Ultrazvučna priprema katalizatora za Dimethyl Ether (DME) konverziju

Dimetil etar (DME) je povoljno alternativno gorivo, koje se može sintetizovati iz metanola, CO2 ili singas kroz katalizu. Za katalitičku konverziju u DME potrebni su potentni katalizatori. Mezoporni katalizatori veličine nano veličine kao što su mezoporni kiseli zeoliti, ukrašeni zeoliti ili metalni katalizatori nano veličine kao što su aluminijum ili bakar mogu značajno da poboljšaju konverziju DME-a. Ultrazvuk visokog intenziteta je superiorna tehnika za pripremu visoko reaktivnih nano-katalizatora. Saznajte više o tome kako da koristite ultrazvučnost za proizvodnju mikro i mezopornih katalizatora sa odličnom reaktivnošću i selektorstvom!

Bifunkcionalni katalizatori za direktnu konverziju DME-a

Proizvodnja dimetil etra (DME) je dobro utvrđen industrijski proces koji je podeljen na dva koraka: prvo, katalitičku hidrogenizaciju singasa u metanol (CO / CO2 + 3H2 → CH3OH + H2HO) i drugo, naknadna katalitička dehidracija metanola preko kiselih katalizatora za proizvodnju (2CH3OH → CH3OCH3 + H2O). Veliko ograničenje ove dvokoračne DME sinteze vezano je za nisku termodinamiku tokom faze sinteze metanola, što rezultira niskom konverzijom gasa po prolazu (15-25%). Tokom toga se dešavaju visoki koeficijent recirkulacije, kao i visoki kapitalni i operativni troškovi.
Da bi se prevazišlo ovo termodinamično ograničenje, direktna DME sinteza je znatno povoljnija: U direktnoj konverziji DME-a, korak sinteze metanola je u paru sa korakom dehidracije u jednom reaktoru
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).

Захтев за информације




Obratite pažnju na naše Правила о приватности.


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.

Ultrazvučni UIP2000hdT (2kW) sa protočnim reaktorom je uobičajeno korišćeno podešavanje za sonohemijsku sintezu mezopornih nanokatalistih (npr. ukrašenih zeolita).

Direktna sinteza DME omogućava povećanje nivoa konverzije po koraku, do 19 odsto, što znači značajno smanjenje troškova u vezi sa investicionim i operativnim troškovima proizvodnje DME. Na osnovu procena, troškovi proizvodnje DME u direktnoj sintezi smanjuju se za 20-30 odsto u poređenju sa konvencionalnim procesom konverzije u dva koraka. Da bi se upravljalo direktnom putanjom DME sinteze, neophodan je visoko efikasan hibridni bifunkcionalni katalitički sistem. Potrebni katalizator mora ponuditi funkcionalnost za CO / CO2 hidrogenaciju za sintezu metanola i kisele funkcionalnosti, koje pomažu dehidrataciju metanola. (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.

Direktna sinteza dimetil etra (DME) iz singasa na bifunkcionalnom katalizatoru.
(© Millán et al. 2020)

Sinteza visoko-reaktivnih katalizatora za konverziju DME pomoću Power-Ultrasound

Reaktivnost i selektornost katalizatora za konverziju dimetil etra mogu se značajno poboljšati ultrazvučnim tretmanom. Zeoliti kao što su kiseli zeoliti (npr. aluminosilicate zeolit HZSM-5) i ukrašeni zeoliti (npr. sa CuO/ZnO/Al2O3) su glavni katalizatori koji se uspešno koriste za proizvodnju DME-a.

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

Hibridna ko-padavina-ultrazvučna sinteza CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 koja se koristi u direktnom konverzaciji- sion singasa do dimetil etra kao zeleno gorivo.
Studija i slika: Khoshbin i Haghighi, 2013.]

Hlorinacija i fluorija zeolita su efikasne metode za podešavanje katalitičke kiselosti. Hlorisani i fluorinirani zeoliti katalizatori pripremljeni su impregnacijom zeolita (H-ZSM-5, H-MOR ili H-Y) koristeći dva halogena prekursora (amonijum hlorid i amonijum fluorid) u studiji istraživačkog tima Abul-Fotouh. Procenjen je uticaj ultrazvučne iracionalnosti za optimizaciju oba halogena prekursora za proizvodnju dimetiletra (DME) putem dehidratacije metanola u reaktoru fiksnog kreveta. Uporedno suđenje DME katalizatorima otkrilo je da halogeni kataliti zeolita pripremljeni pod ultrazvučnom iradijazom pokazuju veće performanse za formiranje DME-a. (Aboul-Fotouh et al., 2016)
U drugoj studiji, istraživački tim je istražio sve važne ultrazvučne promenljive na koje je naišao tokom sprovođenja dehidratacije metanola na H-MOR zeolit katalizatorima za proizvodnju dimetiletera. Za njihove soniиne eperije, istraћivanje je koristilo Hielscher UP50H ultrazvučni tip sonde. Skeniranje elektronskog mikroskopa (SEM) obrade soničnih H-MOR zeolita (Mordenite zeolite) pojasnilo je da metanol sam po sebi koji se koristi kao medijum za ultrazvuku daje najbolje rezultate koji se tiču homogenosti veličine čestica u poređenju sa nelečenim katalizatorom, gde su se pojavili veliki aglomerati i ne-homogeni klasteri. Ovi nalazi su potvrdili da ultrazvučnost ima dubok efekat na rezoluciju ćelija jedinice i otuda na katalitičko ponašanje dehidratacije metanola u dimetil etar (DME). NH3-TPD pokazuje da je ultrazvučna iradiacija pojačala kiselost H-MOR katalizatora i otuda je to katalitička performansa za formiranje DME- a. (Aboul-Gheit et al., 2014)

