آماده سازی اولتراسونیک کاتالیزورها برای تبدیل دی متیل اتر (DME)
کاتالیزورهای دو منظوره برای تبدیل مستقیم DME
تولید دی متیل اتر (DME) یک فرآیند صنعتی تثبیت شده است که به دو مرحله تقسیم می شود: اول، هیدروژناسیون کاتالیزوری گاز سنتز به متانول (CO / CO)H2S + 3 ساعتH2S → CH3اوه + HH2SHO) و ثانیا، آبگیری کاتالیزوری بعدی متانول بر روی کاتالیزورهای اسیدی برای تولید (2CH3آه → CH3اوچ3 + ساعتH2Sمحدودیت عمده این سنتز دو مرحله ای DME مربوط به ترمودینامیک پایین در مرحله سنتز متانول است که منجر به تبدیل گاز کم در هر پاس (15-25٪) می شود. در نتیجه، نسبت های گردش مجدد بالا و همچنین هزینه های سرمایه و عملیاتی بالا در حال رخ دادن است.
برای غلبه بر این محدودیت ترمودینامیکی، سنتز مستقیم DME به طور قابل توجهی مطلوب تر است: در تبدیل مستقیم DME، مرحله سنتز متانول با مرحله کم آبی در یک راکتور همراه می شود
(2CO / COH2S + 6 ساعتH2S → CH3اوچ3 + 3 ساعتH2SO).
ultrasonicator UIP2000hdT (2kW) با راکتور جریان عبوری یک راه اندازی رایج برای سنتز سونوشیمیایی نانوکاتالیست های مزومتخلخل (به عنوان مثال زئولیت های تزئین شده) است.
سنتز مستقیم دی متیل اتر (DME) از گاز سنتز بر روی کاتالیزور دو عملکرده.
(© میلان و همکاران 2020)
سنتز کاتالیزورهای بسیار واکنش پذیر برای تبدیل DME با استفاده از توان-اولتراسوند
واکنش پذیری و انتخاب کاتالیزورها برای تبدیل دی متیل اتر را می توان به طور قابل توجهی از طریق درمان اولتراسونیک بهبود بخشید. زئولیت هایی مانند زئولیت های اسیدی (به عنوان مثال، زئولیت آلومینوسیلیکات HZSM-5) و زئولیت های تزئین شده (به عنوان مثال، با CuO/ZnO/AlH2SO3) کاتالیزورهای اصلی هستند که با موفقیت برای تولید DME استفاده می شوند.
سنتز ترکیبی هم بارش-امواج فراصوت CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 در همگرایی مستقیم گاز سنتز به دی متیل اتر به عنوان سوخت سبز استفاده می شود.
مطالعه و تصویر: خوشبین و حقیقی، 1392.]
کلرزنی و فلوئوراسیون زئولیت ها روش های موثری برای تنظیم اسیدیته کاتالیزوری هستند. کاتالیست های زئولیت کلردار و فلوئوردار شده با اشباع 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 ابوالفتوح تهیه شدند. تأثیر پرتودهی فراصوت برای بهینه سازی هر دو پیش ساز هالوژن برای تولید دی متیل اتر (DME) از طریق آبگیری متانول در یک راکتور بستر ثابت ارزیابی شد. آزمایش مقایسه ای کاتالیز DME نشان داد که کاتالیزورهای زئولیت هالوژنه تهیه شده تحت تابش اولتراسونیک عملکرد بالاتری برای تشکیل DME نشان می دهند. (ابوالفتوح و همکاران، 2016)
در مطالعه دیگری، تیم تحقیقاتی تمام متغیرهای مهم اولتراسونیک را که در حین انجام کم آبی متانول در کاتالیزورهای زئولیت H-MOR برای تولید دی متیل اتر مواجه شده بود، بررسی کردند. برای تجربیات Sonication خود، تیم تحقیقاتی از Hielscher UP50H پروب نوع ultrasonicator. میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تصویربرداری از زئولیت H-MOR فراصوت (زئولیت موردنیت) روشن کرده اند که متانول به خودی خود به عنوان یک محیط فراصوت استفاده می شود بهترین نتایج را در مورد همگنی اندازه ذرات در مقایسه با کاتالیزور درمان نشده، که در آن آگلومراهای بزرگ و خوشه های غیر همگن ظاهر می شوند. این یافته ها تأیید می کند که امواج فراصوت دارای یک اثر عمیق بر وضوح سلول واحد و در نتیجه بر رفتار کاتالیزوری کم آبی متانول به دی متیل اتر (DME). NH3-TPD نشان می دهد که پرتودهی فراصوت باعث افزایش اسیدیته کاتالیزور H-MOR شده و از این رو عملکرد کاتالیزوری برای تشکیل DME است. (ابوالغیط و همکاران، 2014)
