معالجات الفحم بالموجات فوق الصوتية لإنتاج الطاقة

يساهم صوتنة ملاط الفحم في عمليات مختلفة أثناء إنتاج الطاقة من الفحم. الموجات فوق الصوتية تعزز الهدرجة التحفيزية أثناء تسييل الفحم. علاوة على ذلك ، يمكن صوتنة تحسين مساحة السطح واستخراج الفحم. يمكن تجنب التفاعلات الجانبية الكيميائية غير المرغوب فيها أثناء إزالة الرماد وإزالة الكبريت – إنجاز العملية في وقت أقل بكثير. حتى أثناء عملية الفصل عن طريق تعويم الزبد ، يمكن تعزيز تشتت الجسيمات بالحجم الدقيق بشكل كبير عن طريق الصوتنة.

تسييل الفحم / عملية تحويل الفحم إلى سائل

يمكن إنتاج الوقود السائل صناعيا من الفحم من خلال عملية “تسييل الفحم”. يمكن تحقيق تسييل الفحم عبر طريقين – التسييل المباشر (DCL) والتسييل غير المباشر (ICL).
في حين أن التسييل غير المباشر ينطوي عموما على تغويز الفحم ، فإن عملية التسييل المباشر تحول الفحم مباشرة إلى سائل. لذلك ، المذيبات (مثل tetralin) أو المحفزات (مثل MoS₂) مع ارتفاع الضغوط ودرجات الحرارة لتفتيت البنية العضوية للفحم. نظرا لأن الهيدروكربونات السائلة تحتوي عموما على نسبة مولار هيدروجين إلى كربون أعلى من الفحم ، فإن عملية الهدرجة أو رفض الكربون مطلوبة في كل من تقنيات ICL و DCL.

تسييل الفحم المباشر

أظهرت الدراسات أنه يمكن تحسين تسييل الفحم المباشر للفحم المعالج بالموجات فوق الصوتية بشكل ملحوظ. تم صوتنة ثلاثة أنواع مختلفة من الفحم البيتوميني الأدنى رتبة في المذيبات. الموجات فوق الصوتية الناجمة عن تورم و تفريق أدى إلى ارتفاع ملحوظ في غلة التسييل.

تسييل الفحم غير المباشر

يمكن تحويل الفحم إلى وقود سائل عن طريق عمليات تسييل الفحم غير المباشرة (ICL) من خلال التغويز يليه التحويل التحفيزي للغاز التخليقي إلى هيدروكربونات نظيفة ووقود نقل مؤكسج مثل الميثانول وثنائي ميثيل الأثير ووقود Fischer-Tropsch الشبيه بالديزل أو البنزين. يتطلب تخليق Fischer-Tropsch استخدام محفزات مثل المحفزات القائمة على الحديد. عن طريق الموجات فوق الصوتية تجزئة الجسيمات، يمكن تحسين كفاءة المحفزات بشكل كبير.

تنشيط محفز بالموجات فوق الصوتية

عن طريق العلاج بالموجات فوق الصوتية ، يمكن أن تكون الجسيمات متفرق, منزوع التكتل و مجزاه - مما يؤدي إلى سطح جسيمات أعلى. بالنسبة للعوامل الحفازة، هذا يعني سطحا نشطا أعلى، وهو ما يزيد من التفاعل الحفزي للجسيمات.
مثال: محفز Fe على نطاق النانو
Sonochemically prepared nanophase iron is an active catalyst for the Fischer—Tropsch hydrogenation of CO and for the hydrogenolysis and dehydrogenation of alkanes, mainly due to its high surface area (>120mg^-1). معدلات تحويل ثاني أكسيد الكربون و H₂ إلى الألكانات ذات الوزن الجزيئي المنخفض كانت أعلى بحوالي 20 مرة لكل جرام من الحديد مقارنة بمسحوق الحديد التجاري للجسيمات الدقيقة (قطر 5 ميكرومتر) عند 250 درجة مئوية وأكثر من 100 مرة أكثر نشاطا عند 200 درجة مئوية.

أمثلة على المحفزات المعدة بالموجات فوق الصوتية:
على سبيل المثال MoS₂، نانو في

استصلاح المحفز

على الرغم من عدم استهلاك المحفزات أثناء التفاعلات الكيميائية ، إلا أن نشاطها وكفاءتها يمكن أن تنخفض بسبب التكتل والقاذورات. لذلك ، يمكن ملاحظة أن المحفزات تظهر في البداية نشاطا تحفيزيا عاليا وانتقائية مؤكسجة. ومع ذلك ، أثناء تفاعل تدهور المحفزات يمكن أن يحدث بسبب التجميع. بواسطة محفزات التشعيع بالموجات فوق الصوتية يمكن تجديدها مثل التجويف القوات بعثر الجسيمات وإزالة الترسبات من السطح.

