Persiapan Ultrasonik Katalis untuk Konversi Dimethyl Ether (DME)

Dimethyl ether (DME) adalah bahan bakar alternatif yang menguntungkan, yang dapat disintesis dari metanol, CO2 atau syngas melalui katalisis. Untuk konversi katalitik ke DME, katalis ampuh diperlukan. Katalis mesoporous berukuran nano seperti zeolites asam mesoporous, zeolites yang dihiasi atau katalis logam berukuran nano seperti aluminium atau tembaga dapat meningkatkan konversi DME secara signifikan. ULTRASOUND intensitas tinggi adalah teknik unggul untuk persiapan katalis nano yang sangat reaktif. Pelajari lebih lanjut tentang cara menggunakan ultrasonikasi untuk produksi katalis mikro dan mesoporous dengan reaktivitas dan selektivitas yang sangat baik!

Katalis Bifungsi untuk Konversi DME Langsung

Produksi dimethyl ether (DME) adalah proses industri mapan yang dibagi menjadi dua langkah: pertama, hidrogenasi kataltik syngas menjadi metanol (CO / CO2 + 3H2 → CH3OH + H2HO) dan kedua, dehidrasi katalis berikutnya dari metanol atas katalis asam untuk menghasilkan (2CH3OH → CH3OCH3 H2O). Keterbatasan utama sintesis DME dua langkah ini terkait dengan termodinamika rendah selama fase sintesis metanol, yang menghasilkan konversi gas rendah per lulus (15-25%). Dengan demikian, rasio resirkulasi tinggi serta biaya modal dan operasi yang tinggi terjadi.
Untuk mengatasi keterbatasan termodinamika ini, sintesis DME langsung secara signifikan lebih menguntungkan: Dalam konversi DME langsung, langkah sintesis metanol ditambah dengan langkah dehidrasi dalam satu reaktor
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


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) dengan reaktor flow-through adalah pengaturan yang umum digunakan untuk sintesis sonochemical nanocatalysts mesoporous (misalnya zeolites yang dihiasi).

Sintesis langsung DME memungkinkan peningkatan tingkat konversi per langkah, hingga 19%, yang berarti pengurangan biaya yang signifikan mengenai biaya investasi dan produksi operasional DME. Berdasarkan estimasi, biaya produksi DME dalam sintesis langsung berkurang 20-30% jika dibandingkan dengan proses konversi dua langkah konvensional. Untuk mengoperasikan jalur sintesis DME langsung, sistem kataltik bifungsi hibrida yang sangat efisien diperlukan. Katalis yang diperlukan harus menawarkan fungsionalitas untuk hidrogenasi CO / CO2 untuk sintesis metanol dan fungsi asam, yang membantu dehidrasi metanol. (cf. 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.

Sintesis langsung dimethyl ether (DME) dari syngas pada katalis bifungsi.
(© Millán et al. 2020)

Sintesis Katalis Yang Sangat Reaktif untuk Konversi DME menggunakan Power-ULTRASOUND

Reaktivitas dan selektivitas katalis untuk konversi eter dimetil dapat ditingkatkan secara signifikan melalui perawatan ultrasonik. Zeolites seperti zeolites asam (misalnya, zeolite aluminosilicate HZSM-5) dan zeolites yang dihiasi (misalnya, dengan CuO/ZnO/Al2O3) adalah katalis utama yang berhasil digunakan untuk produksi DME.

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

Sintesis co-precipitation-ultrasound hibrida cuo-ZnO-Al2O3/HZSM-5 digunakan dalam konver-sion langsung syngas ke dimetil eter sebagai bahan bakar hijau.
Studi dan gambar: Khoshbin dan Haghighi, 2013.]

Klorinasi dan fluorinasi zeolites adalah metode yang efektif untuk menyetel keasaman katalat. Katalis zeolite yang diklorinasi dan dimekarkan disiapkan oleh impregnasi zeolites (H-ZSM-5, H-MOR atau H-Y) menggunakan dua prekursor halogen (amonium klorida dan amonium fluoride) dalam penelitian oleh tim peneliti Aboul-Fotouh. Pengaruh iradiasi ultrasonik dievaluasi untuk mengoptimalkan kedua prekursor halogen untuk produksi dimethylether (DME) melalui dehidrasi metanol di reaktor tempat tidur tetap. Uji coba katalis DME komparatif mengungkapkan bahwa katalis zeolite halogenasi yang disiapkan di bawah iradiasi ultrasonik menunjukkan kinerja yang lebih tinggi untuk pembentukan DME. (Aboul-Fotouh dkk., 2016)
Dalam studi lain, tim peneliti menyelidiki semua variabel ultrasonikasi penting yang ditemui selama melakukan dehidrasi metanol pada katalis zeolite H-MOR untuk menghasilkan dimethylether. Untuk eperiment sonikasi mereka, tim peneliti menggunakan Hielscher UP50H probe-jenis ultrasonicator. Pemindaian mikroskop elektron (SEM) pencitraan zeolite H-MOR sonikasi (Mordenite zeolite) telah mengklarifikasi bahwa metanol dengan sendirinya digunakan sebagai media ultrasonikasi memberikan hasil terbaik mengenai homogenitas ukuran partikel dibandingkan dengan katalis yang tidak diobati, di mana aglomerat besar dan kluster non-homogen muncul. Temuan ini bersertifikat bahwa ultrasonikasi memiliki efek mendalam pada resolusi sel unit dan karenanya pada perilaku katalsis dehidrasi metanol untuk dimetil eter (DME). NH3-TPD menunjukkan bahwa iradiasi ultrasound telah meningkatkan keasaman katalis H-MOR dan karenanya kinerja katalis untuk pembentukan DME. (Aboul-Gheit et al., 2014)

