Ultradźwiękowe przygotowanie katalizatorów do konwersji eteru dimetylowego (DME)

Eter dimetylowy (DME) jest korzystnym paliwem alternatywnym, które może być syntetyzowane z metanolu, CO2 lub syngazu poprzez katalizę. Do katalitycznej konwersji do DME wymagane są silne katalizatory. Nanorozmiarowe mezoporowate katalizatory, takie jak mezoporowate kwaśne zeolity, dekorowane zeolity lub nanorozmiarowe katalizatory metalowe, takie jak aluminium lub miedź, mogą znacznie poprawić konwersję DME. Ultradźwięki o wysokiej intensywności są najlepszą techniką do przygotowania wysoce reaktywnych nanokatalizatorów. Dowiedz się więcej o tym, jak wykorzystać ultradźwięki do produkcji mikro- i mezoporowatych katalizatorów o doskonałej reaktywności i selektywności!

Dwufunkcyjne katalizatory do bezpośredniej konwersji DME

Produkcja eteru dimetylowego (DME) jest dobrze znanym procesem przemysłowym, który dzieli się na dwa etapy: po pierwsze, katalityczne uwodornienie syngazu do metanolu (CO / CO2 + 3H2 → CH3OH + H2HO) i po drugie, kolejne katalityczne odwodnienie metanolu przy użyciu katalizatorów kwasowych w celu otrzymania (2CH3OH → CH3OCH3 + H2O). Główne ograniczenie tej dwuetapowej syntezy DME związane jest z niską termodynamiką w fazie syntezy metanolu, co skutkuje niską konwersją gazu na przebieg (15-25%). W związku z tym występują wysokie współczynniki recyrkulacji, jak również wysokie koszty kapitałowe i operacyjne.
W celu przezwyciężenia tego ograniczenia termodynamicznego, bezpośrednia synteza DME jest znacznie korzystniejsza: W bezpośredniej konwersji DME etap syntezy metanolu jest połączony z etapem odwadniania w jednym reaktorze.
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


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.

Ultradźwiękowiec UIP2000hdT (2kW) z reaktorem przepływowym jest powszechnie stosowanym układem do sonochemicznej syntezy mezoporowatych nanokatalizatorów (np. dekorowanych zeolitów).

Bezpośrednia synteza DME pozwala na zwiększenie stopnia konwersji na etap nawet do 19%, co oznacza znaczące obniżenie kosztów inwestycyjnych i operacyjnych produkcji DME. Szacuje się, że koszty produkcji DME w syntezie bezpośredniej są niższe o 20-30% w porównaniu z konwencjonalnym, dwustopniowym procesem konwersji. Do prowadzenia ścieżki bezpośredniej syntezy DME niezbędny jest wysokosprawny hybrydowy dwufunkcyjny układ katalityczny. Wymagany katalizator musi oferować funkcje do uwodornienia CO / CO2 do syntezy metanolu oraz funkcje kwasowe, które wspomagają odwodnienie metanolu. (por. 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.

Bezpośrednia synteza eteru dimetylowego (DME) z syngazu na katalizatorze dwufunkcyjnym.
(© Millán et al. 2020)

Synteza wysoce reaktywnych katalizatorów do konwersji DME z wykorzystaniem ultradźwięków (Power-Ultrasound)

Reaktywność i selektywność katalizatorów do konwersji eteru dimetylowego można znacznie poprawić poprzez obróbkę ultradźwiękową. Zeolity takie jak zeolity kwaśne (np. zeolit glinokrzemianowy HZSM-5) i zeolity dekorowane (np. z CuO/ZnO/Al2O3) są głównymi katalizatorami, które są z powodzeniem stosowane do produkcji DME.

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

Hybrydowa współstrącanie-ultradźwiękowa synteza CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 w bezpośredniej konwersji syngazu do eteru dimetylowego jako zielonego paliwa.
Opracowanie i zdjęcie: Khoshbin i Haghighi, 2013].

Chlorowanie i fluorowanie zeolitów to efektywne metody dostrajania kwasowości katalitycznej. Katalizatory zeolitowe chlorowane i fluorowane otrzymano w wyniku impregnacji zeolitów (H-ZSM-5, H-MOR lub H-Y) dwoma prekursorami halogenowymi (chlorkiem amonu i fluorkiem amonu) w badaniach zespołu badawczego Aboul-Fotouh. Oceniono wpływ naświetlania ultradźwiękami w celu optymalizacji obu prekursorów halogenowych do produkcji eteru dimetylowego (DME) poprzez dehydratację metanolu w reaktorze ze złożem stałym. Porównawcza próba katalizy DME wykazała, że katalizatory zeolitowe z chlorowcami przygotowane pod wpływem promieniowania ultradźwiękowego wykazują wyższą wydajność w tworzeniu DME. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
W innej pracy, zespół badawczy zbadał wszystkie ważne zmienne ultradźwiękowe napotkane podczas przeprowadzania dehydratacji metanolu na katalizatorach zeolitowych H-MOR w celu wytworzenia eteru dimetylowego. Do eksperymentów sonikacyjnych zespół badawczy użył urządzenia Ultradźwiękowiec Hielscher UP50H z sondą. Obrazowanie za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) sonikowanego zeolitu H-MOR (zeolit Mordenite) wykazało, że sam metanol użyty jako medium ultradźwiękowe daje najlepsze wyniki w zakresie jednorodności rozmiarów cząstek w porównaniu z katalizatorem nie poddanym działaniu ultradźwięków, gdzie pojawiały się duże aglomeraty i niejednorodne skupiska. Wyniki te potwierdzają, że ultradźwięki mają głęboki wpływ na rozdzielczość komórek jednostkowych, a tym samym na zachowanie katalityczne w procesie dehydratacji metanolu do eteru dimetylowego (DME). NH3-TPD pokazuje, że promieniowanie ultradźwiękowe zwiększyło kwasowość katalizatora H-MOR, a tym samym jego katalityczną wydajność przy tworzeniu DME. (Aboul-Gheit i in., 2014)

