Dimetil Eter (DME) konvertatsiyasi uchun katalizatorlarning ultratovushli tayyorlanishi
To'g'ridan-to'g'ri DME konvertatsiyasi uchun ikki funktsiyali katalizatorlar
Dimetil efir (DME) ishlab chiqarish ikki bosqichga bo'lingan yaxshi tashkil etilgan sanoat jarayonidir: birinchidan, singazni metanolga (CO / CO ) katalitik gidrogenlash.2 + 3H2 → CH3OH + H2H2O) va ikkinchidan, kislota katalizatorlari orqali metanolning keyingi katalitik dehidratsiyasi (2CH) hosil bo'ladi.3OH → CH3OCH3 + H2O). Ushbu ikki bosqichli DME sintezining asosiy cheklovi metanol sintezi bosqichidagi past termodinamika bilan bog'liq bo'lib, bu har bir o'tishda past gaz konversiyasiga olib keladi (15-25%). Shunday qilib, yuqori aylanma koeffitsientlari, shuningdek, yuqori kapital va operatsion xarajatlar yuzaga keladi.
Ushbu termodinamik cheklovni bartaraf etish uchun to'g'ridan-to'g'ri DME sintezi sezilarli darajada qulayroqdir: to'g'ridan-to'g'ri DME konvertatsiyasida metanol sintezi bosqichi bitta reaktorda suvsizlanish bosqichi bilan birlashtiriladi.
(2CO / CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O).

Ultrasonikator UIP2000hdT (2kVt) Oqimli reaktor bilan mezoporli nanokatalizatorlarning (masalan, bezatilgan zeolitlarning) sonokimyoviy sintezi uchun keng tarqalgan ishlatiladigan o'rnatish.

Ikki funktsiyali katalizatorda singazdan dimetil efir (DME) ning bevosita sintezi.
(© Millan va boshq. 2020)
Power-Ultratovush yordamida DME konvertatsiyasi uchun yuqori reaktiv katalizatorlar sintezi
Dimetil efir konvertatsiyasi uchun katalizatorlarning reaktivligi va selektivligi ultratovushli davolash orqali sezilarli darajada yaxshilanishi mumkin. Kislota zeolitlari (masalan, aluminosilikat zeoliti HZSM-5) va bezatilgan zeolitlar (masalan, CuO/ZnO/Al bilan) kabi zeolitlar2O3) DME ishlab chiqarish uchun muvaffaqiyatli ishlatiladigan asosiy katalizatorlardir.

Yashil yoqilg'i sifatida singazni dimetil efirga to'g'ridan-to'g'ri aylantirishda qo'llaniladigan CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 ning gibrid birgalikda cho'kindi-ultratovush sintezi.
Tadqiqot va rasm: Xoshbin va Xagigi, 2013.]
Zeolitlarni xlorlash va ftorlash katalitik kislotalilikni sozlashning samarali usullari hisoblanadi. Xlorlangan va ftorlangan zeolit katalizatorlari Aboul-Fotouh tadqiqot guruhi tomonidan o'tkazilgan tadqiqotda ikkita halogen prekursorlari (ammiak xlorid va ammoniy ftorid) yordamida zeolitlarni (H-ZSM-5, H-MOR yoki HY) singdirish orqali tayyorlangan. Ultrasonik nurlanishning ta'siri, qattiq yotoqli reaktorda metanolni suvsizlantirish orqali dimetileter (DME) ishlab chiqarish uchun ikkala halogen prekursorni optimallashtirish uchun baholandi. Qiyosiy DME katalizatori sinovi shuni ko'rsatdiki, ultratovushli nurlanish ostida tayyorlangan halogenlangan zeolit katalizatorlari DME hosil bo'lishi uchun yuqori samaradorlikni ko'rsatadi. (Aboul-Fotouh va boshqalar, 2016)
Boshqa bir tadqiqotda tadqiqot guruhi dimetileter ishlab chiqarish uchun H-MOR zeolit katalizatorlarida metanolni suvsizlantirish paytida duch kelgan barcha muhim ultratovushli o'zgaruvchilarni o'rganib chiqdi. Tadqiqot guruhi o'zlarining sonication tajribalari uchun Hielscher UP50H prob tipidagi ultrasonikator. Soniklangan H-MOR zeolitining (Mordenit zeoliti) skanerlash elektron mikroskopi (SEM) tasviri shuni aniqladiki, ultratovushli vosita sifatida ishlatiladigan metanolning o'zi katta aglomeratlar va bo'lmagan katalizatorlarga nisbatan zarrachalar o'lchamlarining bir xilligi bo'yicha eng yaxshi natijalarni beradi. -bir jinsli klasterlar paydo bo'ldi. Ushbu topilmalar ultratovushning birlik hujayra rezolyutsiyasiga va shuning uchun metanolning dimetil efirga (DME) suvsizlanishining katalitik xatti-harakatlariga chuqur ta'sir qilishini tasdiqladi. NH3-TPD shuni ko'rsatadiki, ultratovush nurlanishi H-MOR katalizatorining kislotaliligini oshirdi va shuning uchun bu DME shakllanishi uchun katalitik ko'rsatkichdir. (Aboul-Gheit va boshqalar, 2014)