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

SEM dari ultrasonicated H-MOR menggunakan media yang berbeda
Studi dan gambar: ©Aboul-Gheit et al., 2014

Hampir semua DME komersial diproduksi oleh dehidrasi metanol menggunakan katalis padat-asam yang berbeda seperti zeolites, sillica-alumina, alumina, Al2O3–B2O3, dll.
2CH (2CH)3OH <—> Ch3OCH3 +H2O(-22,6k jmol-1)

Koshbin dan Haghighi (2013) menyiapkan CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 nanocatalysts melalui metode co-precipitation–ultrasound gabungan. Tim peneliti menemukan "bahwa mempekerjakan energi ultrasound memiliki pengaruh besar pada dispersi fungsi hidrogenasi CO dan akibatnya kinerja sintesis DME. Ketahanan ultrasound dibantu nanocatalyst disintesis diselidiki selama syngas untuk reaksi DME. Nanocatalyst kehilangan aktivitas yang dapat diabaikan selama reaksi karena pembentukan kokas pada spesies tembaga." [Khoshbin dan Haghighi, 2013.]

Ultrasonically precipitated gamma-Al2O3 nano-catalyst, which shows high efficiency in DME conversion.Alternatif nano-catalyst non-zeolite, yang juga sangat efisien dalam mempromosikan konversi DME, adalah katalis γ-alumina berukuran nano. Nano-size porous γ-alumina berhasil disintesis oleh curah hujan di bawah pencampuran ultrasonik. Perawatan sonokimia mempromosikan sintesis partikel nano. (cf. Rahmanpour dkk., 2012)

Mengapa Ultrasonically disiapkan Nano-Katalis Unggul?

Untuk produksi katalis heterogen seringkali diperlukan bahan bernilai tambah tinggi seperti logam mulia. Hal ini membuat katalis mahal dan oleh karena itu, peningkatan efisiensi serta perpanjangan siklus hidup katalis adalah faktor ekonomi penting. Di antara metode persiapan nanocatalysts, teknik sonochemical dianggap sebagai metode yang sangat efisien. Kemampuan ultrasound untuk menciptakan permukaan yang sangat reaktif, untuk meningkatkan pencampuran dan untuk meningkatkan transportasi massal menjadikannya teknik yang sangat menjanjikan untuk mengeksplorasi untuk persiapan dan aktivasi katalis. Ini dapat menghasilkan nanopartikel yang homogen dan tersebar tanpa perlu instrumen mahal dan kondisi ekstrem.
Dalam beberapa penelitian, para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa persiapan katalis ultrasonik adalah metode yang paling menguntungkan untuk produksi katalis nano homogen. Di antara metode persiapan nanocatalysts, teknik sonochemical dianggap sebagai metode yang sangat efisien. Kemampuan sonikasi intens untuk menciptakan permukaan yang sangat reaktif, untuk meningkatkan pencampuran dan meningkatkan transportasi massal menjadikannya teknik yang sangat menjanjikan untuk mengeksplorasi persiapan dan aktivasi katalis. Ini dapat menghasilkan nanopartikel yang homogen dan tersebar tanpa perlu instrumen mahal dan kondisi ekstrem. (cf. Koshbin dan Haghighi, 2014)

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

Sintesis sonokimia menghasilkan katalis CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 yang sangat aktif.
Studi dan gambar: Khoshbin dan 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!)

Presentasi skematik efek kavitasi akustik pada modifikasi partikel logam. Logam dengan titik leleh rendah (MP) sebagai seng (Zn) benar-benar teroksidasi; logam dengan titik leleh tinggi seperti nikel (Ni) dan titanium (Ti) menunjukkan modifikasi permukaan di bawah sonikasi. Aluminium (Al) dan magnesium (Mg) membentuk struktur yang mesoporous. Logam nobel tahan terhadap iradiasi ultrasound karena stabilitasnya terhadap oksidasi. Titik leleh logam ditentukan dalam derajat Kelvin (K).

