Դիմեթիլ եթերի (DME) փոխակերպման համար կատալիզատորների ուլտրաձայնային պատրաստում
Երկկողմանի DME- ի փոխակերպման կատալիզատորներ
Դիմեթիլ եթերի (DME) արտադրությունը լավ հաստատված արդյունաբերական գործընթաց է, որը բաժանված է երկու քայլի.2 + 3H2 → CH3ՕՀ + Հ2HO) և երկրորդ ՝ մեթանոլի հետագա կատալիտիկ ջրազրկումը թթվային կատալիզատորների վրա առաջացնելու համար (2CH3ՕՀ → CH3ՕՉ3 + Հ2Օ): Այս երկաստիճան DME սինթեզի հիմնական սահմանափակումը կապված է մեթանոլի սինթեզի փուլում ցածր ջերմադինամիկայի հետ, ինչը հանգեցնում է մեկ անցման գազի ցածր փոխակերպման (15-25%): Այսպիսով, տեղի են ունենում շրջանառության բարձր գործակիցներ, ինչպես նաև բարձր կապիտալ և գործառնական ծախսեր:
Այս թերմոդինամիկ սահմանափակումը հաղթահարելու համար DME- ի ուղղակի սինթեզը զգալիորեն ավելի բարենպաստ է. DME- ի ուղղակի փոխակերպման դեպքում մեթանոլի սինթեզման քայլը զուգորդվում է մեկ ռեակտորի ջրազրկման քայլի հետ:
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3ՕՉ3 + 3H2O):
Ուլտրաձայնային սարք UIP2000hdT (2 կՎտ) հոսող ռեակտորով սովորաբար օգտագործվում է միջերկրածովային նանոկատալիզատորների (օրինակ `զարդարված զեոլիտների) սոնոքիմիական սինթեզի համար օգտագործվող կարգավորումը:
Դիմեթիլ էթերի (DME) անմիջական սինթեզ սինգազից երկկողմանի կատալիզատորի վրա:
(© Millán et al. 2020)
Բարձր ռեակտիվ կատալիզատորների սինթեզ DME փոխակերպման համար `Power-Ultrasound- ի միջոցով
Դիմեթիլ էթերի փոխակերպման համար կատալիզատորների ռեակտիվությունն ու ընտրողականությունը կարող են զգալիորեն բարելավվել ուլտրաձայնային բուժման միջոցով: Zeեոլիտներ, ինչպիսիք են թթվային զեոլիտները (օրինակ ՝ ալյումինոսիլիկատային ցեոլիտ HZSM-5) և զարդարված զեոլիտները (օրինակ ՝ CuO/ZnO/Al- ով2The3) հիմնական կատալիզատորներն են, որոնք հաջողությամբ օգտագործվում են DME արտադրության համար:
CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5- ի հիբրիդային տեղումներ-ուլտրաձայնային սինթեզ, որն օգտագործվում է սինգազի ուղիղ փոխակերպման մեջ դիմեթիլ էթերին որպես կանաչ վառելիք:
Ուսումնասիրություն և նկար ՝ Խոշբին և Հաղիղի, 2013 թ .:]
Zeեոլիտների քլորացումը և ֆտորացումը կատալիտիկ թթվայնությունը կարգավորելու արդյունավետ մեթոդներ են: Քլորացված և ֆտորացված ցեոլիտի կատալիզատորները պատրաստվել են ցեոլիտների (H-ZSM-5, H-MOR կամ HY) ներծծմամբ `օգտագործելով երկու հալոգենային պրեկուրսորներ (ամոնիումի քլորիդ և ամոնիումի ֆտորիդ)` Աբուլ-Ֆոտուհ հետազոտական խմբի հետազոտության ընթացքում: Ուլտրաձայնային ճառագայթման ազդեցությունը գնահատվել է ֆիքսված անկողնային ռեակտորում մեթանոլի ջրազրկման միջոցով դիմեթիլեթերի (DME) արտադրության համար հալոգենային պրեկուրսորների օպտիմալացման համար: DME կատալիզի համեմատական փորձարկումը պարզեց, որ ուլտրաձայնային ճառագայթման տակ պատրաստված հալոգենացված ցեոլիտի կատալիզատորները ցույց են տալիս DME ձևավորման ավելի բարձր կատարողականություն: (Aboul-Fotouh et al., 2016)
Մեկ այլ ուսումնասիրության ընթացքում հետազոտական խումբը ուսումնասիրեց ուլտրաձայնայնացման բոլոր կարևոր փոփոխականները, որոնք հանդիպել են H-MOR ցեոլիտի կատալիզատորների վրա մեթանոլի ջրազրկման ժամանակ `դիմեթելեթեր արտադրելու համար: Իր Sonication փորձերի համար հետազոտական խումբը օգտագործեց Hielscher UP50H զոնդի տիպի ուլտրաձայնային սարք. Սկանավորվող էլեկտրոնային մանրադիտակի (SEM) պատկերված sonicized H-MOR ցեոլիտի (մորդենիտե ցեոլիտ) պարզաբանել են, որ մեթանոլն ինքնին որպես ուլտրաձայնային միջավայր լավագույն արդյունքն է տալիս չմշակված կատալիզատորի համեմատ մասնիկների չափերի համասեռության վերաբերյալ: -հայտնվել են միատարր կլաստերներ: Այս գտածոները հաստատեցին, որ ուլտրաձայնային հետազոտությունը խոր ազդեցություն ունի բջիջների բջիջների որոշման և, հետևաբար, մեթանոլի ջրազրկման կատալիզացնող վարքագծի վրա (DME): NH3-TPD- ն ցույց է տալիս, որ ուլտրաձայնային ճառագայթումը բարձրացրել է H-MOR կատալիզատորի թթվայնությունը և, հետևաբար, դա կատալիզացնող ազդեցություն ունի DME ձևավորման համար: (Աբուլ-heեյթ և այլոք, 2014 թ.)
