Katalyyttien ultraäänivalmiste dimetyylieetterin (DME) muuntamiseen

Dimetyylieetteri (DME) on suotuisa vaihtoehtoinen polttoaine, joka voidaan syntetisoida metanolista, CO2 tai syngas katalyysin kautta. Katalyyttiseen muuntamiseen DME:ksi tarvitaan voimakkaita katalysaattoreita. Nanokokoiset mesoporous-katalyytit, kuten mesoporous happamat zeoliitit, koristellut zeoliitit tai nanokokoiset metallikatalyytit, kuten alumiini tai kupari, voivat parantaa DME-muuntamista merkittävästi. Korkean intensiteetin ultraääni on ylivoimainen tekniikka erittäin reaktiivisten nanokatalyyttien valmistukseen. Lue lisää ultrasonicationin käytöstä mikro- ja mesoporous-katalyyttien tuotannossa erinomaisella reaktiivisuudella ja valikoivuudessa!

Kaksitoimiset katalyyttit suoraan DME-muuntamiseen

Dimetyylieetterien (DME) tuotanto on vakiintunut teollinen prosessi, joka on jaettu kahteen vaihettan: ensinnäkin syngaanin katalyyttinen hydraus metanoliksi (CO / CO2 + 3H2 → CH3OH + H2HO) ja toiseksi metanolin katalyyttinen kuivuminen happokatalyyttien päälle (2CH3OH → CH3OCH3 + H2O). Tämän kaksivaiheisen DME-synteesin merkittävä rajoitus liittyy metanolisynteesin vaiheen alhaiseen termodynaamiseen, mikä johtaa alhaiseen kaasun muuntamiseen läpivientiä kohti (15–25 %). Näin ollen uudelleenkierrätyssuhteet sekä korkeat pääoma- ja käyttökustannukset ovat korkeat.
Tämän termodynaamisen rajoituksen voittamiseksi suora DME-synteesi on huomattavasti suotuisampi: DME:n suorassa muuntamisessa metanolisynteesivaihe yhdistettynä yhden reaktorin nestehukkavaiheeseen
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).

Informaatio pyyntö




Huomaa, että Tietosuojakäytäntö.


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.

Ultraääni UIP2000hdT (2kW) läpivirtausreaktori on yleisesti käytetty asetus mesoporous nanokatalystien (esim. koristeltujen zeoliitit) sonokemiallisessa synteesissä.

DME:n suoran synteesin avulla voidaan lisätä muuntotasoja askelta kohti 19 prosenttiin asti, mikä merkitsee merkittäviä kustannussäästöjä DME:n investointi- ja toimintakustannusten osalta. Arvioiden perusteella DME:n tuotantokustannuksia vähennetään suorassa synteesissä 20–30 prosenttia verrattuna tavanomaiseen kaksivaiheisiin muuntoprosessiin. Suoran DME-synteesireitin käyttämiseksi tarvitaan erittäin tehokas kaksitoiminen hybridikatalyyttinen järjestelmä. Tarvittavan katalyytin on tarjottava co/ CO2-hydrauksen toiminnallisuus metanolisynteesiin ja happamat toiminnot, jotka auttavat metanolin kuivumista. (vrt. 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.

Dimetyylieetterien (DME) suora synteesi syngasista kaksitoimiseen katalysaattoriin.
(© Millán ym. 2020)

Erittäin reaktiivisten katalyyttien synteesi DME-muuntamiseen Power-Ultrasoundin avulla

Dimetyylieetterin muuntamisen katalyyttien reaktiivisuutta ja valikoivuutta voidaan parantaa merkittävästi ultraäänikäsittelyn avulla. Zeoliitit, kuten happamat zeoliitit (esim. alumiiniosilikaatti zeoliitti HZSM-5) ja koristellut zeoliitit (esim.2O3) ovat tärkeimmät katalyytit, joita käytetään menestyksekkäästi DME:n tuotannossa.

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

CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5:n hybridikosade-ultraäänisynteesi, jota käytetään syngasin suorassa konversiossa dimetyylieetteriin vihreänä polttoaineena.
Tutkimus ja kuva: Khoshbin ja Haghighi, 2013.]

