อัลตราโซนิกการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาสําหรับการแปลง Dimethyl Ether (DME)
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)

ultrasonicator UIP2000hdT (2kW) ด้วยเครื่องปฏิกรณ์ไหลผ่านเป็นการตั้งค่าที่ใช้กันทั่วไปสําหรับการสังเคราะห์ sonochemical ของ nanocatalysts mesoporous (เช่น zeolites ตกแต่ง)

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

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)

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.]
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)

การสังเคราะห์ sonochemical ส่งผลให้ตัวเร่งปฏิกิริยา CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 มีฤทธิ์สูง
การศึกษาและภาพ: Khoshbin และ Haghighi, 2013

การนําเสนอแผนผังของผลกระทบของการเกิดโพรงอากาศอะคูสติกต่อการดัดแปลงอนุภาคโลหะ โลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ํา (MP) เนื่องจากสังกะสี (Zn) ได้รับการออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์ โลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงเช่นนิกเกิล (Ni) และไทเทเนียม (Ti) จัดแสดงการดัดแปลงพื้นผิวภายใต้ sonication อลูมิเนียม (Al) และแมกนีเซียม (Mg) ก่อตัวเป็นโครงสร้าง mesoporous โลหะโนเบลมีความทนทานต่อการฉายรังสีอัลตราซาวนด์เนื่องจากความมั่นคงต่อการเกิดออกซิเดชัน จุดหลอมเหลวของโลหะถูกระบุในหน่วยองศาเคลวิน (K)
Ultrasonicators ที่มีประสิทธิภาพสูงสําหรับการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยา Mesoporous
อุปกรณ์ Sonochemical สําหรับการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยานาโนประสิทธิภาพสูงพร้อมใช้งานทุกขนาด – จาก ultrasonicators ห้องปฏิบัติการขนาดกะทัดรัดเพื่อเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกอุตสาหกรรมอย่างเต็มที่ Hielscher Ultrasonics ออกแบบผลิตและจัดจําหน่าย ultrasonicators พลังงานสูง ระบบอัลตราโซนิกทั้งหมดจะทําในสํานักงานใหญ่ใน Teltow ประเทศเยอรมนีและกระจายจากที่นั่นทั่วโลก
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!

ดร. Andreeva-Bäumler มหาวิทยาลัย Bayreuth กําลังทํางานร่วมกับ ultrasonicator UIP1000hdT ในการจัดโครงสร้างนาโนของโลหะเพื่อให้ได้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหนือกว่า
วรรณกรรม / อ้างอิง
- Ahmed, K.; Sameh, M.; Laila, I.; Naghmash, Mona (2014): Ultrasonication of H-MOR zeolite catalysts for dimethylether (DME) production as a clean fuel. Journal of Petroleum Technology and Alternative Fuels 5, 2014. 13-25.
- Reza Khoshbin, Mohammad Haghighi (2013): Direct syngas to DME as a clean fuel: The beneficial use of ultrasound for the preparation of CuO–ZnO–Al2O3/HZSM-5 nanocatalyst. Chemical Engineering Research and Design, Volume 91, Issue 6, 2013. 1111-1122.
- Kolesnikova, E.E., Obukhova, T.K., Kolesnichenko, N.V. et al. (2018): Ultrasound-Assisted Modification of Zeolite Catalyst for Dimethyl Ether Conversion to Olefins with Magnesium Compounds. Pet. Chem. 58, 2018. 863–868.
- Reza Khoshbin, Mohammad Haghighi (2014): Direct Conversion of Syngas to Dimethyl Ether as a Green Fuel over Ultrasound- Assisted Synthesized CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 Nanocatalyst: Effect of Active Phase Ratio on Physicochemical and Catalytic Properties at Different Process Conditions. Catalysis Science & Technology, Volume 6, 2014.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/cy/c3cy01089a - Sameh M.K. Aboul-Fotouh, Laila I. Ali, Mona A. Naghmash, Noha A.K. Aboul-Gheit (2017): Effect of the Si/Al ratio of HZSM-5 zeolite on the production of dimethyl ether before and after ultrasonication. Journal of Fuel Chemistry and Technology, Volume 45, Issue 5, 2017. 581-588.
- Rahmanpour, Omid; Shariati, Ahmad; Khosravi-Nikou, Mohammad Reza (2012): New Method for Synthesis Nano Size γ-Al2O3 Catalyst for Dehydration of Methanol to Dimethyl Ether. International Journal of Chemical Engineering and Applications 2012. 125-128.
- Millán, Elena; Mota, Noelia; Guil-Lopez, R.; Pawelec, Barbara; Fierro, José; Navarro, Rufino (2020): Direct Synthesis of Dimethyl Ether from Syngas on Bifunctional Hybrid Catalysts Based on Supported H3PW12O40 and Cu-ZnO(Al): Effect of Heteropolyacid Loading on Hybrid Structure and Catalytic Activity. Catalysts 10, 2020.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Pavel V. Cherepanov, Daria V. Andreeva (2017): Phase structuring in metal alloys: Ultrasound-assisted top-down approach to engineering of nanostructured catalytic materials. Ultrasonics Sonochemistry 2017.
- Sameh M.K. Aboul-Fotouh, Noha A.K. Aboul-Gheit, Mona A. Naghmash (2016): Dimethylether production on zeolite catalysts activated by Cl−, F− and/or ultrasonication. Journal of Fuel Chemistry and Technology, Volume 44, Issue 4, 2016. 428-436.
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)

Hielscher Ultrasonics ผลิต homogenizers อัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพสูงจาก ห้องปฏิบัติการ ไปยัง ขนาดอุตสาหกรรมของ