Ultrahangos előkészítése katalizátorok dimetil-éter (DME) átalakítás

A dimetil-éter (DME) egy kedvező alternatív üzemanyag, amely metanolból, CO-ból szintetizálható2 vagy szingas katalízissel. A DME-re való katalitikus átalakításhoz erős katalizátorokra van szükség. Nano méretű mezopotámiai katalizátorok, mint például a mezopotámiai savas zeolitok, díszített zeolitok vagy nano méretű fém katalizátorok, mint például alumínium vagy réz jelentősen javíthatják a DME átalakítását. A nagy intenzitású ultrahang a kiváló technika a nagy reaktív nano-katalizátorok előállításához. Tudjon meg többet arról, hogyan kell használni az ultrahangosságot a kiváló reaktivitással és szelektivitással rendelkező mikro- és mezopotámiai katalizátorok előállításához!

Kétfunkciós katalizátorok a közvetlen DME átalakításhoz

A dimetil-éter (DME) előállítása jól bevált ipari folyamat, amely két lépésre oszlik: először is a szingáz katalitikus hidrogénezése metanollá (CO / CO2 + 3H2 → CH3OH + H2HO) és másodszor, a metanol későbbi katalitikus dehidratációja a sav-katalizátorok felett (2CH3OH → CH3OCH3 + H2O). Ennek a kétlépcsős DME szintézisnek a fő korlátja a metanolszintézis fázisában az alacsony termodinamika, ami alacsony gázátalakulást eredményez áthaladásonként (15-25%). Ezáltal magas recirkulációs arányok, valamint magas tőke- és működési költségek jelentkeznek.
E termodinamikai korlát leküzdése érdekében a közvetlen DME szintézis lényegesen kedvezőbb: A közvetlen DME átalakításban a metanol szintézis lépése egyetlen reaktor dehidratációs lépésével párosul
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).

Információkérés




Jegyezzük fel Adatvédelmi irányelvek.


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.

Az ultrahangos UIP2000hdT (2kW) az átfolyásos reaktorral a mezopotámiai nanokatalizátorok (pl. díszített zeolitok) szonokémiai szintézisére szolgáló általánosan használt beállítás.

A DME közvetlen szintézise lehetővé teszi az egy lépésre jutó átváltási szintek 19%-ig történő növelését, ami jelentős költségcsökkentést jelent a DME beruházási és működési termelési költségei tekintetében. A becslések alapján a közvetlen szintézisben lévő DME termelési költség 20-30%-kal csökken a hagyományos kétlépcsős konverziós folyamathoz képest. A közvetlen DME szintézisút működtetéséhez rendkívül hatékony hibrid bifunkcionális katalitikus rendszerre van szükség. A szükséges katalizátornak fel kell ajánlania a CO / CO2 hidrogénezés funkcionalitását a metanol szintézishez és a savas funkciókat, amelyek segítik a metanol dehidratálását. (vö. 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.

Dimetil-éter (DME) közvetlen szintézise szingázból kétfunkciós katalizátoron.
(© Millán et al. 2020)

Szintézise erősen reaktív katalizátorok DME átalakítás segítségével Power-Ultrahang

A dimetil-éter átalakítás katalizátorainak reakcióképessége és szelektivitása jelentősen javítható ultrahangos kezeléssel. Zeolitok, például savas zeolitok (pl. aluminoszilicát zeolit HZSM-5) és díszített zeolitok (pl. CuO/ZnO/Al2O3) a DME-gyártásban sikeresen használt fő katalizátorok.

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

A CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 hibrid ko-csapadék-ultrahang szintézise, amelyet a szingas és a dimetil-éter közvetlen konvergenciájában használnak zöld üzemanyagként.
Tanulmány és kép: Khoshbin és Haghighi, 2013.]