Zeoliitit klooraaminen ja fluoraaminen ovat tehokkaita menetelmiä katalyyttisen happamuuden virittämiseksi. Klooratut ja fluoratut zeoliittikatalyytit valmistettiin zeoliitteja (H- ZSM- 5, H- MOR tai H- Y) kyllästämällä käyttämällä kahta halogeenin esiastetta (ammoniumkloridi ja ammoniumfluoridi) Aboul- Fotouh- tutkimusryhmän tutkimuksessa. Ultraäänisäteilyn vaikutusta arvioitiin molempien halogeenin esiasteiden optimoimiseksi dimetyylietterin (DME) tuotantoon metanolin dehydratoinnin avulla kiinteässä vuodereaktorissa. Vertaileva DME-katalyysitutkimus paljasti, että ultraäänisäteilyn alla valmistetut halogenoidut zeoliittikatalyyttit osoittavat DME:n muodostumisen suorituskyvyn parempaa. (Aboul-Fotouh ym., 2016)
Toisessa tutkimuksessa tutkimusryhmä tutki kaikkia tärkeitä ultraäänimuuttujia, joita havaittiin metanolin dehydratoinnin aikana H-MOR-zeoliittikatalyyttoreilla dimetyylietterin tuottamiseksi. Tutkimusryhmä käytti sonication-sopimuksissaan Hielscher UP50H anturityyppinen ultraääni. Skannattu elektronimikroskoopin (SEM) kuvaus äänitetystä H-MOR-zeoliitista (mordeniitti-zeoliitti) on selventänyt, että metanoli itsessään, jota käytetään ultraääniaineena, antaa parhaat tulokset hiukkaskokojen homogeenisuudesta verrattuna käsittelemättömään katalyyttiin, jossa esiintyi suuria agglomeraatteja ja ei-homogeenisia klustereita. Nämä havainnot todistavat, että ultrasonicationilla on syvä vaikutus yksikkösolujen resoluutioon ja siten metanolin kuivumisen katalyyttiseen käyttäytymiseen dimetyylieetteriin (DME). NH3-TPD osoittaa, että ultraäänisäteily on lisännyt H-MOR-katalyytin happamuutta ja siten se on katalyyttinen suorituskyky DME:n muodostumiselle. (Aboul-Gheit et al., 2014)

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

Ultraääni-H-MOR:n SEM eri tietovälineillä
Tutkimus ja kuvat: ©Aboul-Gheit et al., 2014

Lähes kaikki kaupalliset DME:t tuotetaan metanolin dehydratoimalla erilaisilla kiinteillä happokatalysaattoreilla, kuten zeolites, sillica–alumiinioksidi, alumiinioksidi, Al2O3– B2O3jne.
2CH(2CH)3OH <—> Ch3OCH3 +H2O(-22.6k jmol-1)

Koshbin ja Haghighi (2013) valmistivat CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 nanokatalyytit yhdistetyllä yhteissade-ultraäänimenetelmällä. Tutkimusryhmä havaitsi, että "ultraäänienergian käyttö vaikuttaa voimakkaasti CO-hydraustoiminnon hajaantumiseen ja siten DME-synteesin suorituskykyyn. Ultraäänellä avustetun syntetisoidun nanokatalysaattorin kestävyyttä tutkittiin syngasin ja DME:n reaktion aikana. Nanokatalysaatti menettää vähäisen aktiivisuuden reaktion aikana kuparilajien koksinmuodostuksen vuoksi." [Khoshbin ja Haghighi, 2013.]

Ultrasonically precipitated gamma-Al2O3 nano-catalyst, which shows high efficiency in DME conversion.Vaihtoehtoinen ei-zeoliittinen nanokatalyytti, joka on myös erittäin tehokas edistämään DME-muuntamista, on nanokokoinen huokoinen γ-alumiinioksidikatalysaattori. Nanokokoinen huokoinen γ-alumiinioksidi syntetisoitiin onnistuneesti saostumalla ultraäänimiksauksessa. Sonokemiallinen käsittely edistää nanohiukkasten synteesiä. (vrt. Rahmanpour et ai., 2012)

Miksi ultraäänellä valmistetut nanokatalysaattorit ovat ylivoimaisia?