SEM H-MOR اولتراسونیک با استفاده از رسانه های مختلف
مطالعه و تصاویر: ©ابوالغیط و همکاران، 2014
تقریبا تمام DME های تجاری با کم آبی متانول با استفاده از کاتالیزورهای مختلف اسید جامد مانند زئولیت ها، سیلیکا-آلومینا، آلومینا، آلومینیوم تولید می شوند.H2SO3–بH2SO3، و غیره با واکنش زیر:
2 کانال3آه <—> Ch3اوچ3 +HH2SO (-22.6k ژیمول-1)
کوشبین و حقیقی (2013) CuO-ZnO-Al را تهیه کردندH2SO3/HZSM-5 نانوکاتالیست ها از طریق روش ترکیبی هم رسوب-اولتراسوند. تیم تحقیقاتی دریافتند که "استفاده از انرژی اولتراسوند تأثیر زیادی بر پراکندگی عملکرد هیدروژناسیون CO و در نتیجه عملکرد سنتز DME دارد. دوام نانوکاتالیست سنتز شده به کمک امواج فراصوت در طی واکنش گاز سنتز به DME بررسی شد. نانوکاتالیست در طول واکنش به دلیل تشکیل کک بر روی گونه های مس فعالیت ناچیزی را از دست می دهد. [خوشبین و حقیقی، 1392.]
یک نانوکاتالیست غیر زئولیت جایگزین، که در ترویج تبدیل DME نیز بسیار کارآمد است، یک کاتالیزور متخلخل γ-آلومینا با اندازه نانو است. γ آلومینا متخلخل با اندازه نانو با رسوب تحت اختلاط اولتراسونیک با موفقیت سنتز شد. درمان سونوشیمیایی سنتز نانوذرات را تقویت می کند. (رجوع کنید به رحمانپور و همکاران، 2012)
چرا مافوق صوت آماده نانو کاتالیست برتر؟
برای تولید کاتالیزورهای ناهمگن اغلب به مواد با ارزش افزوده بالا مانند فلزات گرانبها نیاز است. این امر کاتالیست ها را گران می کند و بنابراین افزایش راندمان و همچنین افزایش چرخه عمر کاتالیست ها از عوامل مهم اقتصادی هستند. در بین روش های آماده سازی نانوکاتالیست ها، تکنیک سونوشیمیایی به عنوان یک روش بسیار کارآمد در نظر گرفته می شود. توانایی اولتراسوند برای ایجاد سطوح بسیار واکنشی، بهبود اختلاط و افزایش حمل و نقل جرم، آن را به یک تکنیک امیدوارکننده برای کاوش برای آماده سازی و فعال سازی کاتالیزور تبدیل می کند. 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 اولتراسونیک سودمندترین روش برای تولید نانو کاتالیزورهای همگن است. در بین روش های آماده سازی نانوکاتالیست ها، تکنیک سونوشیمیایی به عنوان یک روش بسیار کارآمد در نظر گرفته می شود. توانایی فراصوت شدید برای ایجاد سطوح بسیار واکنشی، برای بهبود اختلاط و افزایش حمل و نقل جرم، آن را به یک تکنیک به خصوص امیدوار کننده برای کشف برای آماده سازی کاتالیزور و فعال سازی. می تواند نانوذرات همگن و پراکنده را بدون نیاز به ابزارهای گران قیمت و شرایط شدید تولید کند. (رجوع کنید به کشبین و حقیقی، 2014)
سنتز سونوشیمیایی منجر به ایجاد یک کاتالیزور نانوساختار بسیار فعال CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 می شود.
مطالعه و تصویر: خوشبین و حقیقی، 1392.
(1401). نمایش شماتیک اثرات کاویتاسیون صوتی بر اصلاح ذرات فلزی. فلزات با نقطه ذوب پایین (MP) به عنوان روی (Zn) کاملا اکسید می شوند. فلزات با نقطه ذوب بالا مانند نیکل (نیکل) و تیتانیوم (Ti) نمایشگاه اصلاح سطح تحت فراصوت. آلومینیوم (Al) و منیزیم (Mg) ساختارهای مزومتخلخل را تشکیل می دهند. فلزات نوبل به دلیل پایداری در برابر اکسیداسیون در برابر اشعه اولتراسوند مقاوم هستند. نقاط ذوب فلزات بر حسب درجه کلوین (K) مشخص شده است.