غسل الفحم: إزالة الرماد وإزالة الكبريت بالموجات فوق الصوتية

يمكن أن يعزز التكييف بالموجات فوق الصوتية أداء طرق تعويم الفحم ، والتي تستخدم لإزالة الكبريت وإزالة الرماد. أكبر ميزة لطريقة الموجات فوق الصوتية هي الإزالة المتزامنة للرماد والكبريت. [1] تشتهر الموجات فوق الصوتية وتدفقها الصوتي بتأثيراتها على الجسيمات. تعمل الموجات فوق الصوتية القوية على إزالة وتفريق جزيئات الفحم وتلميع سطحها. علاوة على ذلك ، تنظف الموجات فوق الصوتية مصفوفة الفحم وتزيل الكبريت والرماد.
عن طريق تكييف تيار اللب ، يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة لتحسين إزالة الرماد وإزالة الكبريت من اللب. تؤثر الصوتنة على طبيعة اللب عن طريق تقليل محتوى الأكسجين والتوتر السطحي ، مع زيادة قيمة الأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة. وبالتالي ، فإن المعالجة بالموجات فوق الصوتية للفحم عالي الكبريت يحسن إزالة الكبريت.

انخفاض بمساعدة الموجات فوق الصوتية من البيريت

تعمل جذور الأكسجين المولدة بالموجات فوق الصوتية على أكسدة سطح البايرايت وتجعل الكبريت الموجود في اللب يبدو على شكل وحدات سلفوكسيد. هذا قلل من الكارهة للماء من البايرايت.

الظروف الشديدة أثناء انهيار الموجات فوق الصوتية المتولدة التجويف الفقاعات في السوائل قادرة على خلق الجذور الحرة. هذا يعني أن صوتنة الماء تكسر روابط الجزيئات التي تنتج الجذور الحرة ل • OH و • OH.

H₂يا → • ح + • أوه
يمكن أن تخضع الجذور الحرة • OH و • H المتولدة لتفاعلات ثانوية ، على النحو التالي:
•H + O₂ → •HO₂
•أوه + • أوه → ساعة₂O₂
•إتش أو₂ + •HO₂ → H2O₂ + س₂
H2O2 المنتج غير مستقر ويقوم بتفريغ الأكسجين الناشئ بسرعة. لذلك يزداد محتوى الأكسجين في الماء بعد التكييف بالموجات فوق الصوتية. يمكن أن يتفاعل الأكسجين الناشئ ، كونه نشطا للغاية ، مع الجزيئات المعدنية الموجودة في اللب ويقلل من محتوى الأكسجين في اللب.
أكسدة البايرايت (FeS₂) يحدث بسبب تفاعل O₂ مع FeS₂.
2FeS + 3O₂ + 4 ساعات₂O = 2Fe (OH)₂ + 2 ساعة₂حتي₃
FeS + 2O₂ + 2 ساعة₂O = الحديد (أوه)₂ + ح₂حتي₄
2FeS + 2O₂ + 2H+ = 2Fe²⁺ + س₂O^2- + ح₂O

استخراج الفحم

بالنسبة لاستخراج الفحم ، يتم استخدام المذيبات التي يمكن إطلاقها في ظل ظروف الاستخراج المختارة الهيدروجين لهدرجة الفحم. Tetralin هو مذيب مثبت ، يتأكسد إلى النفثالين أثناء الاستخراج. يمكن فصل النفثالين وتحويله ، عن طريق الهدرجة مرة أخرى في رباعي. تتم العملية تحت ضغط عند درجات حرارة محددة اعتمادا على نوع الفحم وأوقات الإقامة التي تبلغ حوالي ثلاث ساعات.

إعادة تنشيط بالموجات فوق الصوتية لجزيئات الفحم المؤكسد

تعويم الرغوة هو عملية فصل تستخدم لتنقية الفحم وإفادته من خلال الاستفادة من الاختلافات في كرهها للماء.
يصعب تعويم الفحم المؤكسد ، حيث يزداد ماء سطح الفحم. يشكل الأكسجين المرفق على سطح الفحم مجموعات الفينول القطبي (-OH) والكربونيل (-C = O) والكربوكسيل (-COOH) ، مما يعزز ترطيب سطح الفحم وبالتالي يزيد من ماءه ، ويمنع امتصاص كواشف التعويم.
الموجات فوق الصوتية معالجة الجسيمات يمكن استخدامها لإزالة طبقات الأكسدة من جزيئات الفحم بحيث يتم إعادة تنشيط سطح جزيئات الفحم المؤكسدة.

الفحم والماء والنفط ووقود الفحم والمياه

الموجات فوق الصوتيه طحن و تفريق يستخدم لتوليد ملاط دقيق الحجم لجزيئات الفحم في الماء أو الزيت. عن طريق الموجات فوق الصوتية ، يتم إنشاء تشتت الجسيمات بدقة وبالتالي تعليق مستقر. (لتحقيق الاستقرار لفترة طويلة ، قد تكون هناك حاجة لإضافة مثبت.) يؤدي وجود الماء في وقود الفحم والماء والماء والزيت إلى احتراق أكثر اكتمالا ويقلل من الانبعاثات الضارة. علاوة على ذلك ، يصبح الفحم المنتشر في الماء مقاوما للانفجار مما يسهل المناولة.

المراجع / الأدب

1. أمبيدكار ، ب. (2012): غسل الفحم بالموجات فوق الصوتية لإزالة الرماد وإزالة الكبريت: التحقيق التجريبي والنمذجة الميكانيكية. سبرينغر ، 2012.
2. كانغ ، دبليو ؛ شون ، ه. كونغ ، العاشر ؛ Li، M. (2009): التأثيرات الناجمة عن التغيرات في طبيعة اللب بعد التكييف بالموجات فوق الصوتية على تعويم الفحم عالي الكبريت. علوم وتكنولوجيا التعدين 19 ، 2009. 498-502.