Ultrazvočna priprava katalizovalcev za pretvorbo dimetil etra (DME)

Dimetil eter (DME) je ugodno alternativno gorivo, ki ga je mogoče sintetizizirati iz metanola, CO2 ali singaso s katalizo. Za katalitično pretvorbo v DME so potrebni močni katalizovalci. Mezoporozen katalizniki, kot so mezoporozen kisli zeoliti, okrašeni zeoliti ali kovinski katalizniki nano velikosti, kot sta aluminij ali baker, lahko bistveno izboljšajo pretvorbo DME. Ultrazvok visoke intenzivnosti je vrhunska tehnika za pripravo visoko reaktivnih nano-katalizovalcev. Preberite več o tem, kako uporabljati ultrasonication za proizvodnjo mikro- in mezoporoznih katalizovalcev z odlično reaktivnostjo in selektivnostjo!

Bifunkcionalni katalizovalci za neposredno pretvorbo DME

Proizvodnja dimetil etra (DME) je dobro uveljavljen industrijski proces, ki je razdeljen na dva koraka: prvič, katalitično hidrogenacijo singasa v metanol (CO / CO2 + 3H2 → CH3OH + H2HO) in drugič, nato katalitična dehidracija metanola nad kislimi katalizovalci za proizvodnjo (2CH3OH → CH3OCH3 + H2O). Glavna omejitev te sinteze DME v dveh korakih je povezana z nizko termodinamiko v fazi sinteze metanola, kar ima za rezultat nizko pretvorbo plina na prehod (15-25 %). Zato se pojavljajo visoka vzajemna razmerja ter visoki kapitalski in stroški poslovanja.
Da bi premagali to termodinamično omejitev, je neposredna sinteza DME bistveno ugodneje: Pri neposredni pretvorbi DME je korak sinteze metanola skupaj s korakom dehidracije v enem reaktorju
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).

Prošnja za informacije




Upoštevajte naše Politika zasebnosti.


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 pretočnim reaktorjem je pogosto uporabljena nastavitev za sonokemično sintezo mezoporoznih nanokatalistov (npr. okrašenih zeoliti).

Neposredna sinteza DME omogoča povečanje ravni pretvorbe na korak, do 19 %, kar pomeni znatno znižanje stroškov v zvezi z naložbami in operativnimi proizvodnimi stroški DME. Na podlagi ocen se stroški proizvodnje DME pri neposredni sintezi v primerjavi s konvencionalnim postopkom pretvorbe v dveh korakih zmanjšajo za 20–30 %. Za delovanje neposredne sintezne poti DME je potreben zelo učinkovit hibridni bifunkcionalni katalitični sistem. Zahtevani katalizovalec mora ponuditi funkcionalnost hidrogenacije CO / CO2 za sintezo metanola in kisle funkcionalnosti, ki pomagajo pri dehidraciji metanola. (prim. 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.

Neposredna sinteza dimetil etra (DME) iz singasa na bifunkcionalni katalizovalec.
(© Millán et al. 2020)

Sinteza visoko-reaktivnih katalizovalcev za pretvorbo DME z uporabo Power-Ultrazvok

Reaktivnost in selektivnost katalizovalcev za pretvorbo dimetil etra se lahko bistveno izboljšata z ultrazvočnim zdravljenjem. Zeoliti, kot so kisli zeoliti (npr. aluminosilikat zeolita HZSM-5) in okrašeni zeoliti (npr.2O3) so glavni katalizovalci, ki se uspešno uporabljajo za proizvodnjo DME.

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

Hibridna so-padavinsko-ultrazvočna sinteza CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5, ki se uporablja pri neposrednem pretvorbi singasa v dimetil eter kot zeleno gorivo.
Študija in slika: Khoshbin in Haghighi, 2013.]

