อัลตราโซนิกการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาสําหรับการแปลง Dimethyl Ether (DME)

Dimethyl ether (DME) เป็นเชื้อเพลิงทางเลือกที่ดีซึ่งสามารถสังเคราะห์ได้จากเมทานอล CO2 หรือ syngas ผ่านตัวเร่งปฏิกิริยา สําหรับการแปลงตัวเร่งปฏิกิริยาเป็น DME จําเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีศักยภาพ ตัวเร่งปฏิกิริยา mesoporous ขนาดนาโนเช่น zeolites กรด mesoporous, zeolites ตกแต่งหรือตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะขนาดนาโนเช่นอลูมิเนียมหรือทองแดงสามารถปรับปรุงการแปลง DME อย่างมีนัยสําคัญ อัลตราซาวนด์ความเข้มสูงเป็นเทคนิคที่เหนือกว่าสําหรับการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยานาโนปฏิกิริยาสูง เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการใช้ ultrasonication สําหรับการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาไมโครและ mesoporous ที่มีปฏิกิริยาที่ดีเยี่ยมและการเลือก!

ตัวเร่งปฏิกิริยา Bifunctional สําหรับการแปลง DME โดยตรง

การผลิต dimethyl ether (DME) เป็นกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ได้รับการยอมรับอย่างดีซึ่งแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน: ประการแรกไฮโดรเจนตัวเร่งปฏิกิริยาของ syngas เป็นเมทานอล (CO / CO2 + 3H2 → CH3โอ้ + H2HO) และประการที่สองการคาวไลต์ที่ตามมาของเมทานอลมากกว่าตัวเร่งปฏิกิริยากรดในการผลิต (2CH3โอ้ → CH3โอช3 + H2O) ข้อ จํากัด ที่สําคัญของการสังเคราะห์ DME สองขั้นตอนนี้เกี่ยวข้องกับอุณหพลศาสตร์ต่ําในระหว่างขั้นตอนของการสังเคราะห์เมทานอลซึ่งส่งผลให้การแปลงก๊าซต่ําต่อผ่าน (15-25%) ดังนั้นอัตราส่วนการหมุนเวียนสูงเช่นเดียวกับเงินทุนสูงและต้นทุนการดําเนินงานที่เกิดขึ้น
เพื่อเอาชนะข้อ จํากัด ทางอุณหพลศาสตร์นี้การสังเคราะห์ DME โดยตรงนั้นเป็นที่นิยมมากขึ้นอย่างมีนัยสําคัญ: ในการแปลง DME โดยตรงขั้นตอนการสังเคราะห์เมทานอลจะควบคู่ไปกับขั้นตอนการคายน้ําในเครื่องปฏิกรณ์เดียว
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3โอช3 + 3H2O)

ขอข้อมูล





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) ด้วยเครื่องปฏิกรณ์ไหลผ่านเป็นการตั้งค่าที่ใช้กันทั่วไปสําหรับการสังเคราะห์ sonochemical ของ nanocatalysts mesoporous (เช่น zeolites ตกแต่ง)

การสังเคราะห์โดยตรงของ DME ช่วยให้เพิ่มระดับการแปลงต่อขั้นตอนได้ถึง 19% ซึ่งหมายถึงการลดต้นทุนที่สําคัญเกี่ยวกับการลงทุนและต้นทุนการผลิตในการดําเนินงานของ DME จากการประเมินต้นทุนการผลิต DME ในการสังเคราะห์โดยตรงจะลดลง 20-30% เมื่อเทียบกับกระบวนการแปลงสองขั้นตอนทั่วไป ในการใช้งานเส้นทางการสังเคราะห์ DME โดยตรงจําเป็นต้องมีระบบตัวเร่งปฏิกิริยาแบบมัลติฟังก์ชั่นไฮบริดที่มีประสิทธิภาพสูง ตัวเร่งปฏิกิริยาที่จําเป็นจะต้องนําเสนอฟังก์ชั่นสําหรับการไฮโดรเจน CO / CO2 สําหรับการสังเคราะห์เมทานอลและฟังก์ชันที่เป็นกรดซึ่งช่วยในการคายน้ําของเมทานอล (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.