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

SEM ultradźwiękowego H-MOR z zastosowaniem różnych mediów
Opracowanie i zdjęcia: ©Aboul-Gheit et al., 2014 r.

Prawie wszystkie komercyjne DME są produkowane poprzez odwodnienie metanolu przy użyciu różnych stałych katalizatorów kwasowych, takich jak zeolity, tlenek glinu, tlenek glinu, Al2O3-B2O3itd. poprzez następującą reakcję:
2CH3OH <—> CH3OCH3 +H2O(-22,6k jmol-1)

Koshbin i Haghighi (2013) przygotowali CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 za pomocą metody współstrącania i ultradźwięków. Zespół badawczy stwierdził, że zastosowanie energii ultradźwiękowej ma ogromny wpływ na rozproszenie funkcji uwodornienia CO i w konsekwencji na wydajność syntezy DME. Zbadano trwałość zsyntetyzowanego nanokatalizatora podczas reakcji syngazu z DME. Nanokatalizator traci pomijalną aktywność w trakcie reakcji z powodu tworzenia się koksu na gatunkach miedzi." [Khoshbin i Haghighi, 2013].

Ultrasonically precipitated gamma-Al2O3 nano-catalyst, which shows high efficiency in DME conversion.Alternatywnym nanokatalizatorem nie-zeolitowym, który jest również bardzo wydajny w promowaniu konwersji DME, jest nanorozmiarowy porowaty katalizator γ-alumina. Nanorozmiarowy porowaty γ-alumina został z powodzeniem zsyntetyzowany przez wytrącanie pod wpływem mieszania ultradźwiękowego. Obróbka sonochemiczna wspomaga syntezę nanocząstek. (por. Rahmanpour et al., 2012)

Dlaczego nanokatalizatory przygotowywane ultradźwiękowo są lepsze?

Do produkcji katalizatorów heterogenicznych często wymagane są materiały o wysokiej wartości dodanej, takie jak metale szlachetne. Powoduje to, że katalizatory są drogie i dlatego zwiększenie wydajności, jak również wydłużenie cyklu życia katalizatorów są ważnymi czynnikami ekonomicznymi. Wśród metod otrzymywania nanokatalizatorów, technika sonochemiczna jest uważana za wysoce efektywną metodę. Zdolność ultradźwięków do tworzenia wysoce reaktywnych powierzchni, poprawy mieszania i zwiększenia transportu masy sprawia, że jest to szczególnie obiecująca technika do badań nad przygotowaniem i aktywacją katalizatorów. Może ona wytwarzać homogeniczne i rozproszone nanocząstki bez konieczności stosowania drogich instrumentów i ekstremalnych warunków.
W wielu badaniach naukowcy doszli do wniosku, że ultradźwiękowe przygotowanie katalizatorów jest najkorzystniejszą metodą do produkcji homogenicznych nanokatalizatorów. Wśród metod otrzymywania nanokatalizatorów technika sonochemiczna jest uważana za metodę wysoce efektywną. Zdolność intensywnej sonikacji do tworzenia wysoce reaktywnych powierzchni, poprawy mieszania i zwiększenia transportu masy sprawia, że jest to szczególnie obiecująca technika do badań nad przygotowaniem i aktywacją katalizatorów. Może ona wytwarzać homogeniczne i rozproszone nanocząstki bez konieczności stosowania drogich instrumentów i ekstremalnych warunków. (por. Koshbin i Haghighi, 2014)

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

W wyniku sonochemicznej syntezy otrzymano wysoce aktywny, nanostrukturalny katalizator CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5.
Badanie i zdjęcie: 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!)

Schematyczna prezentacja wpływu kawitacji akustycznej na modyfikację cząstek metali. Metale o niskiej temperaturze topnienia (MP) jak cynk (Zn) ulegają całkowitemu utlenieniu; metale o wysokiej temperaturze topnienia jak nikiel (Ni) i tytan (Ti) wykazują modyfikację powierzchni pod wpływem sonikacji. Aluminium (Al) i magnez (Mg) tworzą struktury mezoporowate. Metale szlachetne są odporne na działanie ultradźwięków ze względu na ich stabilność przed utlenianiem. Temperatury topnienia metali są określone w stopniach Kelvina (K).