Ուլտրաձայնային H-MOR- ի SEM `օգտագործելով տարբեր լրատվամիջոցներ
Ուսումնասիրություն և նկարներ. © Aboul-Gheit et al., 2014
Գրեթե բոլոր առևտրային DME- ն արտադրվում է մեթանոլի ջրազրկումից `օգտագործելով տարբեր պինդ-թթու կատալիզատորներ, ինչպիսիք են` զեոլիտները, սիլիկա-կավահողը, կավահողը, Ալ2The3- Բ2The3և այլն ՝ հետևյալ արձագանքով.
2CH3ՕՀ <—> CH3ՕՉ3 +Հ2Օ (-22.6k jmol)-1)
Կոշբինը և Հաղիղին (2013) պատրաստել են CuO – ZnO – Al2The3/HZSM-5 նանոկատալիզատորներ համակցված տեղումներ-ուլտրաձայնային մեթոդի միջոցով: Հետազոտական խումբը պարզել է, որ «ուլտրաձայնային էներգիայի օգտագործումը մեծ ազդեցություն ունի CO- ի հիդրոգենացման գործառույթի ցրման և, հետևաբար, DME սինթեզի աշխատանքի վրա: Ուլտրաձայնային օժանդակությամբ սինթեզված նանոկատալիզատորի ամրությունը հետազոտվել է DME ռեակցիայի սինգազի ժամանակ: Նանոկատալիզատորը կորցնում է աննշան ակտիվությունը ռեակցիայի ընթացքում ՝ պղնձի տեսակների վրա կոկերի ձևավորման պատճառով »: [Խոշբին և Հաղիղի, 2013 թ.]
Այլընտրանքային ոչ-ցեոլիտային նանոկալիզատորը, որը նույնպես շատ արդյունավետ է DME- ի փոխակերպումը խթանելու համար, նանո չափի ծակոտկեն γ-ալյումինային կատալիզատոր է: Նանո չափի ծակոտկեն γ- ալյումինը հաջողությամբ սինթեզվել է տեղումների միջոցով ուլտրաձայնային խառնուրդի ներքո: Սոնոքիմիական բուժումը նպաստում է նանո մասնիկների սինթեզին: (հմմտ. Ռահմանփուր և այլոք, 2012 թ.)