การสังเคราะห์โดยตรงของ dimethyl ether (DME) จาก syngas บนตัวเร่งปฏิกิริยา bifunctional
(© Millán et al. 2020)

การสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีปฏิกิริยาสูงสําหรับการแปลง DME โดยใช้ Power-Ultrasound

ปฏิกิริยาและการเลือกของตัวเร่งปฏิกิริยาสําหรับการแปลง dimethyl ether สามารถปรับปรุงอย่างมีนัยสําคัญผ่านการรักษาอัลตราโซนิก ซีโอไลต์เช่นซีโอไลต์กรด (เช่น aluminosilicate zeolite HZSM-5) และ zeolites ตกแต่ง (เช่นกับ CuO / ZnO / Al2O3) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหลักที่ใช้ประสบความสําเร็จในการผลิต DME

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

ไฮบริดร่วมตกตะกอนอัลตราซาวนด์สังเคราะห์ของ CuO-ZnO-Al2O3/ HZSM-5 ที่ใช้ในการสนทนาโดยตรง- ไซออนของ syngas เพื่อ dimethyl ether เป็นเชื้อเพลิงสีเขียว.
การศึกษาและภาพ: Khoshbin และ Haghighi, 2013]2013]2013]2013

คลอรีนและฟลูออไรด์ของ zeolites เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับความเป็นกรดตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์คลอรีนและฟลูออไรด์จัดทําขึ้นโดยการชุบซีโอไลต์ (H-ZSM-5, H-MOR หรือ H-Y) โดยใช้สารตั้งต้นฮาโลเจนสองชนิด (แอมโมเนียมคลอไรด์และแอมโมเนียมฟลูออไรด์) ในการศึกษาโดยทีมวิจัยของ Aboul-Fotouh อิทธิพลของการฉายรังสีอัลตราโซนิกได้รับการประเมินสําหรับการเพิ่มประสิทธิภาพสารตั้งต้นฮาโลเจนทั้งสองสําหรับการผลิต dimethylether (DME) ผ่านการขาดน้ําเมทานอลในเครื่องปฏิกรณ์เตียงคงที่ การทดลองเร่งปฏิกิริยา DME เปรียบเทียบเปิดเผยว่าตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์ฮาโลเจนที่จัดทําขึ้นภายใต้การฉายรังสีอัลตราโซนิกแสดงประสิทธิภาพที่สูงขึ้นสําหรับการสร้าง DME (Aboul-Fotouh et al., 2016)
ในการศึกษาอื่นทีมวิจัยตรวจสอบตัวแปร ultrasonication ที่สําคัญทั้งหมดที่พบในระหว่างการดําเนินการคายน้ําของเมทานอลในตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์ H-MOR ในการผลิต dimethylether สําหรับ eperiments Sonication ของพวกเขาทีมวิจัยใช้ Hielscher UP50H โพรบชนิด ultrasonicator. การสแกนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (SEM) การถ่ายภาพของซีโอไลต์ H-MOR sonicated (Mordenite zeolite) ได้ชี้แจงว่าเมทานอลด้วยตัวเองใช้เป็นสื่อ ultrasonication ให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดเกี่ยวกับความเป็นเนื้อเดียวกันของขนาดอนุภาคเมื่อเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ได้รับการรักษาซึ่ง agglomerates ขนาดใหญ่และกลุ่มที่ไม่ใช่เนื้อเดียวกันปรากฏขึ้น การค้นพบเหล่านี้ได้รับการรับรองว่า ultrasonication มีผลลึกต่อความละเอียดของเซลล์หน่วยและด้วยเหตุนี้ในพฤติกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาของการคายน้ําของเมทานอลเพื่อ dimethyl ether (DME) NH3-TPD แสดงให้เห็นว่าการฉายรังสีอัลตราซาวนด์ได้เพิ่มความเป็นกรดของตัวเร่งปฏิกิริยา H-MOR และดังนั้นจึงเป็นประสิทธิภาพตัวเร่งปฏิกิริยาสําหรับการก่อตัวของ DME (Aboul-Gheit et al., 2014)

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

SEM ของ H-MOR ultrasonicated โดยใช้สื่อที่แตกต่างกัน
การศึกษาและรูปภาพ: ©Aboul-Gheit et al., 2014