Turli xil vositalar yordamida ultratovushli H-MOR SEM
Tadqiqot va rasmlar: ©Aboul-Gheit va boshqalar, 2014
Deyarli barcha tijorat DME metanolni turli qattiq kislotali katalizatorlar yordamida suvsizlantirish yo'li bilan ishlab chiqariladi, masalan, zeolitlar, sillika-alyuminiy oksidi, alumina, Al2O3-B2O3va boshqalar quyidagi reaksiya orqali:
2CH3OH <—> CH3OCH3 +H2O(-22,6k jmol-1)
Koshbin va Xagigi (2013) CuO-ZnO-Alni tayyorladilar2O3/ HZSM-5 nanokatalizatorlari qo'shma cho'kindi-ultratovush usuli orqali. Tadqiqot guruhi "ultratovush energiyasidan foydalanish CO gidrogenatsiyasi funktsiyasining tarqalishiga va natijada DME sintezining ishlashiga katta ta'sir ko'rsatadi. Ultratovush yordamida sintezlangan nanokatalizatorning chidamliligi singazdan DME reaktsiyasi paytida tekshirildi. Nanokatalizator mis turlarida koks hosil bo'lishi tufayli reaktsiya davomida ahamiyatsiz faolligini yo'qotadi. [Xoshbin va Xagigi, 2013.]
DME konversiyasini rag'batlantirishda juda samarali bo'lgan muqobil zeolit bo'lmagan nano-katalizator nano o'lchamdagi gözenekli g-alumina katalizatoridir. Nano-o'lchamdagi gözenekli g-alyuminiy ultratovush aralashtirish ostida cho'ktirish orqali muvaffaqiyatli sintez qilindi. Sonokimyoviy davolash nanozarrachalar sinteziga yordam beradi. (Qarang: Rahmanpour va boshqalar, 2012)
Nima uchun ultratovushli tayyorlangan nano-katalizatorlar ustundir?
Heterojen katalizatorlarni ishlab chiqarish uchun ko'pincha qimmatbaho metallar kabi yuqori qo'shimcha qiymatli materiallar talab qilinadi. Bu katalizatorlarni qimmatlashtiradi va shuning uchun samaradorlikni oshirish va katalizatorlarning ishlash muddatini uzaytirish muhim iqtisodiy omillardir. Nanokatalizatorlarni tayyorlash usullari orasida sonokimyoviy usul yuqori samarali usul hisoblanadi. Ultratovushning yuqori reaktiv yuzalarni yaratish, aralashtirishni yaxshilash va massa tashilishini oshirish qobiliyati uni katalizatorlarni tayyorlash va faollashtirishni o'rganish uchun ayniqsa istiqbolli texnikaga aylantiradi. U qimmatbaho asboblar va ekstremal sharoitlarga muhtoj bo'lmasdan bir hil va dispers nanozarrachalarni ishlab chiqarishi mumkin.
Bir nechta tadqiqot ishlarida olimlar ultratovushli katalizatorni tayyorlash bir hil nano-katalizatorlarni ishlab chiqarishning eng foydali usuli degan xulosaga kelishdi. Nanokatalizatorlarni tayyorlash usullari orasida sonokimyoviy usul yuqori samarali usul hisoblanadi. Kuchli sonikatsiyaning yuqori reaktiv yuzalarni yaratish, aralashtirishni yaxshilash va ommaviy tashishni oshirish qobiliyati uni katalizatorlarni tayyorlash va faollashtirishni o'rganish uchun ayniqsa istiqbolli texnikaga aylantiradi. U qimmatbaho asboblar va ekstremal sharoitlarga muhtoj bo'lmasdan bir hil va dispers nanozarrachalarni ishlab chiqarishi mumkin. (Qarang: Koshbin va Xagigi, 2014)