A zeolitok klórozása és fluorizálása hatékony módszerek a katalitikus savasság hangolására. A klórozott és fluorozott zeolit katalizátorokat zeolitok (H-ZSM-5, H-MOR vagy H-Y) impregnálásával készítették két halogén prekurzor (ammónium-klorid és ammónium-fluorid) felhasználásával az Aboul-Fotouh kutatócsoportjának tanulmányában. Az ultrahangos besugárzás hatását úgy értékelték, hogy mindkét halogén prekurzort dimetil-ether (DME) előállítására optimalizálták metanol dehidratációval egy rögzített ágyas reaktorban. Összehasonlító DME katalízis vizsgálat kimutatta, hogy a halogénezett zeolit katalizátorok alatt ultrahangos besugárzás azt mutatják, nagyobb teljesítményt DME kialakulását. (Aboul-Fotouh és mtsai., 2016)
Egy másik tanulmányban a kutatócsoport megvizsgálta az összes fontos ultrahangos változót, amely a metanol H-MOR zeolit katalizátorokon való dehidratációja során találkozott, hogy dimetil-etteret állítson elő. A Sonication eperiments, a kutatócsoport használta a Hielscher UP50H szonda típusú ultrahangos. Pásztázó elektronmikroszkóp (SEM) képalkotó a szonikált H-MOR zeolit (Mordenite zeolit) tisztázta, hogy a metanol önmagában használt ultrahangos közeg ad a legjobb eredményt a homogenitása részecskeméretek képest a kezeletlen katalizátor, ahol nagy agglomerátumok és nem homogén klaszterek jelentek meg. Ezek az eredmények igazolták, hogy az ultrahangos kezelés mély hatással van az egység sejtfelbontására, és így a metanol dimetil-éterre (DME) történő dehidratálásának katalitikus viselkedésére. NH3-TPD azt mutatja, hogy ultrahang besugárzás növelte a savasság a H-MOR katalizátor, és ezért katalitikus teljesítményt DME kialakulását. (Aboul-Gheit et al., 2014)

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

SEM ultrahangos H-MOR különböző adathordozókon
Tanulmány és képek: ©Aboul-Gheit et al., 2014

Szinte minden kereskedelmi DME-t a metanol dehidratálásával állítanak elő különböző szilárd sav katalizátorokkal, mint például zeolitok, sillica-timföld, timföld, Al2O3–B2O3, stb. a következő reakcióval:
2CH3Ó <—> Ch3OCH3 +H2O(-22.6k jmol-1)

Koshbin és Haghighi (2013) elkészítette a CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 nanokatalizonok kombinált együttcsapás-ultrahang módszerrel. A kutatócsoport megállapította, hogy "az ultrahang energia alkalmazása nagy hatással van a CO hidrogénező funkció diszperziós hatására, és következésképpen a DME szintézis teljesítményére. Az ultrahang által támogatott szintetizált nanokatalizátor tartósságát vizsgálták a syngas-DME reakció során. A nanokataliszter a rézfajok kokszképződése miatt a reakció során elhanyagolható aktivitást veszít." [Khoshbin és Haghighi, 2013.]

Ultrasonically precipitated gamma-Al2O3 nano-catalyst, which shows high efficiency in DME conversion.Egy alternatív, nem zeolit nano-katalizátor, amely szintén nagyon hatékony a DME átalakítás előmozdításában, egy nano méretű porózus γ timföld katalizátor. Nano méretű porózus γ-timföld sikeresen szintetizált csapadék alatt ultrahangos keverés. A szonokémiai kezelés elősegíti a nanorészecskék szintézisét. (vö. Rahmanpour és mtsai., 2012)

Miért ultrahangosan elkészített Nano-Katalizátorok Superior?