مافوق صوت با کارایی بالا برای سنتز کاتالیزورهای مزومتخلخل
تجهیزات سونوشیمیایی برای سنتز نانوکاتالیزورهای با کارایی بالا به راحتی در هر اندازه ای در دسترس است – از مافوق صوت آزمایشگاه جمع و جور به راکتورهای اولتراسونیک به طور کامل صنعتی. Hielscher مافوق صوت طراحی، تولید، و توزیع ultrasonicators با قدرت بالا. تمام سیستم های اولتراسونیک در دفتر مرکزی در Teltow آلمان ساخته شده و از آنجا در سراسر جهان توزیع می شوند.
سخت افزار پیچیده و نرم افزار هوشمند از مافوق صوت Hielscher طراحی شده اند برای تضمین عملیات قابل اعتماد، نتایج تکرارپذیر و همچنین کاربر پسند. مافوق صوت Hielscher قوی و قابل اعتماد هستند، که اجازه می دهد تا در شرایط سنگین نصب و عمل می شود. تنظیمات عملیاتی را می توان به راحتی از طریق منوی بصری که از طریق نمایشگر لمسی رنگی دیجیتال و کنترل از راه دور مرورگر قابل دسترسی است، قابل دسترسی است. 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 شود. این اجازه می دهد تا شما را به تجدید نظر و مقایسه اجراهای فراصوت قبلی و بهینه سازی سنتز و عامل سازی نانو کاتالیست به بالاترین بهره وری.
سیستم های مافوق صوت Hielscher در سراسر جهان برای فرآیندهای سنتز سونوشیمیایی استفاده می شود و ثابت شده است که قابل اعتماد برای سنتز نانوکاتالیزورهای زئولیت با کیفیت بالا و همچنین مشتقات زئولیت. مافوق صوت صنعتی Hielscher به راحتی می تواند دامنه های بالا در عملیات مداوم اجرا (24/7/365). دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم با سونوترودهای استاندارد (پروب ها / شاخ های اولتراسونیک) تولید کرد. برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند. با توجه به استحکام و نگهداری کم آنها، مافوق صوت ما معمولا برای کاربردهای سنگین و در محیط های خواستار نصب شده است.
پردازنده های مافوق صوت Hielscher برای سنتز سونوشیمیایی، عملکرد، نانو ساختار و deagglomeration در حال حاضر در سراسر جهان در مقیاس تجاری نصب شده است. اکنون با ما تماس بگیرید تا در مورد فرآیند تولید نانو کاتالیست خود صحبت کنید! کارکنان با تجربه ما خوشحال خواهند شد که اطلاعات بیشتری را در مورد مسیر سنتز سونوشیمیایی، سیستم های اولتراسونیک و قیمت گذاری به اشتراک بگذارند!
با استفاده از روش سنتز اولتراسونیک، تولید نانو کاتالیزور مزومتخلخل شما در مقایسه با سایر فرآیندهای سنتز کاتالیزور از نظر کارایی، سادگی و هزینه کم برتری خواهد داشت!
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
دکتر آندریوا-بوملر ، دانشگاه بایرویت ، با اولتراسونیک UIP1000hdT در مورد ساختار نانو فلزات به منظور به دست آوردن کاتالیزورهای برتر.
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا برای مخلوط کردن برنامه های کاربردی، پراکندگی، امولسیون و استخراج در آزمایشگاه، خلبان و مقیاس صنعتی.
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.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
دی متیل اتر (DME) به عنوان سوخت
یکی از کاربردهای عمده پیش بینی شده دی متیل اتر، کاربرد آن به عنوان جایگزینی برای پروپان در LPG (گاز پروپان مایع) است که به عنوان سوخت وسایل نقلیه، در خانه ها و صنایع استفاده می شود. در اتوگاز پروپان، دی متیل اتر نیز می تواند به عنوان مخلوط استفاده شود.
علاوه بر این، DME همچنین یک سوخت امیدوارکننده برای موتورهای دیزلی و توربین های گازی است. برای موتورهای دیزلی، عدد ستان بالای 55، در مقایسه با سوخت دیزل حاصل از نفت با اعداد ستان 40-53، بسیار سودمند است. فقط تغییرات متوسطی لازم است تا یک موتور دیزلی بتواند دی متیل اتر را بسوزاند. سادگی این ترکیب زنجیره کربن کوتاه منجر به انتشار بسیار کم ذرات معلق در حین احتراق می شود. به همین دلایل علاوه بر عاری بودن از گوگرد، دی متیل اتر حتی سختگیرانه ترین مقررات انتشار در اروپا (EURO5)، ایالات متحده (ایالات متحده 2010) و ژاپن (2009 ژاپن) را برآورده می کند.
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.