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Ultrasonicators Kinerja Tinggi untuk Sintesis Katalis Mesoporous

Peralatan sonochemical untuk sintesis nano-katalis berkinerja tinggi sudah tersedia dalam berbagai ukuran – dari ultrasonicators lab kompak untuk reaktor ultrasonik industri penuh. Hielscher Ultrasonics desain, manufaktur, dan mendistribusikan ultrasonikator berdaya tinggi. Semua sistem ultrasonik dibuat di kantor pusat di Teltow, Jerman dan didistribusikan dari sana di seluruh dunia.
Hielscher ultrasonicators can be remotely controlled via browser control. Sonication parameters can be monitored and adjusted precisely to the process requirements.Perangkat keras canggih dan perangkat lunak pintar ultrasonikator Hielscher dirancang untuk menjamin operasi yang andal, hasil yang dapat direproduksi serta keramahan pengguna. Ultrasonicators Hielscher kuat dan dapat diandalkan, yang memungkinkan untuk dipasang dan dioperasikan dalam kondisi tugas berat. Pengaturan operasional dapat dengan mudah diakses dan dihubungi melalui menu intuitif, yang dapat diakses melalui tampilan sentuh warna digital dan remote control browser. Oleh karena itu, semua kondisi pemrosesan seperti energi bersih, energi total, amplitudo, waktu, tekanan, dan suhu secara otomatis dicatat pada kartu SD bawaan. Ini memungkinkan Anda untuk merevisi dan membandingkan sonication sebelumnya berjalan dan untuk mengoptimalkan sintesis dan fungsionalisasi nano-katalis dengan efisiensi tertinggi.
Sistem Hielscher Ultrasonics digunakan di seluruh dunia untuk proses sintesis sonochemical dan terbukti dapat diandalkan untuk sintesis katalis nano zeolite berkualitas tinggi serta turunan zeolite. Ultrasonicators industri Hielscher dapat dengan mudah menjalankan amplitudo tinggi dalam operasi berkelanjutan (24/7/365). Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dihasilkan dengan sonotrodes standar (probe ultrasonik / tanduk). Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Karena ketahanan dan pemeliharaannya yang rendah, ultrasonicators kami biasanya dipasang untuk aplikasi tugas berat dan di lingkungan yang menuntut.
Prosesor ultrasonik Hielscher untuk sonochemical syntheses, functionalization, nano-structuring dan deagglomeration sudah dipasang di seluruh dunia dalam skala komersial. Hubungi kami sekarang untuk mendiskusikan proses manufaktur nano-katalis Anda! Staf kami yang berpengalaman akan dengan senang hati berbagi informasi lebih lanjut tentang jalur sintesis sonochemical, sistem ultrasonik dan harga!
Dengan keuntungan dari metode sintesis ultrasonik, produksi nano-katalis mesoporous Anda akan unggul dalam efisiensi, kesederhanaan dan biaya rendah jika dibandingkan dengan proses sintesis katalis lainnya!

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Batch Volume Flow Rate Direkomendasikan perangkat
1 hingga 500mL 10-200mL/min UP100H
10-2000mL 20 hingga 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 hingga 20L 0.2 sampai 4L/min UIP2000hdT
10 sampai 100L 2-10L/min UIP4000hdT
n.a. 10 sampai 100L/menit UIP16000
n.a. kristal yang lebbig cluster UIP16000

Hubungi Kami! / Tanya Kami!

Meminta informasi lebih lanjut

Silakan gunakan formulir di bawah ini untuk meminta informasi tambahan tentang prosesor ultrasonik, aplikasi dan harga. Kami akan senang untuk mendiskusikan proses Anda dengan Anda dan menawarkan sistem ultrasonik yang memenuhi kebutuhan Anda!









Harap dicatat bahwa Kebijakan pribadi.


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

Dr. Andreeva-Bäumler, Universitas Bayreuth, bekerja sama dengan ultrasonicator UIP1000hdT pada nano-penataan logam untuk mendapatkan katalis unggul.


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

Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi untuk aplikasi pencampuran, dispersi, emulsifikasi dan ekstraksi pada laboratorium, pilot dan skala industri.



Literatur/referensi


Fakta-fakta yang Patut Diketahui

Dimethyl Ether (DME) sebagai Bahan Bakar

Salah satu penggunaan utama dimethyl ether adalah aplikasinya sebagai pengganti propana dalam LPG (gas propana cair), yang digunakan sebagai bahan bakar untuk kendaraan, di rumah tangga dan industri. Dalam autogas propana, dimethyl ether juga dapat digunakan sebagai blendstock.
Selain itu, DME juga merupakan bahan bakar yang menjanjikan untuk mesin diesel dan turbin gas. Untuk mesin diesel, tingginya jumlah cetane 55, dibandingkan dengan bahan bakar diesel dari minyak bumi dengan jumlah cetane 40–53, sangat menguntungkan. Hanya modifikasi moderat yang diperlukan untuk memungkinkan mesin diesel membakar eter sepeser pun. Kesederhanaan senyawa rantai karbon pendek ini mengarah selama pembakaran ke emisi materi partikulat yang sangat rendah. Untuk alasan ini serta bebas belerang, dimethyl ether bahkan memenuhi peraturan emisi paling ketat di Eropa (EURO5), AS (AS 2010), dan Jepang (2009 Jepang).


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 memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.