Ultrazvučna priprema katalizatora za pretvorbu dimetil etera (DME)

Dimetil eter (DME) je povoljno alternativno gorivo koje se može sintetizirati iz metanola, CO2 ili singas putem katalize. Za katalitičku pretvorbu u DME potrebni su snažni katalizatori. Mezoporni katalizatori nano veličine kao što su mezoporni kiseli zeoliti, ukrašeni zeoliti ili metalni katalizatori nano veličine kao što su aluminij ili bakar mogu značajno poboljšati pretvorbu DME-a. Ultrazvuk visokog intenziteta je vrhunska tehnika za pripremu visoko reaktivnih nano-katalizatora. Saznajte više o tome kako koristiti ultrazvuka za proizvodnju mikro- i mezopornih katalizatora s izvrsnom reaktivnošću i selektivnošću!

Bifunkcionalni katalizatori za izravnu DME pretvorbu

Proizvodnja dimetil etera (DME) je dobro uspostavljen industrijski proces koji je podijeljen u dva koraka: prvo, katalitička hidrogenacija sintesajzera u metanol (CO / CO2 + 3H2 → CH3OH + H2HO) i drugo, naknadna katalitička dehidracija metanola nad kiselim katalizatorima za proizvodnju (2CH3OH → CH3OCH3 + H2O). Glavno ograničenje ove sinteze DME u dva koraka povezano je s niskom termodinamikom tijekom faze sinteze metanola, što rezultira niskom pretvorbom plina po prolazu (15-25%). Time nastaju visoki omjeri recirkulacije, kao i visoki kapitalni i operativni troškovi.
Kako bi se prevladalo ovo termodinamičko ograničenje, izravna sinteza DME-a znatno je povoljnija: U izravnoj DME pretvorbi korak sinteze metanola povezan je s korakom dehidracije u jednom reaktoru
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


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 protočnim reaktorom uobičajeno se koristi za sonokemijsku sintezu mezopornih nanokatalizatora (npr. ukrašenih zeolita).

Izravna sinteza DME-a omogućuje povećanje razina konverzije po koraku, do 19 %, što znači znatna smanjenja troškova u pogledu ulaganja i operativnih troškova proizvodnje DME-a. Na temelju procjena, trošak proizvodnje DME-a u izravnoj sintezi smanjuje se za 20-30% u usporedbi s konvencionalnim postupkom pretvorbe u dva koraka. Da bi se upravljao izravnim putem sinteze DME-a, potreban je visoko učinkovit hibridni bifunkcionalni katalitički sustav. Potreban katalizator mora ponuditi funkcionalnost hidrogenacije CO / CO2 za sintezu metanola i kisele funkcionalnosti, koje pomažu dehidraciji metanola. (usp. 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.

Izravna sinteza dimetil etera (DME) iz singaza na bifunkcionalnom katalizatoru.
(© Millán i sur. 2020.)

Sinteza visoko reaktivnih katalizatora za pretvorbu DME-a pomoću power-ultrazvuka

Reaktivnost i selektivnost katalizatora za pretvorbu dimetil etera može se značajno poboljšati ultrazvučnim tretmanom. Zeoliti kao što su kiseli zeoliti (npr. aluminosilikatni zeolit HZSM-5) i ukrašeni zeoliti (npr. s CuO/ZnO/Al2O3), glavni su katalizatori koji se uspješno koriste za proizvodnju DME-a.

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

Hibridna ko-oborina-ultrazvučna sinteza CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 koristi se u izravnom konverznom sionu singaza u dimetil eter kao zeleno gorivo.
Studija i slika: Khoshbin i Haghighi, 2013.]

Kloriranje i fluoriranje zeolita učinkovite su metode za podešavanje katalitičke kiselosti. Klorirani i fluorirani katalizatori zeolita pripremljeni su impregnacijom zeolita (H-ZSM-5, H-MOR ili H-Y) pomoću dva halogena prekursora (amonijev klorid i amonijev fluorid) u studiji istraživačkog tima Aboul-Fotouha. Utjecaj ultrazvučnog zračenja ocijenjen je za optimizaciju oba halogena prekursora za proizvodnju dimetiletera (DME) putem dehidracije metanola u reaktoru s fiksnim krevetom. Komparativno ispitivanje DME katalize otkrilo je da halogeniirani katalizatori zeolita pripremljeni pod ultrazvučnim zračenjem pokazuju veće performanse za formiranje DME- a. (Aboul-Fotouh i sur., 2016.)
U drugoj studiji, istraživački tim istraživao sve važne ultrazvučne varijable naišao tijekom provođenja dehidracije metanola na H-MOR zeolit katalizatora za proizvodnju dimetilether. Za svoje Sonication eperimente istraživački tim koristio je Hielscher UP50H sonda tipa ultrasonicator. Skeniranje elektronskog mikroskopa (SEM) slika ultrazvukom H-MOR zeolita (Mordenite zeolite) pojasnili su da metanol sam po sebi koristi kao ultrazvučni medij daje najbolje rezultate u pogledu homogenosti veličina čestica u usporedbi s neliječenim katalizatorom, gdje su se pojavili veliki aglomerti i nehomogeni grozdovi. Ovi nalazi potvrdili su da ultrazvuka ima dubok učinak na rezoluciju jediničnih stanica, a time i na katalitičko ponašanje dehidracije metanola u dimetil eter (DME). NH3-TPD pokazuje da ultrazvučno zračenje je poboljšana kiselost H-MOR katalizatora i stoga je katalitičke performanse za stvaranje DME. (Aboul-Gheit i sur., 2014.)