Heterogeenisten katalyyttien tuotantoon tarvitaan usein suuria lisäarvoa lisäävät materiaalit, kuten jalometallit. Tämä tekee katalyytit kalliiksi, ja siksi katalyyttien tehokkuuden parantaminen ja elinkaaren pidentäminen ovat tärkeitä taloudellisia tekijöitä. Nanokatalyyttien valmistusmenetelmistä sonokemiallista tekniikkaa pidetään erittäin tehokkaana menetelmänä. Ultraäänen kyky luoda erittäin reaktiivisia pintoja, parantaa sekoittamista ja lisätä massakuljetusta tekee siitä erityisen lupaavan tekniikan tutkia katalyyttien valmistelua ja aktivointia. Se voi tuottaa homogeenisia ja hajallaan olevia nanohiukkasia ilman kalliita instrumentteja ja äärimmäisiä olosuhteita.
Useissa tutkimuksissa tutkijat tulevat siihen tulokseen, että ultraääni katalyyttien valmistus on edullisin menetelmä homogeenisten nanokatalyyttien tuotannossa. Nanokatalyyttien valmistusmenetelmistä sonokemiallista tekniikkaa pidetään erittäin tehokkaana menetelmänä. Intensiivisen sonikoinnin kyky luoda erittäin reaktiivisia pintoja, parantaa sekoittamista ja lisätä massakuljetusta tekee siitä erityisen lupaavan tekniikan tutkia katalyyttien valmistelua ja aktivointia. Se voi tuottaa homogeenisia ja hajallaan olevia nanohiukkasia ilman kalliita instrumentteja ja äärimmäisiä olosuhteita. (vrt. Koshbin ja Haghighi, 2014)

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

Sonokemiallinen synteesi johtaa erittäin aktiiviseen nanorakenteiseen CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5-katalyyttiin.
Tutkimus ja kuva: Khoshbin ja 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!)

Akustisen kavitaatiovaikutuksen kaavamainen esittäminen metallihiukkasten muuntamiseen. Metallit, joiden sulamispiste on alhainen (MP) sinkkinä (Zn), hapettuvat täysin; metalleissa, joiden sulamispiste on korkea, kuten nikkelissä (Ni) ja titaanissa (Ti), on pintamuutoksia sonikaatiossa. Alumiini (Al) ja magnesium (Mg) muodostavat mesoporous-rakenteita. Nobel-metallit kestävät ultraäänisäteilyä, koska ne ovat stabiilia hapettumista vastaan. Metallien sulamispisteet on määritelty Kelvinin (K) asttelevina.

Informaatio pyyntö




Huomaa, että Tietosuojakäytäntö.


Korkean suorituskyvyn ultraääniastiat mesoporous-katalyyttien synteesiin

Korkean suorituskyvyn nanokatalyyttien synteesiin on helposti saatavilla sonokemiallisia laitteita missä tahansa koossa – kompaktista laboratorion ultraäänireaktorista täysin teollisiin ultraäänireaktoreihin. Hielscher Ultrasonics suunnittelee, valmistaa ja jakelee suuritehoisia ultraääniaimia. Kaikki ultraäänijärjestelmät valmistetaan pääkonttorissa Teltowissa, Saksassa ja jaetaan sieltä ympäri maailmaa.
Hielscher ultrasonicators can be remotely controlled via browser control. Sonication parameters can be monitored and adjusted precisely to the process requirements.Hielscher-ultraäänilaitteiden hienostunut laitteisto ja älykäs ohjelmisto on suunniteltu takaamaan luotettava toiminta, toistettavissa oleva lopputulos sekä käyttäjäystävällisyys. Hielscher-ultraääniastiat ovat kestäviä ja luotettavia, mikä mahdollistaa sen, että ne voidaan asentaa ja käyttää raskaissa olosuhteissa. Toiminta-asetuksiin pääsee helposti käsiksi ja niihin voi soittaa intuitiivisen valikon kautta, johon pääsee digitaalisen värikosketusnäytön ja selaimen kaukosäätimen kautta. Siksi kaikki käsittelyolosuhteet, kuten nettoenergia, kokonaisenergia, amplitudi, aika, paine ja lämpötila, kirjataan automaattisesti sisäänrakennetulle SD-kortille. Näin voit tarkistaa ja vertailla aiempia sonikaatioajoja sekä optimoida nanokatalyyttien synteesin ja funktionalisoinnin mahdollisimman tehokkaasti.
Hielscher Ultrasonics -järjestelmiä käytetään maailmanlaajuisesti sonokemiallisissa synteesiprosesseissa, ja ne ovat osoittautuneet luotettaviksi korkealaatuisten zeoliitti-nanokatalyyttien ja zeoliittijohdannaisten synteesiin. Hielscherin teolliset ultraäänikoneet voivat helposti käyttää korkeita amplitudia jatkuvassa käytössä (24/7/365). Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan helposti jatkuvasti tuottaa tavallisilla sonotrodeilla (ultraäänianturit / sarvet). Vielä korkeampia amplitudit, räätälöity ultraääni ultraääni sonotrodit ovat saatavilla. Kestävyyksistään ja vähäisestä huollostaan johtuen ultraääniastiamme asennetaan yleisesti raskaisiin sovelluksiin ja vaativiin ympäristöihin.
Hielscherin ultraääniprosessorit sonokemiallisille synteeseille, funktionalisaatiolle, nano-rakenteelle ja deagglomeraatiolle on jo asennettu maailmanlaajuisesti kaupallisessa mittakaavassa. Ota yhteyttä nyt keskustellaksesi nanokatalysaattorin valmistusprosessistasi! Kokenut henkilökuntamme jakaa mielellään lisää tietoa sonokemiallisesta synteesireitistä, ultraäänijärjestelmistä ja hinnoittelusta!
Ultraäänisynteesimenetelmän avulla mesoporous nano-katalyyttituotantosi on erinomainen tehokkuudessa, yksinkertaisuudessa ja alhaisissa kustannuksissa verrattuna muihin katalyyttisynteesiprosesseihin!

Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

erätilavuus Virtausnopeus Suositeltavat laitteet
1 - 500 ml 10 - 200 ml / min UP100H
10 - 2000 ml 20 - 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 - 20L 0.2 - 4 l / min UIP2000hdT
10 - 100 litraa 2 - 10 l / min UIP4000hdT
n.a 10 - 100 l / min UIP16000
n.a suuremmat klusterin UIP16000

Ota meihin yhteyttä! / Kysy meiltä!

Kysy lisä tietoja

Käytä alla olevaa lomaketta pyytääksesi lisätietoja ultraääniprosessoreista, sovelluksista ja hinnasta. Olemme iloisia voidessamme keskustella prosessista kanssasi ja tarjota sinulle ultraäänijärjestelmä, joka täyttää vaatimuksesi!









Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.


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

Bayreuthin yliopiston tohtori Andreeva-Bäumler työskentelee ultraääni UIP1000hdT metallien nanorakentamisesta parempien katalyyttien saamiseksi.


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

Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänihomygenisoijia sovellusten sekoittamiseen, dispersiointiin, emulgointiin ja uuttamiseen laboratoriossa, pilotissa ja teollisessa mittakaavassa.



Kirjallisuus / Referenssit


Tosiasiat, jotka kannattaa tietää

Dimetyylieetteri (DME) polttoaineena

Yksi dimetyylieetterien suunnitelluista merkittävistä käyttötarkoituksista on sen käyttö nestekaasun (nestemäisen propaanikaasun) propaanin korvikkeena, jota käytetään ajoneuvojen polttoaineena kotitalouksissa ja teollisuudessa. Propaaniautogasissa dimetyylieetteriä voidaan käyttää myös sekoitusvarastona.
Lisäksi DME on lupaava polttoaine dieselmoottoreille ja kaasuturbiineille. Dieselmoottoreiden osalta suuri setaaniluku 55 verrattuna öljystä peräisin olevan dieselpolttoaineen määrään, jonka setaaniluku on 40–53, on erittäin edullinen. Vain kohtalaiset muutokset ovat tarpeen, jotta dieselmoottori voi polttaa dimetyylieetteriä. Tämän lyhyen hiiliketjuyhdisteen yksinkertaisuus johtaa palamisen aikana hyvin pieniin hiukkaspäästöihin. Näistä syistä dimetyylieetteri täyttää tiukimmatkin päästömääräykset Euroopassa (EURO5), Yhdysvalloissa (Yhdysvallat 2010) ja Japanissa (2009 Japani).


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 valmistaa korkealaatuisia ultraäänihomygenisoijia laboratorio että teollisen koon mukaan.