Sonokimyoviy sintez natijasida yuqori faol nano-tuzilmali CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 katalizatori paydo bo'ladi.
Tadqiqot va rasm: Xoshbin va Xagigi, 2013.

Metall zarrachalarning modifikatsiyasiga akustik kavitatsiya ta'sirining sxematik taqdimoti. Rux (Zn) kabi past erish nuqtasi (MP) bo'lgan metallar to'liq oksidlanadi; nikel (Ni) va titanium (Ti) kabi yuqori erish nuqtasiga ega bo'lgan metallar sonikatsiya ostida sirt o'zgarishini ko'rsatadi. Alyuminiy (Al) va magniy (Mg) mezopor tuzilmalarni hosil qiladi. Nobel metallari oksidlanishga qarshi barqarorligi tufayli ultratovush nurlanishiga chidamli. Metalllarning erish nuqtalari Kelvin (K) darajasida ko'rsatilgan.
Mesoporous katalizatorlar sintezi uchun yuqori samarali ultrasonikatorlar
Yuqori samarali nano-katalizatorlarni sintez qilish uchun sonokimyoviy uskunalar har qanday hajmda mavjud. – ixcham laboratoriya ultrasonikatorlaridan to'liq sanoat ultratovush reaktorlarigacha. Hielscher Ultrasonics yuqori quvvatli ultrasonikatorlarni loyihalashtiradi, ishlab chiqaradi va tarqatadi. Barcha ultratovush tizimlari Germaniyaning Teltow shahridagi shtab-kvartirada ishlab chiqariladi va u erdan butun dunyo bo'ylab tarqatiladi.
Hielscher ultrasonikatorlarining murakkab apparat va aqlli dasturiy ta'minoti ishonchli ishlash, takrorlanadigan natijalar va foydalanuvchilarga qulaylikni kafolatlash uchun mo'ljallangan. Hielscher ultrasonikatorlari mustahkam va ishonchli bo'lib, bu og'ir ish sharoitida o'rnatish va ishlatish imkonini beradi. Operatsion sozlamalarga raqamli rangli sensorli displey va brauzerning masofadan boshqarish pulti orqali kirish mumkin bo'lgan intuitiv menyu orqali osongina kirish va terish mumkin. Shu sababli, aniq energiya, umumiy energiya, amplituda, vaqt, bosim va harorat kabi barcha ishlov berish shartlari avtomatik ravishda o'rnatilgan SD-kartada qayd etiladi. Bu sizga oldingi sonikatsiyalarni qayta ko'rib chiqish va solishtirish va nano-katalizatorlarning sintezi va funksionalligini eng yuqori samaradorlikka optimallashtirish imkonini beradi.
Hielscher Ultrasonics tizimlari butun dunyo bo'ylab sonokimyoviy sintez jarayonlari uchun qo'llaniladi va yuqori sifatli zeolit nano-katalizatorlari hamda zeolit hosilalari sintezi uchun ishonchli ekanligi isbotlangan. Hielscher sanoat ultrasonicators osongina uzluksiz ishlash (24/7/365) yuqori amplitudali ishlatish mumkin. 200 mkm gacha bo'lgan amplitudalarni standart sonotrodlar (ultratovushli zondlar / shoxlar) bilan osongina doimiy ravishda yaratish mumkin. Bundan ham yuqori amplitudalar uchun moslashtirilgan ultratovushli sonotrodlar mavjud. Ularning mustahkamligi va kam texnik xizmat ko'rsatishi tufayli bizning ultratovush apparatlarimiz odatda og'ir ilovalar uchun va talabchan muhitda o'rnatiladi.
Hielscher ultratovushli protsessorlari sonokimyoviy sintez, funksionallashtirish, nano-struktura va deaglomeratsiya uchun butun dunyo bo'ylab tijorat miqyosida o'rnatilgan. Nano-katalizator ishlab chiqarish jarayonini muhokama qilish uchun hozir biz bilan bog'laning! Bizning tajribali xodimlarimiz sonokimyoviy sintez yo'li, ultratovush tizimlari va narxlari haqida ko'proq ma'lumot almashishdan xursand bo'lishadi!
Ultrasonik sintez usulining afzalligi bilan sizning mesoporous nano-katalizator ishlab chiqarish boshqa katalizator sintez jarayonlari bilan solishtirganda samaradorlik, soddalik va arzon narxlarda ustunlik qiladi!
Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan:
To'plam hajmi | Oqim darajasi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
---|---|---|
1 dan 500 ml gacha | 10 dan 200 ml / min | UP100H |
10 dan 2000 ml gacha | 20 dan 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
0.1 dan 20 L gacha | 0.2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
10 dan 100 l gacha | 2 dan 10 l / min | UIP4000hdT |
na | 10 dan 100 l / min | UIP16000 |
na | kattaroq | ning klasteri UIP16000 |
Biz bilan bog'lanish! / Bizdan so'rang!