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

SEM ultrazvučnog H-MOR-a pomoću različitih medija
Studija i slike: ©Aboul-Gheit i sur., 2014

Gotovo sva komercijalna DME proizvodi se dehidracijom metanola pomoću različitih katalizatora krute kiseline kao što su zeoliti, sillica-glinica, glinica, Al2O3–B2O3itd. sljedećom reakcijom:
2CH3OH <—> Ch3OCH3 +H2O(-22,6k jmol-1)

Koshbin i Haghighi (2013) pripremili su CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 nanokatalizatori kombiniranom co-precipitation-ultrazvučnom metodom. Istraživački tim je otkrio "da korištenje ultrazvučne energije ima veliki utjecaj na disperziju funkcije hidrogenacije CO, a time i na performanse sinteze DME- a. Trajnost ultrazvukom potpomognutog sintetiziranog nanokatalizatora istražena je tijekom syngasa na DME reakciju. Nanokatalizator gubi zanemarivu aktivnost tijekom reakcije zbog stvaranja koksa na bakrenim vrstama." [Khoshbin i Haghighi, 2013.]

Ultrasonically precipitated gamma-Al2O3 nano-catalyst, which shows high efficiency in DME conversion.Alternativni ne-zeolitni nano-katalizator, koji je također vrlo učinkovit u promicanju DME pretvorbe, je nano-veličine porozni γ-glinica katalizator. Nano-veličina porozne γ-glinice uspješno je sintetizirana oborinama pod ultrazvučnim miješanjem. Sonokemijski tretman potiče sintezu nano čestica. (usp. Rahmanpour et al., 2012.)

Zašto su ultrazvučno pripremljeni nano-katalizatori superiorniji?

Za proizvodnju heterogenih katalizatora često su potrebni materijali visoke dodane vrijednosti kao što su plemeniti metali. To čini katalizatore skupim i stoga su poboljšanje učinkovitosti, kao i produljenje životnog ciklusa katalizatora važni ekonomski čimbenici. Među metodama pripreme nanokatalizatora, sonokemijska tehnika se smatra vrlo učinkovitom metodom. Sposobnost ultrazvuka za stvaranje visoko reaktivnih površina, za poboljšanje miješanja i povećanje masovnog transporta čini ga posebno obećavajućom tehnikom za istraživanje pripreme i aktivacije katalizatora. Može proizvesti homogene i raspršene nanočestice bez potrebe za skupim instrumentima i ekstremnim uvjetima.
U nekoliko istraživačkih studija znanstvenici su došli do zaključka da je ultrazvučni pripravak katalizatora najpovoljnija metoda za proizvodnju homogenih nano-katalizatora. Među metodama pripreme nanokatalizatora, sonokemijska tehnika se smatra vrlo učinkovitom metodom. Sposobnost intenzivnog ultrazvukom za stvaranje visoko reaktivnih površina, za poboljšanje miješanja i povećanje masovnog transporta čini ga posebno obećavajućom tehnikom za istraživanje pripreme i aktivacije katalizatora. Može proizvesti homogene i raspršene nanočestice bez potrebe za skupim instrumentima i ekstremnim uvjetima. (usp. Koshbin i Haghighi, 2014.)

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

Sonokemijska sinteza rezultira vrlo aktivnim nano-strukturiranim CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 katalizatorom.
Studija i slika: Khoshbin i 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!)

Shematski prikaz učinaka akustične kavitacije na modifikaciju metalnih čestica. Metali s niskom točkom taljenja (MP) kao cink (Zn) potpuno su oksidirani; metali s visokom točkom taljenja poput nikla (Ni) i titana (Ti) pokazuju modifikaciju površine pod ultrazvukom. Aluminij (Al) i magnezij (Mg) tvore mezoporozne strukture. Nobelovi metali su otporni na ultrazvučno zračenje zbog svoje stabilnosti protiv oksidacije. Točke taljenja metala navedene su u stupnjevima Kelvin (K).