Kloracija in fluorinacija zeolita sta učinkoviti metodi za utrditev katalitične kisline. Katalizatorji kloriranih in fluoriranih zeolita so bili pripravljeni z impregnacijo zeolita (H-ZSM-5, H-MOR ali H-Y) z uporabo dveh halogenih prekursorjev (amonijevega klorida in amonijevega fluorida) v študiji raziskovalne skupine Aboul-Fotouh. Vpliv ultrazvočnega obsevanja je bil ocenjen za optimizacijo obeh halogenih prekursorjev za proizvodnjo dimetiletra (DME) preko metanol dehidracije v reaktorju s fiksno posteljo. Primerjalno preskušanje katalizacije DME je razkrilo, da halogenirani katalizniki zeolita, pripravljeni pod ultrazvočnim obsevanjem, kažejo večjo učinkovitost za nastanek DME. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
V drugi študiji je raziskovalna skupina preiskala vse pomembne ultrasonikacijo spremenljivke, na katere se je naletelo med izvajanjem dehidracije metanola na katalizatih H-MOR zeolita za proizvodnjo dimetiletra. Raziskovalna skupina je za svoje sonication eperimente uporabila Hielscher UP50H sonda tipa ultrasonicator. Skeniranje elektronskih mikroskopov (SEM) soniciranega zeolita H-MOR (mordenit zeolit) je pojasnilo, da metanol, ki se sam uporablja kot ultrazvočni medij, daje najboljše rezultate glede homogenosti velikosti delcev v primerjavi z nezdravljenim katalizantom, kjer so se pojavili veliki aglomerati in nehomogeni grozdi. Te ugotovitve so potrdile, da ultrasonication globoko vpliva na ločljivost celic enot in s tem na katalitično vedenje dehidracije metanola v dimetil eter (DME). NH3-TPD kaže, da je ultrazvočno obsevanje povečalo kislost H-MOR katalizovalca in zato je katalitično delovanje za oblikovanje DME. (Aboul-Gheit et al., 2014)

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

SEM ultrazvočnega H-MOR z uporabo različnih medijev
Študija in slike: ©Aboul-Gheit et al., 2014

Skoraj vsi komercialni DME se proizvajajo z dehidracijo metanola z različnimi katalizovalci trdne kisline, kot so zeoliti, sillica-alumina, alumina, Al2O3–B2O3itd. z naslednjim odzivom:
2CH3OH <—> Ch3OCH3 +H2O(-22.6k jmol-1)

Koshbin in Haghighi (2013) sta pripravila CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 nanokatalys preko kombinirane so-padavine-ultrazvok metode. Raziskovalna skupina je ugotovila, "da ima zaposlovanje ultrazvočne energije velik vpliv na disperzijo funkcije co hidrogenacije in posledično na delovanje sinteze DME. Trajnost ultrazvoka, ki je pomagala sintetiziranje nanokatalista, so raziskovali med singaso na reakcijo DME. Nanokatalist izgubi zanemarljivo aktivnost med reakcijo zaradi nastanek koke na bakrenih vrstah." [Khoshbin in Haghighi, 2013.]

Ultrasonically precipitated gamma-Al2O3 nano-catalyst, which shows high efficiency in DME conversion.Alternativni ne-zeolit nano-katalizat, ki je zelo učinkovit tudi pri spodbujanju pretvorbe DME, je nano-velika porozna γ-alumina katalizat. Nano-velikost porozne γ-alumina je bila uspešno sintetizizirana s padavinami pod ultrazvočnim mešanjem. Sonokemično zdravljenje spodbuja sintezo nano delcev. (prim. Rahmanpour et al., 2012)

Zakaj so ultrazvočno pripravljeni nano-katalizovalci Superior?

