Ultrazvukový príprava katalyzátorov pre konverziu dimetyléteru (DME)

Dimethyl éter (DME) je priaznivé alternatívne palivo, ktoré sa môže syntetizovať z metanolu, CO2 alebo syngas prostredníctvom katalýzy. Pre katalytickú konverziu na DME sú potrebné silné katalyzátory. Nano-veľké mezoporous katalyzátory, ako sú mesoporous kyslé zeolity, zdobené zeolity alebo nano-veľké kovové katalyzátory, ako je hliník alebo meď môže výrazne zlepšiť konverziu DME. Vysoká intenzita ultrazvuk je vynikajúca technika pre prípravu vysoko reaktívnych nano-katalyzátorov. Prečítajte si viac o tom, ako používať ultrazvukom pre výrobu mikro- a mesoporous katalyzátorov s vynikajúcou reaktivitou a selektivitou!

Bifunkčné katalyzátory pre priamu konverziu DME

Výroba dimethyléteru (DME) je zavedený priemyselný proces, ktorý je rozdelený do dvoch krokov: po prvé, katalytická hydrogenácia syngélu na metanol (CO / CO2 + 3H2 → CH3OH + H2HO) a po druhé, následná katalytická dehydratácia metanolu nad kyslým katalyzátorom na výrobu (2CH3OH → CH3OCH3 + H2O). Hlavné obmedzenie tejto dvojstupňovej syntézy DME súvisí s nízkou termodynamikou počas fázy syntézy metanolu, čo vedie k nízkej konverzii plynu na priepustku (15-25%). Dochádza tak k vysokým recirkulačným pomerom, ako aj k vysokým kapitálovým a prevádzkovým nákladom.
Na prekonanie tohto termodynamického obmedzenia je priama syntéza DME výrazne priaznivejšia: Pri priamej konverzii DME je krok syntézy metanolu spolu s dehydratáciou v jednom reaktore
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).

Žiadosť o informácie





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 prietokovým reaktorom je bežne používané nastavenie pre sonochemickú syntézu mezoporous nanokatalyztov (napr. zdobené zeolity).

Priama syntéza DME umožňuje zvýšiť úroveň konverzie na krok až o 19 %, čo znamená výrazné zníženie nákladov, pokiaľ ide o investičné a prevádzkové výrobné náklady DME. Na základe odhadov sa výrobné náklady DME pri priamej syntéze znížia o 20 – 30 % v porovnaní s bežným dvojstupňovým procesom konverzie. Na prevádzku priamej dráhy syntézy DME je potrebný vysoko účinný hybridný bifunkčný katalytický systém. Požadovaný katalyzátor musí ponúkať funkčnosť hydrogenácie CO / CO2 pre syntézu metanolu a kyslé funkcie, ktoré pomáhajú dehydratácii metanolu. (porovnaj Millán a kol. 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.

Priama syntéza dimethyléteru (DME) zo syngasu na dvojfunkčnom katalyzátore.
(© Millán a kol. 2020)

Syntéza vysoko reaktívnych katalyzátorov pre konverziu DME pomocou power-ultrazvuku

Reaktivita a selektivita katalyzátorov pre konverziu dimetyléteru sa môže výrazne zlepšiť ultrazvukovou liečbou. Zeolity, ako sú kyslé zeolity (napr. hlinitočitan zeolit HZSM-5) a zdobené zeolity (napr. s CuO/ZnO/Al2O3) sú hlavné katalyzátory, ktoré sa úspešne používajú na výrobu DME.

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

Hybridná ko-zrážková-ultrazvuková syntéza CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 používaná v priamom konver- sion syngas na dimethyl éter ako zelené palivo.
Štúdie a obraz: Khoshbin a Haghighi, 2013.]

Chlorácia a fluorácia zeolitov sú účinné metódy na ladenie katalytickej kyslosti. Chlórované a fluórované zeolitové katalyzátory boli pripravené impregnáciou zeolitov (H-ZSM-5, H-MOR alebo H-Y) s použitím dvoch halogénových prekurzorov (chlorid amónny a fluorid amónny) v štúdii výskumného tímu Aboul-Fotouh. Vplyv ultrazvukového ožarovania bol hodnotený pre optimalizáciu oboch halogénových prekurzorov na výrobu dimethyletheru (DME) prostredníctvom dehydratácie metanolu v reaktore s pevným lôžkom. Porovnávacia štúdia katalýzy DME odhalila, že halogénované zeolitové katalyzátory pripravené pod ultrazvukovým ožarovaním vykazujú vyšší výkon pre tvorbu DME. (Aboul-Fotouh a kol., 2016)
V inej štúdii výskumný tím skúmal všetky dôležité ultrazvukom premenné, ktoré sa vyskytli pri vykonávaní dehydratácie metanolu na H-MOR zeolit katalyzátory produkovať dimethylether. Výskumný tím použil pre svoje ultrazvukom eperimenty Hielscher UP50H sonda typu ultrasonicator. Skenovanie elektrónového mikroskopu (SEM) zobrazovanie sonicated H-MOR zeolit (Mordenite zeolite) objasnili, že metanol sám o sebe používaný ako ultrazvukom médium poskytuje najlepšie výsledky týkajúce sa homogenity veľkosti častíc v porovnaní s neošetreným katalyzátorom, kde sa objavili veľké aglomeráty a nehomogénne zhluky. Tieto zistenia potvrdili, že ultrazvukom má hlboký vplyv na rozlíšenie jednotkových buniek, a preto na katalytické správanie dehydratácie metanolu na dimyléter (DME). NH3-TPD ukazuje, že ultrazvukové ožarovanie zvýšilo kyslosť katalyzátora H-MOR, a preto je katalytický výkon pre tvorbu DME. (Aboul-Gheit a kol., 2014)