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


High Performance Ultrasonicators za sintezu mezopornih katalizatora

Sonokemijska oprema za sintezu nano-katalizatora visokih performansi lako je dostupna u bilo kojoj veličini – od kompaktnih laboratorijskih ultrasonicators do potpuno industrijskih ultrazvučnih reaktora. Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira high-power ultrasonicators. Svi ultrazvučni sustavi izrađeni su u sjedištu u Teltowu u Njemačkoj i distribuirani od tamo širom svijeta.
Hielscher ultrasonicators can be remotely controlled via browser control. Sonication parameters can be monitored and adjusted precisely to the process requirements.Sofisticirani hardver i pametni softver Hielscher ultrasonicators dizajnirani su kako bi jamčili pouzdan rad, ponovljive ishode, kao i jednostavnost korištenja. Hielscher ultrasonicators su robusni i pouzdani, što omogućuje ugradnju i rad u teškim uvjetima. Operativnim postavkama može se jednostavno pristupiti i birati putem intuitivnog izbornika, kojem se može pristupiti putem digitalnog zaslona osjetljivog na dodir u boji i daljinskog upravljača preglednika. Stoga se svi uvjeti obrade kao što su neto energija, ukupna energija, amplituda, vrijeme, tlak i temperatura automatski bilježe na ugrađenoj SD kartici. To vam omogućuje da revidirate i usporedite prethodne sonication staze i optimizirati sintezu i funkcionalizaciju nano-katalizatora na najvišu učinkovitost.
Hielscher Ultrasonics sustavi koriste se širom svijeta za sonokemijske procese sinteze i dokazano su pouzdani za sintezu visokokvalitetnih zeolitnih nano-katalizatora, kao i derivata zeolita. Hielscher industrijski ultrasonicators lako može pokrenuti visoke amplitude u kontinuiranom radu (24/7/365). Amplitude do 200 μm mogu se lako kontinuirano generirati standardnim sonotrodama (ultrazvučne sonde / rogovi). Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Zbog svoje robusnosti i niskog održavanja, naši ultrasonicators su obično instalirani za teške primjene iu zahtjevnim okruženjima.
Hielscher ultrazvučni procesori za sonokemijske sinteze, funkcionalizacija, nano-strukturiranje i deaglomeracija već su instalirani širom svijeta u komercijalnim razmjerima. Obratite nam se sada kako biste razgovarali o vašem procesu proizvodnje nano-katalizatora! Naše dobro iskusno osoblje rado će podijeliti više informacija o putu sinteze sonokemije, ultrazvučnim sustavima i cijenama!
Uz prednost ultrazvučne metode sinteze, vaša mezoporna proizvodnja nano-katalizatora bit će izvrsna u učinkovitosti, jednostavnosti i niskoj cijeni u usporedbi s drugim procesima sinteze katalizatora!

Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Batch Volumen Protok Preporučeni uređaji
1 do 500 mL 10 do 200 mL / min UP100H
10 do 2000 ml 20 do 400 mL / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L / min UIP2000hdT
10 do 100L 2 do 10 l / min UIP4000hdT
N.a. 10 do 100 l / min UIP16000
N.a. veći grozd UIP16000

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

Zatražite dodatne informacije

Molimo koristite obrazac u nastavku kako biste zatražili dodatne informacije o ultrazvučnim procesorima, aplikacijama i cijeni. Rado ćemo razgovarati o vašem procesu s vama i ponuditi vam ultrazvučni sustav koji zadovoljava vaše zahtjeve!









Molimo, imajte na umu da je pravila o privatnosti,


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

Dr. Andreeva-Bäumler, Sveučilište u Bayreuthu, surađuje s ultrasonicator UIP1000hdT nano-strukturiranju metala kako bi se dobili vrhunski katalizatori.


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

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.



Književnost / Reference


Činjenice koje vrijedi znati

Dimetil eter (DME) kao gorivo

Jedna od glavnih predviđenih uporaba dimetil etera je njegova primjena kao zamjena za propan u UNP-u (tekući propanski plin), koji se koristi kao gorivo za vozila, u kućanstvima i industriji. U autoplinu propana, dimetil eter se također može koristiti kao mješavina.
Nadalje, DME je također obećavajuće gorivo za dizelske motore i plinske turbine. Za dizelske motore, visok broj cetana od 55, u usporedbi s dizelskim gorivom iz nafte s cetanskim brojevima od 40-53, vrlo je povoljan. Potrebne su samo umjerene modifikacije kako bi dizelski motor mogao izgorjeti dimetil eter. Jednostavnost ovog spoja kratkog ugljikova lanca dovodi tijekom izgaranja do vrlo niskih emisija čestica. Iz tih razloga, osim što je bez sumpora, dimetil eter zadovoljava čak i najstrože propise o emisijama u Europi (EURO5), SAD-u (SAD 2010) i Japanu (Japan 2009).


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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi Laboratorija do industrijske veličine.