เกือบทุก DME เชิงพาณิชย์ที่ผลิตโดยการคายน้ําของเมทานอลโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยากรดแข็งที่แตกต่างกันเช่น zeolites, sillica–alumina, อลูมินา, อัล2O3–B (บี)2O3, ฯลฯของโดยปฏิกิริยาดังต่อไปนี้:
2CH ประมาณ 2CH3โอ้ <—> Ch3โอช3 +H (เครื่องหมาย -H)2O(-22.6k jmol-1)

Koshbin และ Haghighi (2013) เตรียม CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 nanocatalysts ผ่านวิธีการร่วมการตกตะกอนอัลตราซาวนด์ ทีมวิจัยพบว่า "การใช้พลังงานอัลตราซาวนด์มีอิทธิพลอย่างมากต่อการกระจายตัวของฟังก์ชั่นไฮโดรเจน CO และดังนั้นประสิทธิภาพการสังเคราะห์ DME ความทนทานของอัลตราซาวนด์ช่วยสังเคราะห์ nanocatalyst ถูกตรวจสอบในระหว่าง syngas ปฏิกิริยา DME. nanocatalyst สูญเสียกิจกรรมเล็กน้อยในช่วงของปฏิกิริยาเนื่องจากการก่อตัวของโค้กในสายพันธุ์ทองแดง" [Khoshbin และ Haghighi, 2013.]

Ultrasonically precipitated gamma-Al2O3 nano-catalyst, which shows high efficiency in DME conversion.ตัวเร่งปฏิกิริยานาโนที่ไม่ใช่ซีโอไลต์ทางเลือกซึ่งมีประสิทธิภาพมากในการโปรโมตการแปลง DME เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีรูพรุนγอลูมินาขนาดนาโน นาโนขนาดรูพรุγ-อลูมินาประสบความสําเร็จในการสังเคราะห์โดยการตกตะกอนภายใต้การผสมล้ํา การรักษา sonochemical ส่งเสริมการสังเคราะห์อนุภาคนาโน (cf. Rahmanpour et al., 2012)

ทําไมตัวเร่งปฏิกิริยานาโนที่เตรียมไว้ Ultrasonically จึงดีกว่า?

สําหรับการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกันมักจะต้องใช้วัสดุที่มีมูลค่าเพิ่มสูงเช่นโลหะมีค่า สิ่งนี้ทําให้ตัวเร่งปฏิกิริยามีราคาแพงดังนั้นการเพิ่มประสิทธิภาพรวมถึงการขยายวงจรชีวิตของตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นปัจจัยทางเศรษฐกิจที่สําคัญ ในบรรดาวิธีการเตรียม nanocatalysts เทคนิค sonochemical ถือเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพสูง ความสามารถของอัลตราซาวนด์ในการสร้างพื้นผิวที่มีปฏิกิริยาสูงเพื่อปรับปรุงการผสมและเพิ่มการขนส่งมวลชนทําให้เป็นเทคนิคที่มีแนวโน้มโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสํารวจสําหรับการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาและการเปิดใช้งาน มันสามารถผลิตอนุภาคนาโนที่เป็นเนื้อเดียวกันและกระจายตัวโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือราคาแพงและสภาวะที่รุนแรง
ในการศึกษาวิจัยหลายนักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปว่าการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาล้ําเป็นวิธีข้อได้เปรียบมากที่สุดสําหรับการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยานาโนที่เป็นเนื้อเดียวกัน ในบรรดาวิธีการเตรียม nanocatalysts เทคนิค sonochemical ถือเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพสูง ความสามารถของ sonication ที่รุนแรงในการสร้างพื้นผิวที่มีปฏิกิริยาสูงเพื่อปรับปรุงการผสมและเพิ่มการขนส่งมวลชนทําให้เป็นเทคนิคที่มีแนวโน้มโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสํารวจสําหรับการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาและการเปิดใช้งาน มันสามารถผลิตอนุภาคนาโนที่เป็นเนื้อเดียวกันและกระจายตัวโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือราคาแพงและสภาวะที่รุนแรง (cf. Koshbin และ Haghighi, 2014)

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

การสังเคราะห์ sonochemical ส่งผลให้ตัวเร่งปฏิกิริยา CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 มีฤทธิ์สูง
การศึกษาและภาพ: Khoshbin และ 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!)