A heterogén katalizátorok előállításához gyakran magas hozzáadott értékű anyagokra, például nemesfémekre van szükség. Ez költségessé teszi a katalizátorokat, ezért a hatékonyság növelése, valamint a katalizátorok életciklusának meghosszabbítása fontos gazdasági tényezők. A nanokataliziszták előkészítési módszerei közül a szonokémiai technikát rendkívül hatékony módszernek tekintik. Az ultrahang képessége, hogy rendkívül reaktív felületeket hozzon létre, javítsa a keverést és növelje a tömegszállítást, különösen ígéretes technikává teszi a katalizátor előkészítésének és aktiválásának feltárását. Homogén és diszpergált nanorészecskéket képes előállítani drága műszerek és szélsőséges körülmények nélkül.
Számos kutatási tanulmányban a tudósok arra a következtetésre jutnak, hogy az ultrahangos katalizátor-előkészítés a homogén nano-katalizátorok előállításának legelőnyösebb módszere. A nanokataliziszták előkészítési módszerei közül a szonokémiai technikát rendkívül hatékony módszernek tekintik. Az intenzív szonikálás képessége, hogy rendkívül reaktív felületeket hozzon létre, javítsa a keverést és növelje a tömegszállítást, különösen ígéretes technikává teszi a katalizátor előkészítésének és aktiválásának feltárását. Homogén és diszpergált nanorészecskéket képes előállítani drága műszerek és szélsőséges körülmények nélkül. (vö. Koshbin és Haghighi, 2014)

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

A szonokémiai szintézis egy rendkívül aktív nanoszerkezetű CuO–ZnO–Al2O3/HZSM–5 katalizátort eredményez.
Tanulmány és kép: Khoshbin és 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!)

Az akusztikus kavitáció fémrészecskék módosítására gyakorolt hatásainak sematikus bemutatása. Az alacsony olvadáspontú (MP) fémek, mint a cink (Zn) teljesen oxidáltak; a magas olvadáspontú fémek, mint a nikkel (Ni) és a titán (Ti) felületmódosítást mutatnak szonikáció alatt. Az alumínium (Al) és a magnézium (Mg) mezopotámiai szerkezeteket alkot. A Nobel-fémek ellenállnak az ultrahang besugárzásának az oxidációval szembeni stabilitásuk miatt. A fémek olvadási pontjait Kelvin (K) fokban határozták meg.

Információkérés




Jegyezzük fel Adatvédelmi irányelvek.


Nagy teljesítményű ultrahangosok a mezopotámiai katalizátorok szintéziséhez

A nagy teljesítményű nano-katalizátorok szintézisére szolgáló szonokémiai berendezések bármilyen méretben könnyen elérhetők – a kompakt labor ultrahangosátoroktól a teljesen ipari ultrahangos reaktorokig. A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos eket tervez, gyárt és forgalmaz. Minden ultrahangos rendszerek készülnek a székhely teltow, Németország és elosztott onnan a világ minden tájáról.
Hielscher ultrasonicators can be remotely controlled via browser control. Sonication parameters can be monitored and adjusted precisely to the process requirements.A Hielscher ultrahangos készülék kifinomult hardverét és intelligens szoftverét úgy tervezték, hogy garantálja a megbízható működést, a reprodukálható eredményeket és a felhasználóbarátságot. A Hielscher ultrahangosok robusztusak és megbízhatóak, ami lehetővé teszi a nagy teherbírású körülmények között való telepítést és üzemeltetést. Az üzemeltetési beállítások könnyen elérhetők és tárcsázhatók intuitív menün keresztül, amely digitális színes érintőképernyővel és böngésző távirányítóval érhető el. Ezért minden feldolgozási feltétel, például a nettó energia, a teljes energia, az amplitúdó, az idő, a nyomás és a hőmérséklet automatikusan rögzítésre kerül egy beépített SD-kártyán. Ez lehetővé teszi a korábbi ultrahangos futások felülvizsgálatát és összehasonlítását, valamint a nano-katalizátorok szintézisének és funkcionalizálásának optimalizálását a legnagyobb hatékonyság érdekében.
A Hielscher Ultrasonics rendszereket világszerte használják szonokémiai szintézisi folyamatokhoz, és bizonyítottan megbízhatóak a kiváló minőségű zeolit nano-katalizátorok, valamint a zeolit származékok szintéziséhez. A Hielscher ipari ultrahangos sugárzók folyamatos működés mellett könnyen képesek nagy amplitúdók működtetésére (24/7/365). Az akár 200 μm amplitúdók könnyen folyamatosan előállhatók szabványos szonotródokkal (ultrahangos szondák / szarvak). A még nagyobb amplitúdókhoz testreszabott ultrahangos szonotródok állnak rendelkezésre. Robusztusságuk és alacsony karbantartásuk miatt ultrahangos sugárzóinkat általában nagy teherbírású alkalmazásokhoz és igényes környezetekhez szerelik fel.
Hielscher ultrahangos processzorok szonokémiai szintetizátorok, funkcionalizálás, nano-strukturálás és deagglomeration már telepítve van világszerte kereskedelmi méretekben. Vegye fel velünk a kapcsolatot most, hogy megvitassák a nano-katalizátor gyártási folyamat! Tapasztalt munkatársaink örömmel osztanak meg további információkat a szonokémiai szintézis útvonaláról, ultrahangos rendszerekről és árképzésről!
Az ultrahangos szintézis módszerének előnyével a mezopotámiai nano-katalizátor gyártás a hatékonyságban, az egyszerűségben és az alacsony költségben kiemelkedik más katalizátor szintézisi folyamatokhoz képest!

Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi:

Kötegelt mennyiség Áramlási sebesség Ajánlott eszközök
1 - 500 ml 10-200 ml / perc UP100H
10-2000 ml 20-400 ml / perc Uf200 ः t, UP400St
0.1-20L 02 - 4 L / perc UIP2000hdT
10-100 liter 2 - 10 l / perc UIP4000hdT
na 10 - 100 l / perc UIP16000
na nagyobb klaszter UIP16000

Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezz minket!

Kérjen bővebb információt

Kérjük, használja az alábbi űrlapot, hogy kérjen további információkat ultrahangos processzorok, alkalmazások és az ár. Örömmel megvitatjuk önnel a folyamatot, és olyan ultrahangos rendszert kínálunk Önnek, amely megfelel az Ön igényeinek!









Kérjük, vegye figyelembe Adatvédelmi irányelvek.


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

Dr. Andreeva-Bäumler, Bayreuth Egyetem, dolgozik a ultrahangos UIP1000hdT a fémek nanoszerkezetéről a kiváló katalizátorok elérése érdekében.


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

Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok keverésalkalmazások, diszperziós, emulgeálás és extrakciós laboratóriumi, kísérleti és ipari méretű.



Irodalom / Referenciák


Tudni érdemes

Dimetil-éter (DME) mint üzemanyag

A dimetil-éter egyik fő tervezett felhasználási módja a propán helyettesítésére történő alkalmazása a PB-gázban (folyékony propángáz), amelyet járművek üzemanyagaként használnak a háztartásokban és az iparban. A propán-autogázban a dimetil-éter keverékként is használható.
Ezenkívül a DME ígéretes üzemanyag a dízelmotorok és a gázturbinák számára is. A dízelmotorok esetében a magas, 55-ös cetszám, szemben a 40–53-as cetszámú kőolajból származó dízelüzemanyag számával, rendkívül előnyös. Csak mérsékelt módosításokra van szükség ahhoz, hogy a dízelmotor dimetil-éter égjen. Ennek a rövid szénláncú vegyületnek az egyszerűsége az égés során nagyon alacsony szállópor-kibocsátáshoz vezet. Ezen okok miatt, valamint a kén-mentes, dimetil-éter megfelel még a legszigorúbb kibocsátási előírások Európában (EURO5), az Egyesült Államokban (USA 2010) és Japánban (2009 Japán).


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 Ultrahang gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok Labor nak nek ipari méretben.