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

SEM ultrazvučnog H-MOR-a koji koristi različite medije
Study and pictures: ©Aboul-Gheit et al., 2014

Skoro svi komercijalni DME su proizvedeni dehidratacijom metanola koristeći različite katalizatore čvrste kiseline kao što su zeoliti, sillica–alumina, alumina, Al2O3- B2O3, itd. sledećom reakcijom:
2CH3OH <—> Ch3OCH3 +H2O(-22.6k jmol-1)

Koshbin and Haghighi (2013) prepared CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 nanokatalitisti putem kombinovane ko-padavine–ultrazvučna metoda. Istraživački tim je ustanovio "da upotreba ultrazvučne energije ima veliki uticaj na disperziju funkcije CO hidrogenacije, a samim tim i na performanse DME sinteze. Trajnost ultrazvuka potpomognute sintetizovanim nanokatalistom istražena je tokom singasa na reakciju DME-a. Nanokatalitist gubi zanemarljivu aktivnost tokom reakcije zbog formiranja koke na bakarne vrste." [Khoshbin and Haghighi, 2013.]

Ultrasonically precipitated gamma-Al2O3 nano-catalyst, which shows high efficiency in DME conversion.Alternativni ne-zeolit nano-katalizator, koji je takođe veoma efikasan u promovisanju konverzije DME-a, je porozni γ-aluminijuma. Porozna nano-γ-aluminijuma uspešno je sintetisana padavinama pod ultrazvučnim mešanjem. Sonohemijski tretman promoviše sintezu nano čestica. (cf. Rahmanpour et al., 2012)

Zašto su ultrasonično pripremljeni Nano-Katalizatori superiorni?

Za proizvodnju heterogenih katalizatora često su potrebni materijali sa dodatom vrednošću kao što su dragoceni metali. To čini katalizatore skupim i zato su poboljšanje efikasnosti kao i produženje životnog ciklusa katalizatora važni ekonomski faktori. Među metodama pripreme nanokatalitista, sonohemijska tehnika se smatra visoko efikasnom metodom. Sposobnost ultrazvuka da stvara visoko reaktivne površine, da poboljša mešanje i poveća masovni transport čini ga posebno obećavajućom tehnikom istraživanja za pripremu i aktivaciju katalizatora. Može da proizvede homogene i raspršene nanočestice bez potrebe za skupim instrumentima i ekstremnim uslovima.
U nekoliko istraživačkih studija naučnici dolaze do zaključka da je ultrazvučna priprema katalizatora najodoljivija metoda za proizvodnju homogenih nano-katalizatora. Među metodama pripreme nanokatalitista, sonohemijska tehnika se smatra visoko efikasnom metodom. Sposobnost intenzivne sonikacije da stvara visoko reaktivne površine, da poboljša mešanje i poveća masovni transport čini je posebno obećavajućom tehnikom za istraživanje pripreme i aktiviranja katalizatora. Može da proizvede homogene i raspršene nanočestice bez potrebe za skupim instrumentima i ekstremnim uslovima. (cf. Koshbin and Haghighi, 2014)

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

Sonohemijska sinteza rezultira veoma aktivnim nano-strukturiranim CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 katalizatorom.
Studija i slika: 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!)

Šematska prezentacija efekata akustične kavitacije na modifikaciju metalnih čestica. Metali sa niskom tačkom topljenja (MP) kao cink (Zn) su potpuno oksidirani; metali sa visokom tačkom topljenja kao što su nikl (Ni) i titanijum (Ti) ispoljavaju površinsku modifikaciju pod sonikacijom. Aluminijum (Al) i magnezijum (Mg) formiraju mezoporne strukture. Nobelovi metali su otporni na ultrazvučnu ozračenost zbog njihove stabilnosti protiv oksidacije. Tačke topljenja metala su navedene u stepenima Kelvina (K).

Захтев за информације




Obratite pažnju na naše Правила о приватности.