การนําเสนอแผนผังของผลกระทบของการเกิดโพรงอากาศอะคูสติกต่อการดัดแปลงอนุภาคโลหะ โลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ํา (MP) เนื่องจากสังกะสี (Zn) ได้รับการออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์ โลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงเช่นนิกเกิล (Ni) และไทเทเนียม (Ti) จัดแสดงการดัดแปลงพื้นผิวภายใต้ sonication อลูมิเนียม (Al) และแมกนีเซียม (Mg) ก่อตัวเป็นโครงสร้าง mesoporous โลหะโนเบลมีความทนทานต่อการฉายรังสีอัลตราซาวนด์เนื่องจากความมั่นคงต่อการเกิดออกซิเดชัน จุดหลอมเหลวของโลหะถูกระบุในหน่วยองศาเคลวิน (K)

ขอข้อมูล





Ultrasonicators ที่มีประสิทธิภาพสูงสําหรับการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยา Mesoporous

อุปกรณ์ Sonochemical สําหรับการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยานาโนประสิทธิภาพสูงพร้อมใช้งานทุกขนาด – จาก ultrasonicators ห้องปฏิบัติการขนาดกะทัดรัดเพื่อเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกอุตสาหกรรมอย่างเต็มที่ Hielscher Ultrasonics ออกแบบผลิตและจัดจําหน่าย ultrasonicators พลังงานสูง ระบบอัลตราโซนิกทั้งหมดจะทําในสํานักงานใหญ่ใน Teltow ประเทศเยอรมนีและกระจายจากที่นั่นทั่วโลก
Hielscher ultrasonicators can be remotely controlled via browser control. Sonication parameters can be monitored and adjusted precisely to the process requirements.ฮาร์ดแวร์ที่ซับซ้อนและซอฟต์แวร์สมาร์ทของ Ultrasonicators Hielscher ถูกออกแบบมาเพื่อรับประกันการทํางานที่เชื่อถือได้ผลลัพธ์ที่ทําซ้ําได้เช่นเดียวกับความเป็นมิตรต่อผู้ใช้ Ultrasonicators Hielscher มีความแข็งแรงและเชื่อถือได้ซึ่งช่วยให้สามารถติดตั้งและดําเนินการภายใต้เงื่อนไขหนัก การตั้งค่าการทํางานสามารถเข้าถึงและโทรออกได้อย่างง่ายดายผ่านเมนูที่ใช้งานง่ายซึ่งสามารถเข้าถึงได้ผ่านหน้าจอสัมผัสสีดิจิตอลและรีโมทคอนโทรลของเบราว์เซอร์ ดังนั้นเงื่อนไขการประมวลผลทั้งหมดเช่นพลังงานสุทธิพลังงานรวมความกว้างเวลาความดันและอุณหภูมิจะถูกบันทึกโดยอัตโนมัติในการ์ด SD ในตัว สิ่งนี้ช่วยให้คุณสามารถแก้ไขและเปรียบเทียบการวิ่งโซนิคก่อนหน้าและเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์และการทํางานของตัวเร่งปฏิกิริยานาโนให้มีประสิทธิภาพสูงสุด
Hielscher Ultrasonics ระบบที่ใช้ทั่วโลกสําหรับกระบวนการสังเคราะห์ sonochemical และได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความน่าเชื่อถือสําหรับการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยานาโนซีโอไลต์ที่มีคุณภาพสูงเช่นเดียวกับอนุพันธ์ซีโอไลต์ Ultrasonicators อุตสาหกรรม Hielscher สามารถเรียกใช้แอมพลิจูดสูงในการดําเนินงานอย่างต่อเนื่อง (24/7/365) แอมพลิจูดสูงถึง 200μm สามารถสร้างได้อย่างง่ายดายด้วย sonotrodes มาตรฐาน (โพรบอัลตราโซนิก / เขา) สําหรับแอมพลิจูดที่สูงขึ้น sonotrodes ล้ําเสียงที่กําหนดเองที่มีอยู่ เนื่องจากความทนทานและการบํารุงรักษาต่ํา ultrasonicators ของเรามีการติดตั้งโดยทั่วไปสําหรับการใช้งานหนักและในสภาพแวดล้อมที่ต้องการ
โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิก Hielscher สําหรับการสังเคราะห์ sonochemical, functionalization, nano-structuring และ deagglomeration ได้รับการติดตั้งทั่วโลกในระดับเชิงพาณิชย์แล้ว ติดต่อเราตอนนี้เพื่อหารือเกี่ยวกับกระบวนการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยานาโนของคุณ! พนักงานที่มีประสบการณ์ของเรายินดีที่จะแบ่งปันข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเส้นทางการสังเคราะห์ sonochemical ระบบอัลตราโซนิกและการกําหนดราคา!
ด้วยข้อได้เปรียบของวิธีการสังเคราะห์อัลตราโซนิกการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยานาโนตัวเร่งปฏิกิริยาของคุณจะเป็นเลิศในประสิทธิภาพความเรียบง่ายและต้นทุนต่ําเมื่อเทียบกับกระบวนการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาอื่น ๆ !

