. نقاط ذوب فلزات در درجه کلوین (K) مشخص شده اند.

سونوگرافی با عملکرد بالا برای سنتز کاتالیزورهای مسوپوروس

تجهیزات سونوشیمیایی برای سنتز نانو کاتالیزورهای با کارایی بالا به آسانی در هر اندازه در دسترس است – از سونوگرافی آزمایشگاه جمع و جور به راکتورهای مافوق صوت به طور کامل صنعتی. Hielscher Ultrasonics طراحی، تولید، و توزیع مافوق صوت با قدرت بالا. تمام سیستم های مافوق صوت در مقر در Teltow آلمان ساخته شده و از آنجا در سراسر جهان توزیع شده است.
سخت افزار پیچیده و نرم افزار هوشمند از ultrasonicators Hielscher طراحی شده اند برای تضمین عملیات قابل اعتماد, نتایج قابل تکثیر و همچنین کاربر دوستی. Ultrasonicators Hielscher قوی و قابل اعتماد هستند، که اجازه می دهد تا تحت شرایط سنگین وظیفه نصب و عمل می شود. تنظیمات عملیاتی را می توان به راحتی از طریق منوی شهودی دسترسی و شماره گیری کرد، که می تواند از طریق صفحه نمایش لمسی رنگ دیجیتال و کنترل از راه دور مرورگر قابل دسترسی باشد. بنابراین تمام شرایط پردازش مانند انرژی خالص، انرژی کل، دامنه، زمان، فشار و دما به طور خودکار بر روی یک کارت SD داخلی ثبت می شوند. این اجازه می دهد تا شما را به تجدید نظر و مقایسه اجرا می شود فراصوت قبلی و برای بهینه سازی سنتز و عملکرد نانو کاتالیزور به بالاترین بهره وری.
سیستم های اولتراسونیک Hielscher در سراسر جهان برای فرایندهای سنتز سونوشیمیایی استفاده می شود و ثابت شده است که قابل اعتماد برای سنتز نانو کاتالیزور زئولیت با کیفیت بالا و همچنین مشتقات زئولیت. Hielscher صنعتی ultrasonicators به راحتی می تواند دامنه های بالا در عمل مداوم اجرا (24/7/365). دامنه تا 200μm را می توان به راحتی به طور مداوم با sonotrodes استاندارد تولید (پروب مافوق صوت / شاخ). حتی برای دامنه های بالاتر، sonotrodes مافوق صوت سفارشی در دسترس هستند. با توجه به استحکام و تعمیر و نگهداری پایین خود را, مافوق صوت ما معمولا برای برنامه های کاربردی وظیفه سنگین و در محیط های خواستار نصب شده.
پردازنده های اولتراسونیک Hielscher برای سنتز سونوشیمیایی، عملکرد، نانو ساختار و deagglomeration در حال حاضر در سراسر جهان در مقیاس تجاری نصب شده است. تماس با ما در حال حاضر به بحث در مورد فرایند تولید نانو کاتالیزور خود را! کارکنان با تجربه ما خوشحال خواهد شد برای به اشتراک گذاشتن اطلاعات بیشتر در مسیر سنتز sonochemical، سیستم های مافوق صوت و قیمت گذاری!
با استفاده از روش سنتز مافوق صوت، تولید نانو کاتالیزور مزوپروس خود را در بهره وری، سادگی و هزینه کم برتری زمانی که در مقایسه با دیگر فرایندهای سنتز کاتالیزور!

جدول زیر به شما می دهد که نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی ultrasonicators ما:

دسته ای دوره	نرخ جریان	دستگاه های توصیه شده
1 تا 500ML	10 تا پوست 200ml / دقیقه	UP100H
10 به 2000mL	20 تا 400ML / دقیقه	UP200Ht، UP400St
00.1 به 20L	00.2 به 4L / دقیقه	UIP2000hdT
10 تا 100L	2 تا 10L / دقیقه	UIP4000hdT
خب	10 تا 100L / min و	UIP16000
خب	بزرگتر	خوشه UIP16000

تماس با ما! / از ما بپرسید!

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

دکتر Andreeva-Bäumler، دانشگاه Bayreuth، در حال همکاری با سونوگرافی UIP1000hdT در نانو ساختار فلزات به منظور به دست آوردن کاتالیزور برتر.

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

Hielscher مافوق صوت تولید هموژنایزر مافوق صوت با عملکرد بالا برای مخلوط کردن برنامه های کاربردی، پراکنده، تقلید و استخراج در آزمایشگاه، خلبان و مقیاس صنعتی است.

پست های مرتبط

ادبیات/منابع

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.

آمار ارزشمند دانستن

دی متیل اتر (DME) به عنوان سوخت

یکی از عمده ترین استفاده های پیش بینی شده از دی متیل اتر، کاربرد آن به عنوان جایگزین پروپان در گاز مایع پروپان (گاز پروپان مایع) است که به عنوان سوخت برای خودروها، در خانوارها و صنعت استفاده می شود. در اتوگاز پروپان، دی متیل اتر نیز می تواند به عنوان مخلوط کننده مورد استفاده قرار گیرد.
علاوه بر این، DME همچنین یک سوخت امیدوار کننده برای موتورهای دیزلی و توربین های گازی است. برای موتورهای دیزلی، عدد استان بالای ۵۵، در مقایسه با سوخت دیزل از نفت با اعداد استان ۴۰–۵۳، بسیار سودمند است. تنها اصلاحات متوسط لازم است تا یک موتور دیزل را قادر به سوزاندن دی متیل اتر کند. سادگی این ترکیب زنجیره کربن کوتاه در طول احتراق به انتشار بسیار کم ذرات منجر می شود. به این دلایل و همچنین بدون گوگرد بودن، دی متیل اتر حتی سخت گیرانه ترین مقررات انتشار در اروپا (EURO5)، آمریکا (آمریکا ۲۰۱۰)، و ژاپن (۲۰۰۹ ژاپن) را برآورده می کند.

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 تولید هموژنیزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.