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

SEM ultrasonicated H-MOR pomocou rôznych médií
Štúdie a obrázky: ©Aboul-Gheit et al., 2014

Takmer všetky komerčné DME sa vyrábajú dehydratáciou metanolu s použitím rôznych katalyzátorov tuhých kyselín, ako sú zeolity, sillica-oxid hlinito, oxid hlinito, Al2O3–B2O3atď.
2CH3OH <—> Ch3OCH3 +H2O(-22.6k jmol-1.)

Koshbin a Haghighi (2013) pripravili CuO–ZnO-Al2O3/HZSM-5 nanokatalyzuje kombinovanou metódou co-precipitation-ultrazvuk. Výskumný tím zistil, "že použitie ultrazvukovej energie majú veľký vplyv na disperziu funkcie hydrogenácie CO a následne na syntézový výkon DME. Trvanlivosť ultrazvuku asistovanej syntetizovanej nanokatalyzátory bola skúmaná počas syngas na reakciu DME. Nanokatalyzátor stráca zanedbateľnú aktivitu v priebehu reakcie v dôsledku tvorby koksu na medených druhoch." [Khoshbin a Haghighi, 2013.]

Ultrasonically precipitated gamma-Al2O3 nano-catalyst, which shows high efficiency in DME conversion.Alternatívny non-zeolit nano-katalyzátor, ktorý je tiež veľmi účinný pri podpore konverzie DME, je nano-veľké porézne γ-oxidu hlinitého. Nano-veľkosť porézne γ-oxid hlinité bol úspešne syntetizovaný zrážkami pod ultrazvukovým miešaním. Sonochemická liečba podporuje syntézu nano častíc. (porovnaj Rahmanpour a kol., 2012)

Prečo sú rozpúšťadle pripravené Nano-katalyzátory Superior?

Na výrobu heterogénnych katalyzátorov sa často vyžadujú materiály s vysokou pridanou hodnotou, ako sú drahé kovy. To robí katalyzátory drahé, a preto zvýšenie účinnosti, ako aj predĺženie životného cyklu katalyzátorov sú dôležitými ekonomickými faktormi. Medzi metódami prípravy nanokatalyzov sa sonochemická technika považuje za vysoko účinnú metódu. Schopnosť ultrazvuku vytvoriť vysoko reaktívne povrchy, zlepšiť miešanie a zvýšiť hromadnú dopravu z neho robí obzvlášť sľubnú techniku na preskúmanie prípravy a aktivácie katalyzátora. Môže produkovať homogénne a rozptýlené nanočastice bez potreby drahých nástrojov a extrémnych podmienok.
V niekoľkých výskumných štúdiách vedci dospeli k záveru, že ultrazvukový katalyzátor príprava je najvýhodnejšou metódou pre výrobu homogénnych nano-katalyzátorov. Medzi metódami prípravy nanokatalyzov sa sonochemická technika považuje za vysoko účinnú metódu. Schopnosť intenzívnej ultrazvukom vytvoriť vysoko reaktívne povrchy, zlepšiť miešanie a zvýšiť hromadnú dopravu z neho robí obzvlášť sľubnú techniku preskúmať pre prípravu katalyzátora a aktiváciu. Môže produkovať homogénne a rozptýlené nanočastice bez potreby drahých nástrojov a extrémnych podmienok. (porovnaj Koshbin a Haghighi, 2014)

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

Sonochemical syntéza má za následok vysoko aktívny nano-štruktúrovaný CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 katalyzátor.
Štúdie a obraz: Khoshbin a 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!)

Schematická prezentácia účinkov akustickej kavitácie na modifikáciu kovových častíc. Kovy s nízkou bodom topenia (MP) ako zinok (Zn) sú úplne oxidované; kovy s vysokou bodom topenia ako nikel (Ni) a titán (Ti) vykazujú povrchové úpravy pod ultrazvukom. Hliník (Al) a horčík (Mg) tvoria mezoporous štruktúry. Nobelove kovy sú odolné voči ultrazvukovému ožarovaniu kvôli ich stabilite proti oxidácii. Body topenia kovov sú špecifikované v stupňoch Kelvin (K).