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Wysokowydajne ultradźwiękowe urządzenia do syntezy mezoporowatych katalizatorów

Urządzenia sonochemiczne do syntezy wysokowydajnych nanokatalizatorów są łatwo dostępne w każdym rozmiarze – Od kompaktowych ultradźwiękowców laboratoryjnych do w pełni przemysłowych reaktorów ultradźwiękowych. Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje ultradźwięki o wysokiej mocy. Wszystkie systemy ultradźwiękowe są produkowane w głównej siedzibie firmy w Teltow w Niemczech i stamtąd rozprowadzane na cały świat.
Hielscher ultrasonicators can be remotely controlled via browser control. Sonication parameters can be monitored and adjusted precisely to the process requirements.Zaawansowany sprzęt i inteligentne oprogramowanie ultradźwiękowców firmy Hielscher gwarantują niezawodną pracę, powtarzalne wyniki oraz łatwość obsługi. Ultradźwiękowce Hielscher są solidne i niezawodne, co pozwala na ich instalację i eksploatację w ciężkich warunkach. Ustawienia robocze są łatwo dostępne i wybierane za pomocą intuicyjnego menu, które jest dostępne poprzez cyfrowy kolorowy wyświetlacz dotykowy i zdalne sterowanie przez przeglądarkę. Wszystkie warunki przetwarzania, takie jak energia netto, energia całkowita, amplituda, czas, ciśnienie i temperatura są automatycznie zapisywane na wbudowanej karcie SD. Pozwala to na weryfikację i porównanie poprzednich przebiegów sonikacji oraz na optymalizację syntezy i funkcjonalizacji nanokatalizatorów z najwyższą wydajnością.
Ultradźwiękowe urządzenia firmy Hielscher są stosowane na całym świecie w procesach syntezy sonochemicznej i sprawdzają się w syntezie wysokiej jakości nanokatalizatorów zeolitowych oraz pochodnych zeolitów. Ultradźwiękowe urządzenia przemysłowe firmy Hielscher mogą bez problemu pracować w trybie ciągłym (24/7/365) z wysokimi amplitudami. Amplitudy do 200µm mogą być bez problemu generowane w sposób ciągły przy użyciu standardowych sonotrod (sond ultradźwiękowych / tub). Dla jeszcze większych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Ze względu na swoją solidność i niskie koszty utrzymania, nasze sonotrody ultradźwiękowe są powszechnie instalowane do ciężkich zastosowań i w wymagających środowiskach.
Procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher do sonochemicznej syntezy, funkcjonalizacji, nano-strukturyzacji i deaglomeracji są już zainstalowane na całym świecie w skali komercyjnej. Skontaktuj się z nami już teraz, aby omówić Twój proces produkcji nanokatalizatorów! Nasi doświadczeni pracownicy chętnie podzielą się z Państwem informacjami na temat przebiegu syntezy sonochemicznej, systemów ultradźwiękowych i cen!
Z zaletą ultradźwiękowej metody syntezy, Twoja produkcja mezoporowatych nanokatalizatorów będzie wyróżniać się wydajnością, prostotą i niskimi kosztami w porównaniu z innymi procesami syntezy katalizatorów!

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, zastosowań i ceny. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


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

Dr Andreeva-Bäumler, Uniwersytet w Bayreuth, współpracuje z ultradźwiękowiec UIP1000hdT nad nano-strukturą metali w celu uzyskania doskonałych katalizatorów.


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

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.



Literatura / materiały źródłowe


Fakty Warto wiedzieć

Eter dimetylowy (DME) jako paliwo

Jednym z głównych przewidywanych zastosowań eteru dimetylowego jest jego użycie jako substytutu propanu w LPG (ciekły gaz propanowy), który jest używany jako paliwo do pojazdów, w gospodarstwach domowych i przemyśle. W autogazie propanowym eter dimetylowy może być również stosowany jako blendstock.
Ponadto DME jest również obiecującym paliwem dla silników wysokoprężnych i turbin gazowych. Dla silników wysokoprężnych bardzo korzystna jest wysoka liczba cetanowa wynosząca 55, w porównaniu z liczbą cetanową oleju napędowego z ropy naftowej, która wynosi 40-53. Aby umożliwić spalanie eteru dimetylowego w silniku wysokoprężnym, konieczne są jedynie umiarkowane modyfikacje. Prostota tego związku o krótkim łańcuchu węglowym prowadzi podczas spalania do bardzo niskiej emisji cząstek stałych. Z tych powodów, jak również z powodu braku siarki, eter dimetylowy spełnia nawet najbardziej rygorystyczne przepisy dotyczące emisji spalin w Europie (EURO5), USA (USA 2010) i Japonii (Japonia 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.

Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do wielkość przemysłowa.