Ինչու են ուլտրաձայնային պատրաստված նանոկատալիզատորները գերազանցում:
Տարբեր կատալիզատորների արտադրության համար հաճախ պահանջվում է բարձր հավելյալ արժեք ունեցող նյութեր, ինչպիսիք են թանկարժեք մետաղները: Սա թանկարժեք է դարձնում կատալիզատորները և, հետևաբար, արդյունավետության բարձրացումը, ինչպես նաև կատալիզատորների կյանքի ցիկլի երկարացումը կարևոր տնտեսական գործոններ են: Նանոկատալիզատորների պատրաստման մեթոդներից սոնոքիմիական տեխնիկան համարվում է բարձր արդյունավետ մեթոդ: Ուլտրաձայնային ունակությունը բարձր ռեակտիվ մակերեսներ ստեղծելու, խառնուրդը բարելավելու և զանգվածային փոխադրումը մեծացնելու համար այն դարձնում է հատկապես խոստումնալից տեխնիկա `կատալիզատորի պատրաստման և ակտիվացման համար: Այն կարող է արտադրել միատարր և ցրված նանոմասնիկներ ՝ առանց թանկարժեք գործիքների և ծայրահեղ պայմանների անհրաժեշտության:
Մի քանի հետազոտական հետազոտությունների արդյունքում գիտնականները գալիս են այն եզրակացության, որ ուլտրաձայնային կատալիզատորի պատրաստումը համասեռ նանոկատալիզատորների արտադրության առավել շահավետ մեթոդն է: Նանոկատալիզատորների պատրաստման մեթոդներից սոնոքիմիական տեխնիկան համարվում է բարձր արդյունավետ մեթոդ: Բարձր ռեակտիվ մակերեսներ ստեղծելու, խառնուրդը բարելավելու և զանգվածային փոխադրումը բարձրացնելու ինտենսիվ ձայնայնացման ունակությունը այն դարձնում է հատկապես խոստումնալից տեխնիկա կատալիզատորի պատրաստման և ակտիվացման համար: Այն կարող է արտադրել միատարր և ցրված նանոմասնիկներ ՝ առանց թանկարժեք գործիքների և ծայրահեղ պայմանների անհրաժեշտության: (տես Կոշբին և Հաղիղի, 2014)
Սոնոքիմիական սինթեզը հանգեցնում է բարձր ակտիվ նանոկառուցված CuO – ZnO – Al2O3/HZSM-5 կատալիզատորի:
Ուսումնասիրություն և նկար ՝ Խոշբին և Հաղիղի, 2013:
Ակուստիկ կավիտացիայի ազդեցությունների սխեմատիկ ներկայացում մետաղի մասնիկների փոփոխման վրա: Melինկի (Zn) ցածր հալման կետով (ՄՊ) մետաղներն ամբողջությամբ օքսիդացված են. նիկելի (Ni) և տիտանի (Ti) նման հալման բարձր կետ ունեցող մետաղները ցուցադրում են մակերևույթի փոփոխություն ձայնամեկուսացման ընթացքում: Ալյումինը (Al) և մագնեզիումը (Mg) կազմում են միջերկրածովային կառուցվածքներ: Նոբելյան մետաղները դիմացկուն են ուլտրաձայնային ճառագայթման `օքսիդացման դեմ կայունության պատճառով: Մետաղների հալման կետերը նշված են Կելվինի (K) աստիճաններով:
High Performance Ultrasonicators for the Synthesis of Mesoporous Catalysts
Բարձրորակ նանո-կատալիզատորների սինթեզման սոնոքիմիական սարքավորումները մատչելի են ցանկացած չափի – կոմպակտ լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքերից մինչև լիովին արդյունաբերական ուլտրաձայնային ռեակտորներ: Hielscher Ultrasonics- ը նախագծում, արտադրում և տարածում է բարձր հզորության ուլտրաձայնային սարքավորումներ: Բոլոր ուլտրաձայնային համակարգերը պատրաստվում են Գերմանիայի Տելտոու քաղաքում գտնվող շտաբ -բնակարանում և այնտեղից բաշխվում են ամբողջ աշխարհում:
Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի բարդ ապարատային և խելացի ծրագրակազմը նախատեսված է երաշխավորելու հուսալի շահագործում, վերարտադրելի արդյունքներ, ինչպես նաև օգտագործողի բարեկամականություն: Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը ամուր և հուսալի են, ինչը թույլ է տալիս տեղադրվել և գործել ծանր աշխատանքի պայմաններում: Գործառնական կարգավորումները կարելի է հեշտությամբ մուտք գործել և հավաքել ինտուիտիվ ընտրացանկի միջոցով, որին կարելի է մուտք գործել թվային գունավոր հպման էկրանով և զննարկչի հեռակառավարմամբ: Հետևաբար, մշակման բոլոր պայմանները, ինչպիսիք են զուտ էներգիան, ընդհանուր էներգիան, ամպլիտուդը, ժամանակը, ճնշումը և ջերմաստիճանը, ինքնաբերաբար գրանցվում են ներկառուցված SD քարտի վրա: Սա թույլ է տալիս վերանայել և համեմատել սոնիկացիայի նախորդ գործողությունները և օպտիմալացնել նանո-կատալիզատորների սինթեզն ու ֆունկցիոնալացումը `առավելագույն արդյունավետության:
Hielscher Ultrasonics համակարգերն ամբողջ աշխարհում օգտագործվում են սոնոքիմիական սինթեզի գործընթացների համար և ապացուցված են, որ հուսալի են բարձրորակ զեոլիտի նանոկատալիզատորի, ինչպես նաև ցեոլիտի ածանցյալների սինթեզի համար: Hielscher արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքերը կարող են անընդհատ աշխատել բարձր ամպլիտուդներով (24/7/365): Մինչև 200 մկմ լայնություններ կարելի է հեշտությամբ շարունակաբար ստեղծել ստանդարտ սոնոտրոդներով (ուլտրաձայնային զոնդեր / եղջյուրներ): Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդիաների համար մատչելի են հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ: Շնորհիվ իրենց ամրության և ցածր սպասարկման, մեր ուլտրաձայնային սարքերը սովորաբար տեղադրվում են ծանր աշխատանքների և պահանջվող միջավայրերում:
Hielscher ուլտրաձայնային պրոցեսորները սոնոքիմիական սինթեզների, ֆունկցիոնալացման, նանոկառուցվածքավորման և դեագլոմերացիայի համար արդեն տեղադրված են աշխարհում առևտրային մասշտաբով: Կապվեք մեզ հետ ՝ ձեր նանոկալիզատորների արտադրության գործընթացը քննարկելու համար: Մեր լավ փորձառու անձնակազմը ուրախ կլինի կիսվել լրացուցիչ տեղեկություններով սոնոքիմիական սինթեզի ուղու, ուլտրաձայնային համակարգերի և գնագոյացման վերաբերյալ:
Ուլտրաձայնային սինթեզի մեթոդի առավելությամբ `ձեր միջերկրածովյան նանոկալիզատորների արտադրությունը կգերազանցի արդյունավետությունը, պարզությունը և ցածր արժեքը` համեմատած կատալիզատորի սինթեզի այլ գործընթացների հետ:
Ստորեւ ներկայացված աղյուսակը ձեզ ցույց է տալիս մեր ultrasonicators- ի մոտավոր մշակման հզորությունը:
| խմբաքանակի Volume | Ծախսի Rate | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 1-ից 500 մլ | 10-ից մինչեւ 200 մլ / վրկ | UP100H |
| 10-ից մինչեւ 2000 մլ | 20-ից 400 մլ / վրկ | Uf200 ः տ,, UP400St |
| 01-ից մինչեւ 20 լ | 02-ից 4 լ / րոպե | UIP2000hdT |
| 10-ից 100 լ | 2-ից 10 լ / րոպե | UIP4000hdT |
| na | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000 |
| na | ավելի մեծ | Կլաստերի UIP16000 |
Կապ մեզ հետ | / Հարցրեք մեզ!
Դոկտոր Անդրեևա-Բումլերը, Բայրոյթի համալսարանը, աշխատում է համալսարանի հետ ուլտրաձայնային սարք UIP1000hdT մետաղների նանոկառուցվածքավորման վերաբերյալ `բարձրակարգ կատալիզատորներ ստանալու համար:
Hielscher Ultrasonics- ը արտադրում է բարձրորակ ուլտրաձայնային համասեռացուցիչներ `լաբորատոր, պիլոտային և արդյունաբերական մասշտաբով ծրագրերը խառնելու, ցրելու, էմուլգացման և արդյունահանման համար:
Գրականություն / Հղումներ
- 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.
Փաստեր Worth Իմանալով
Դիմեթիլ Եթեր (DME) որպես վառելիք
Դիմեթիլ եթերի նախատեսվող հիմնական կիրառումներից է դրա կիրառումը որպես պրոպանին փոխարինող LPG- ում (հեղուկ պրոպանի գազ), որն օգտագործվում է որպես վառելիք տրանսպորտային միջոցների, տնային տնտեսությունների և արդյունաբերության մեջ: Պրոպանի ավտոգազում դիմեթիլ եթերը կարող է օգտագործվել նաև որպես խառնուրդ:
Բացի այդ, DME- ն նաև խոստումնալից վառելիք է դիզելային շարժիչների և գազային տուրբինների համար: Դիզելային շարժիչների համար 55 -ից բարձր ցետանային համարը, նավթից դիզելային վառելիքի 40-53 համարներով, շատ ձեռնտու է: Միայն չափավոր փոփոխություններ են անհրաժեշտ `դիզելային շարժիչին դիմեթիլ եթեր այրելու համար: Այս կարճ ածխածնային շղթայի միացության պարզությունը այրման ընթացքում հանգեցնում է մասնիկների շատ ցածր արտանետումների: Այս պատճառներով, ինչպես նաև առանց ծծմբի, դիմեթիլ էթերը բավարարում է նույնիսկ Եվրոպայում (EURO5), ԱՄՆ-ում (ԱՄՆ 2010 թ.) Եվ Japanապոնիայում (2009 թ. Japanապոնիա) արտանետումների ամենախիստ կանոնակարգերը:
Hielscher Ultrasonics- ը արտադրում է բարձրորակ ուլտրաձայնային հոմոգենացնողներից ` Լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական չափը