Doktor Andreeva-Baumler, Bayreuth universiteti bilan hamkorlik qilmoqda Ultrasonikator UIP1000hdT ustun katalizatorlarni olish uchun metallarni nano-strukturalash bo'yicha.
Adabiyot / Adabiyotlar
- 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.
Bilishga arziydigan faktlar
Yoqilg'i sifatida dimetil efir (DME).
Dimetil efirning asosiy ko'zda tutilgan qo'llanilishidan biri uni avtomobillar, uy xo'jaliklari va sanoatda yoqilg'i sifatida ishlatiladigan LPG (suyuq propan gazi)dagi propan o'rniga qo'llashdir. Propanli avtogazda dimetil efir qorishma sifatida ham ishlatilishi mumkin.
Bundan tashqari, DME dizel dvigatellari va gaz turbinalari uchun ham istiqbolli yoqilg'i hisoblanadi. Dizel dvigatellari uchun setan soni 40-53 bo'lgan neftdan olinadigan dizel yoqilg'isi bilan solishtirganda yuqori setan soni 55 bo'lishi juda foydali. Dimetil efirni yoqish uchun dizel dvigatelini yoqish uchun faqat o'rtacha modifikatsiya qilish kerak. Ushbu qisqa uglerod zanjiri birikmasining soddaligi yonish paytida zarrachalarning juda kam emissiyasiga olib keladi. Shu sabablarga ko'ra, oltingugurt yo'qligi bilan birga, dimetil efir Evropada (EURO5), AQShda (AQSh 2010) va Yaponiyada (2009 yil Yaponiya) eng qat'iy emissiya qoidalariga javob beradi.

Hielscher Ultrasonics kompaniyasi yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi laboratoriya uchun sanoat hajmi.