Ultrazvučnici visokih performansi za sintezu mezopornih katalizatora

Sonohemijska oprema za sintezu nano-katalizatora visokih performansi je dostupna u bilo kojoj veličini – od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih do potpuno industrijskih ultrazvučnih reaktora. Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvuke velike snage. Svi ultrazvučni sistemi su napravljeni u sedištu u Teltou, u Nemačkoj i distribuirani odatle širom sveta.
Hielscher ultrasonicators can be remotely controlled via browser control. Sonication parameters can be monitored and adjusted precisely to the process requirements.Sofisticirani hardverski i pametni softver Hielscher ultrazvučnih uređaja dizajniran je da garantuje pouzdan rad, reproduktivne ishode, kao i user-friendliness. Hielscher ultrazvučni uređaji su robusni i pouzdani, što omogućava da se instaliraju i rade pod velikim uslovima. Operativnim postavkama se može lako pristupiti i birati poziv putem intuitivnog menija, kojem se može pristupiti putem digitalnog prikaza boja osetljivog na dodir i daljinskog upravljača pregledača. Zbog toga se svi uslovi obrade kao što su neto energija, ukupna energija, amplitude, vreme, pritisak i temperatura automatski beleže na ugrađenoj SD kartici. To vam omogućava da revidirate i uporedite prethodne sonication runs i da optimizujete sintezu i funkcionalnost nano-katalizatora sa najvećom efikasnošću.
Hielscher Ultrasonics sistemi se koriste širom sveta za sonohemijske sinteze i dokazano su pouzdani za sintezu visokokvalitetnih zeolitskih nano-katalizatora kao i zeolitskih derivata. Hielscher industrijski ultrazvučnici lako mogu da pokreću visoke amplitude u kontinuiranom radu (24.7.2065). Amplitude do 200μm se mogu lako kontinuirano generisati standardnim sonotrodama (ultrazvučne sonde / rogovi). Za još veće amplitude dostupni su prilagođeni ultrazvučni sonotrodi. Zbog svoje robusnosti i slabog održavanja, naši ultrazvučnici se obično postavljaju za teške dežurne aplikacije i u zahtevnim okruženjima.
Hielscher ultrazvučni procesori za sonohemijske sinteze, funkcionalizaciju, nano-strukturiranje i deagglomeraciju već su instalirani širom sveta u komercijalnoj razmeri. Kontaktirajte nas odmah da razgovaramo o vašem procesu proizvodnje nano katalizatora! Naše dobro iskusno osoblje će rado podeliti više informacija o sonohemijskoj putanji sinteze, ultrazvučnim sistemima i cenama!
Sa prednošću metode ultrazvučne sinteze, vaša mezoporna proizvodnja nano-katalizatora će se izvrsiti u efikasnosti, jednostavnosti i niskoj ceni u poređenju sa drugim procesima sinteze katalizatora!

Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја:

батцх tom Проток Препоручени уређаји
1 до 500 мл 10 до 200мЛ / мин УП100Х
10 до 2000мЛ 20 до 400мЛ / мин УП200Хт, УП400Ст
0.1 до 20Л 0.2 до 4Л / мин УИП2000хдТ
10 до 100Л 2 до 10Л / мин UIP4000hdT
Н.А. 10 до 100Л / мин УИП16000
Н.А. веће кластер УИП16000

Контактирајте нас! / Питајте нас!

Traži više informacija

Koristite donji obrazac da biste zatražili dodatne informacije o Ultrason, procesorima, aplikacijama i ceni. Biće nam drago da razgovaramo o vašem procesu sa vama i da vam ponudimo ultrasonični sistem koji ispunjava vaše zahteve!









Molimo vas da zabeležite naše Правила о приватности.


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

Dr Andreeva-Bäumler, Univerzitet u Bajreutu, radi sa ultrazvučni UIP1000hdT na nano-strukturi metala u cilju dobijanja superiornih katalizatora.


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

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za mešanje aplikacija, raspršivanje, emulzifikaciju i vađenje na laboratorijskoj, pilotskoj i industrijskoj skali.



Literatura/reference


Чињенице вреди знати

Dimethyl Ether (DME) kao gorivo

Jedna od glavnih predviđenih upotreba dimetil etra je njegova primena kao zamena za propan u LPG (tečni propan gas), koji se koristi kao gorivo za vozila, u domaćinstvima i industriji. U propanskim autogasima, dimetil etar se takođe može koristiti kao blendstock.
Pored toga, DME je takođe obećavajuće gorivo za dizel motore i gasne turbine. Za dizel motore, visok cetanski broj od 55, u poređenju sa dizel gorivom iz benzina sa cetane brojevima od 40–53, veoma je u prednosti. Samo umerene modifikacije su neophodne da bi se omogućilo dizel motoru da sagori dimetil etar. Jednostavnost ovog kratkog ugljeničnog lančanog jedinjenja dovodi tokom sagorevanja do veoma niskih emisija čestica materije. Iz tih razloga, kao i bez sumpora, dimetil etar ispunjava čak i najstrože propise o emisiji u Evropi (EURO5), SAD (SAD 2010) i Japanu (2009 Japan).


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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od Лаб до industrijske veličine.