Žiadosť o informácie





Vysokovýkonné ultrasonicators pre syntézu mesoporous katalyzátorov

Sonochemické zariadenia na syntézu vysoko výkonných nano katalyzátorov sú ľahko dostupné v akejkoľvek veľkosti – od kompaktných laboratórnych ultrasonicators plne priemyselných ultrazvukových reaktorov. Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysokovýkonné ultrasonicators. Všetky ultrazvukové systémy sú vyrobené v centrálach v Teltow, Nemecko a distribuované odtiaľ po celom svete.
Hielscher ultrasonicators can be remotely controlled via browser control. Sonication parameters can be monitored and adjusted precisely to the process requirements.Sofistikovaný hardvér a inteligentný softvér Hielscher ultrasonicators sú navrhnuté tak, aby zaručili spoľahlivú prevádzku, reprodukovateľné výsledky, ako aj užívateľskú prívetivosť. Hielscher ultrasonicators sú robustné a spoľahlivé, čo umožňuje inštaláciu a prevádzkovanie v ťažkých podmienkach. Prevádzkové nastavenia sú ľahko prístupné a vytáčané prostredníctvom intuitívneho menu, ktoré je prístupné prostredníctvom digitálneho farebného dotykového displeja a diaľkového ovládania prehliadača. Preto sa na vstavanej SD karte automaticky zaznamenávajú všetky podmienky spracovania, ako je čistá energia, celková energia, amplitúda, čas, tlak a teplota. To vám umožní revidovať a porovnať predchádzajúce ultrazvukom beží a optimalizovať syntézu a funkcionalizáciu nano-katalyzátory na najvyššiu účinnosť.
Hielscher Ultrazvukom systémy sa používajú po celom svete pre sonochemical syntézy procesy a sú preukázané, že sú spoľahlivé pre syntézu vysoko kvalitných zeolit nano-katalyzátory, rovnako ako zeolit deriváty. Hielscher priemyselné ultrasonicators môže ľahko spustiť vysoké amplitúdy v nepretržitej prevádzke (24/7/365). Amplitúdy až do 200 μm môžu byť ľahko nepretržite generované so štandardnými sonotród (ultrazvukové sondy / rohy). Pre ešte vyššie amplitúdy, prispôsobené ultrazvukové sonotród sú k dispozícii. Vďaka svojej robustnosti a nízkej údržbe sú naše ultrasonicators bežne inštalované pre náročné aplikácie a v náročných prostrediach.
Hielscher Ultrazvukové procesory pre sonochemical syntetizátory, funkcionalizácia, nano-štruktúrovanie a deagglomeration sú už inštalované po celom svete v komerčnom meradle. Kontaktujte nás teraz diskutovať o vašom procese výroby nano katalyzátorov! Naši skúsení zamestnanci sa radi podeli o viac informácií o sonochemickej syntetizátore, ultrazvukových systémoch a cenách!
S výhodou ultrazvukovej metódy syntézy, vaša mesoporous nano-katalyzátor výroba bude vynikať v účinnosti, jednoduchosti a nízke náklady v porovnaní s inými procesmi syntézy katalyzátorov!

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:

Objem šarže prietok Odporúčané Devices
1 až 500mL 10 až 200mL/min UP100H
10 až 2000mL 20 až 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 až 20L 02 až 4 l / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT
neuv 10 až 100 l / min UIP16000
neuv väčšia strapec UIP16000

Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Prosím, použite formulár nižšie požiadať o ďalšie informácie o ultrazvukové procesory, aplikácie a ceny. Budeme radi diskutovať o vašom procese s vami a ponúknuť vám Ultrazvukový systém spĺňajúci vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


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

Dr. Andreeva-Bäumler, Univerzita v Bayreuthe, spolupracuje Ultrasonicator UIP1000hdT o nanoštruktúre kovov s cieľom získať vynikajúce katalyzátory.


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

Hielscher Ultrazvukom vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory pre miešanie aplikácií, disperzie, emulgácie a extrakcie na laboratórne, pilotné a priemyselné meradle.



Literatúra/referencie


Fakty stojí za to vedieť

Dimethyl éter (DME) ako palivo

Jedným z hlavných plánovaných použití dimethyléteru je jeho použitie ako náhrada propánu v LPG (kvapalný propánový plyn), ktorý sa používa ako palivo pre vozidlá, v domácnostiach a priemysle. V propán autogas, dimethyl éter môže byť tiež použitý ako blendstock.
Okrem toho je DME tiež sľubným palivom pre dieselové motory a plynové turbíny. Pre dieselové motory je vysoké cetánové číslo 55 v porovnaní s naftovým palivom z ropy s počtom cetánov 40 – 53 veľmi výhodné. Na to, aby dieselový motor spálil dimethyl éter, sú potrebné len mierne úpravy. Jednoduchosť tejto zmesi s krátkym uhlíkovým reťazcom vedie počas spaľovania k veľmi nízkym emisiám tuhých častíc. Dimethyl éter spĺňa z týchto dôvodov aj tie najprísnejšie emisné predpisy v Európe (EURO5), USA (USA 2010) a Japonsku (2009 Japonsko).


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 vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na priemyselnej veľkosti.