Za proizvodnjo heterogenih katalizovalcev so pogosto potrebni materiali z visoko dodano vrednostjo, kot so plemenite kovine. Zaradi tega so katalizovalci dragi, zato sta povečanje učinkovitosti in podaljšanje življenjskega cikla katalizovalcev pomembna gospodarska dejavnika. Med metodami priprave nanokatalisti se sonokemična tehnika šteje kot zelo učinkovita metoda. Sposobnost ultrazvoka za ustvarjanje visoko reaktivnih površin, izboljšanje mešanja in povečanje množičnega prevoza je še posebej obetavna tehnika za raziskovanje priprave in aktivacije katalizovalca. Lahko proizvaja homogene in razpršene nanodelce brez potrebe po dragih instrumentih in ekstremnih pogojih.
V več raziskovalnih študijah znanstveniki pridejo do zaključka, da je ultrazvočni pripravek katalizovalca najbolj ugodna metoda za izdelavo homogenih nano-katalizovalcev. Med metodami priprave nanokatalisti se sonokemična tehnika šteje kot zelo učinkovita metoda. Sposobnost intenzivnega sonikacije za ustvarjanje zelo reaktivnih površin, izboljšanje mešanja in povečanje množičnega prevoza je še posebej obetavna tehnika za raziskovanje priprave in aktivacije katalizovalca. Lahko proizvaja homogene in razpršene nanodelce brez potrebe po dragih instrumentih in ekstremnih pogojih. (prim. Koshbin in Haghighi, 2014)

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

Sonokemična sinteza ima za rezultat zelo aktiven nanostrukturirano CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 kataliznik.
Študija in slika: Khoshbin in 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!)

Shematski prikaz učinkov akustične kavitacije na spremembo kovinskih delcev. Kovine z nizko tališče (MP) kot cink (Zn) so popolnoma oksidizirane; kovine z visoko tališčem, kot je niklj (Ni) in titan (Ti) razstavljajo površinsko spremembo pod sonication. Aluminij (Al) in magnezij (Mg) tvorita mezoporozno strukturo. Nobelove kovine so odporne na ultrazvočno obsevanje zaradi svoje stabilnosti pred oksidacijo. Tališča kovin so določena v stopinjah Kelvin (K).

Prošnja za informacije




Upoštevajte naše Politika zasebnosti.


Ultrasonicatorji visoke zmogljivosti za sintezo mezoporoznih katalizatorjev

Sonokemična oprema za sintezo visokozmogičnih nano-katalizovalcev je lahko na voljo v kateri koli velikosti – od kompaktnih laboratorijskih ultrazvočnih reaktorjev do popolnoma industrijskih ultrazvočnih reaktorjev. Hielscher Ultrasonics modeli, izdelave, in distribuira visoko moč ultrasonicatorji. Vsi ultrazvočni sistemi so narejeni v sedežu v Teltowu v Nemčiji in distribuirani od tam po vsem svetu.
Hielscher ultrasonicators can be remotely controlled via browser control. Sonication parameters can be monitored and adjusted precisely to the process requirements.Prefinjena strojna in pametna programska oprema Hielscher ultrasonicators so zasnovani tako, da zagotavljajo zanesljivo delovanje, ponovljive rezultate, kot tudi prijaznost uporabnika. Ultrasonicatorji Hielscher so robustni in zanesljivi, kar omogoča namestitev in delovanje v težkih pogojih. Do operativnih nastavitev je mogoče enostavno dostopati in klicati preko intuitivnega menija, do katerega lahko dostopate prek digitalnega barvnega zaslona na dotik in daljinskega upravljalnika brskalnika. Zato se vsi pogoji obdelave, kot so neto energija, skupna energija, amplituda, čas, tlak in temperatura, samodejno zapišejo na vgrajeno SD kartico. To vam omogoča, da revidirate in primerjate prejšnje sonication teče in optimizirati sintezo in funkcionalnost nano-katalizovalcev z najvišjo učinkovitost.
Hielscher Ultrasonics sistemi se uporabljajo po vsem svetu za procese sonokemične sinteze in so dokazano zanesljivi za sintezo visokokakovostnih zeolitov nano-katalizovalcev, kot tudi derivatov zeolita. Hielscher industrijski ultrasonicatorji lahko brez težav zaženejo visoke amplitude v neprekinjenem delovanju (24/7/365). Amplitude do 200μm je mogoče enostavno neprekinjeno ustvarjati s standardnimi sonotrodi (ultrazvočne sonde / rogovi). Za še višje amplitude so na voljo prilagojeni ultrazvočni sonotrodi. Zaradi svoje robustnosti in nizkega vzdrževanja so naši ultrazvočniktorji običajno nameščeni za zahtevne aplikacije in v zahtevnih okoljih.
Hielscher ultrazvočni procesorji za sonokemične sinteze, funkcionalnost, nanostrukturiranje in deaglomeracijo so že nameščeni po vsem svetu v komercialnem obsegu. Kontaktirajte nas zdaj, da razpravljate o vašem procesu izdelave nano-katalizovalcev! Naše dobro izkušeno osebje bo z veseljem deliti več informacij o sonokemični sintezi pot, ultrazvočni sistemi in določanje cen!
S prednostjo metode ultrazvočne sinteze bo vaša mezoporozna nano-katalizatorska proizvodnja v primerjavi z drugimi procesi sinteze katalizatorja odlična v učinkovitosti, lahkotnosti in nizkih stroških!