ตารางด้านล่างนี้จะช่วยให้คุณมีข้อบ่งชี้ของความจุในการประมวลผลโดยประมาณของ ultrasonicators ของเรา:

ปริมาณชุด อัตราการไหล อุปกรณ์ที่แนะนำ
1 ถึง 500mL 10 ถึง 200mL / นาที UP100H
10 ถึง 2000ml 20 ถึง 400ml / นาที Uf200 ःที, UP400St
00.1 เพื่อ 20L 00.2 เพื่อ 4L / นาที UIP2000hdT
10 100L 2 ถึง 10L / นาที UIP4000hdT
N.A. 10 100L / นาที UIP16000
N.A. ที่มีขนาดใหญ่ กลุ่มของ UIP16000

ติดต่อเรา! / ถามเรา!

สอบถามข้อมูลเพิ่มเติม

กรุณาใช้แบบฟอร์มด้านล่างเพื่อขอข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวประมวลผลอัลตราโซนิกโปรแกรมประยุกต์และราคา เราจะยินดีที่จะหารือเกี่ยวกับกระบวนการของคุณกับคุณและเพื่อให้คุณระบบอัลตราโซนิกการประชุมความต้องการของคุณ!










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

ดร. Andreeva-Bäumler มหาวิทยาลัย Bayreuth กําลังทํางานร่วมกับ ultrasonicator UIP1000hdT ในการจัดโครงสร้างนาโนของโลหะเพื่อให้ได้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหนือกว่า


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

Hielscher Ultrasonics ผลิต homogenizers อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการใช้งานผสมกระจาย emulsification และสกัดในห้องปฏิบัติการนักบินและอุตสาหกรรมขนาด



วรรณกรรม / อ้างอิง


ข้อเท็จจริงที่รู้

ไดเมทิล Ether (DME) เป็นเชื้อเพลิง

หนึ่งในการใช้ dimethyl ether ที่สําคัญคือการประยุกต์ใช้แทนโพรเพนในก๊าซหุงหนัก (ก๊าซโพรเพนเหลว) ซึ่งใช้เป็นเชื้อเพลิงสําหรับยานพาหนะในครัวเรือนและอุตสาหกรรม ในก๊าซโพรเพน autogas, dimethyl ether นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็น blendstock
นอกจากนี้ DME ยังเป็นเชื้อเพลิงที่มีแนวโน้มสําหรับเครื่องยนต์ดีเซลและกังหันก๊าซ สําหรับเครื่องยนต์ดีเซลจํานวน cetane สูง 55 เมื่อเทียบกับน้ํามันดีเซลจากปิโตรเลียมที่มีหมายเลข cetane 40-53 เป็นข้อได้เปรียบอย่างมาก จําเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนในระดับปานกลางเท่านั้นเพื่อให้เครื่องยนต์ดีเซลสามารถเผาไหม้ dimethyl ether ได้ ความเรียบง่ายของสารประกอบโซ่คาร์บอนสั้นนี้นําไปสู่การเผาไหม้เพื่อการปล่อยอนุภาคต่ํามาก ด้วยเหตุผลเหล่านี้เช่นเดียวกับการปราศจากกํามะถัน dimethyl ether ตรงตามกฎระเบียบการปล่อยที่เข้มงวดที่สุดในยุโรป (EURO5), สหรัฐอเมริกา (สหรัฐอเมริกา 2010) และญี่ปุ่น (2009 ญี่ปุ่น)


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 ผลิต homogenizers อัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพสูงจาก ห้องปฏิบัติการ ไปยัง ขนาดอุตสาหกรรมของ