V spodnji tabeli vam daje podatek o približni zmogljivosti obdelave naših ultrasonicators:

serija Volume Pretok Priporočena naprave
1 do 500ml 10 do 200 ml / min UP100H
10 do 2000 ml 20 do 400ml / min UP200Ht, UP400St
00,1 do 20L 00,2 do 4L / min UIP2000hdT
10 do 100L 2 do 10L / min UIP4000hdT
ni podatkov 10 do 100L / min UIP16000
ni podatkov večja gruča UIP16000

Kontaktiraj nas! / Vprašajte nas!

Vprašajte za več informacij

Prosimo, uporabite spodnji obrazec, da zahteva dodatne informacije o ultrazvočni procesorji, aplikacije in ceno. Mi bo z veseljem razpravljali vaš proces z vami in vam ponudimo ultrazvočni sistem, ki izpolnjuje vaše zahteve!









Prosimo, upoštevajte naše Politika zasebnosti.


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

Dr. Andreeva-Bäumler, Univerza v Bayreuthu, sodeluje z ultrazvočni uIP1000hdT nanostrukturiranje kovin za pridobitev vrhunskih katalizovalcev.


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

Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljivost ultrazvočnih homogenizatorjev za mešanje aplikacij, disperzijo, emulgiranje in ekstrakcijo na lab, pilot in industrijske lestvice.



Literatura/reference


Dejstva je treba vedeti

Dimetil eter (DME) kot gorivo

Ena od glavnih predvidenih uporabe dimetil etra je njegova uporaba kot nadomestek za propan v LPG (tekoči propan plin), ki se uporablja kot gorivo za vozila, v gospodinjstvih in industriji. Pri avtoplini propana lahko dimetil eter uporabimo tudi kot mešalnik.
Poleg tega je DME tudi obetavno gorivo za dizelske motorje in plinske turbine. Za dizelske motorje je visoko cetano število 55 v primerjavi s številom dizelskih goriv iz nafte s cetanim številom 40–53 zelo koristno. Potrebne so le zmerne spremembe, ki dizelski motor lahko gorijo dimetil eter. Lahkotnost te spojine kratke ogljikove verige vodi med zgorevanjem do zelo nizkih emisij trdnih delcev. Iz teh razlogov in brez žveplovega etra se izpolnjujejo tudi naj strožji predpisi o emisijah v Evropi (EURO5), ZDA (ZDA 2010) in japonski (2009 Japonska).


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 proizvaja visoko zmogljivost ultrazvočnih homogenizatorjev iz laboratorij do industrijske velikosti.