Enerji istehsalı üçün kömürün ultrasəslə emalı

Kömür suspenziyalarının ultrasəslə emalı kömürdən enerji istehsalı zamanı müxtəlif proseslərə töhfə verir. Ultrasəs kömürün mayeləşdirilməsi zamanı katalitik hidrogenləşməni təşviq edir. Bundan əlavə, ultrasəslə emal kömürün səth sahəsini və ekstraksiya olunma qabiliyyətini yaxşılaşdıra bilər. Külün və kükürdün kənarlaşdırılması zamanı arzuolunmaz kimyəvi yan reaksiyaların qarşısını almaq mümkündür – bununla proses xeyli daha qısa müddətdə həyata keçirilir. Hətta köpük flotasiyası ilə ayırma prosesi zamanı da ultrasəslə emal vasitəsilə hissəciklərin incə ölçülü dispersləşdirilməsi əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırıla bilər.

Kömürün mayeləşdirilməsi/ Kömürün mayeyə çevrilməsi prosesi

Maye yanacaqlar sənaye miqyasında kömürdən “Kömürün mayeləşdirilməsi” prosesi ilə istehsal edilə bilər. Kömürün mayeləşdirilməsi iki yolla həyata keçirilə bilər – birbaşa (DCL) və dolayı mayeləşdirmə (ICL).
Dolayı mayeləşdirmə ümumiyyətlə kömürün qazlaşdırılmasını əhatə etdiyi halda, birbaşa mayeləşdirmə prosesi kömürü birbaşa mayeyə çevirir. Buna görə də kömürün üzvi strukturunu parçalamaq üçün yüksək təzyiq və temperaturla birlikdə həlledicilərdən (e.g. tetralin) və ya katalizatorlardan (e.g. MoS₂) istifadə olunur. Maye karbohidrogenlərdə hidrogenin karbona mol nisbəti ümumiyyətlə kömürdə olduğundan daha yüksək olduğu üçün həm ICL, həm də DCL texnologiyalarında hidrogenləşdirmə və ya karbonun kənarlaşdırılması prosesi tələb olunur.

Kömürün birbaşa mayeləşdirilməsi

Tədqiqatlar göstərmişdir ki, əvvəlcədən ultrasəslə emal edilmiş kömürlərin birbaşa mayeləşdirilməsi nəzərəçarpacaq dərəcədə yaxşılaşdırıla bilər. Daha aşağı kömürləşmə dərəcəsinə malik bitumlu kömürün üç müxtəlif növü həlledicidə ultrasəslə emal edilmişdir. Ultrasəsin yaratdığı şişmə və dispersləşmə mayeləşdirmə məhsulunun çıxımının nəzərəçarpacaq dərəcədə yüksəlməsi ilə nəticələnmişdir.

Kömürün dolayı mayeləşdirilməsi

Kömür dolayı mayeləşdirmə (ICL) prosesləri vasitəsilə maye yanacaqlara çevrilə bilər: əvvəlcə qazlaşdırma aparılır, sonra isə sintez qazı katalitik yolla təmiz karbohidrogenlərə və metanol, dimetil efir, Fischer-Tropsch dizel və ya benzin tipli yanacaqlar kimi oksigen tərkibli nəqliyyat yanacaqlarına çevrilir. Fischer-Tropsch sintezi dəmir əsaslı katalizatorlar kimi katalizatorların istifadəsini tələb edir. Ultrasəslə hissəciklərin fraqmentləşdirilməsi vasitəsilə katalizatorların səmərəliliyi əhəmiyyətli dərəcədə artırıla bilər.

Katalizatorun ultrasəslə aktivləşdirilməsi

Ultrasəs emalı vasitəsilə hissəciklər dispersləşdirilə, deaqlomerasiya edilə və fraqmentləşdirilə bilər – nəticədə hissəciklərin səth sahəsi artır. Katalizatorlar üçün bu, daha böyük aktiv səth deməkdir və hissəciklərin katalitik reaksiya qabiliyyətini artırır.
Nümunə: Nanoölçülü Fe katalizatoru
Sonokimyəvi yolla hazırlanmış nanofazalı dəmir, əsasən yüksək səth sahəsinə görə, CO-nun Fischer–Tropsch hidrogenləşdirilməsi və alkanların hidrogenolizi və dehidrogenləşdirilməsi üçün aktiv katalizatordur (>120mg^-1). CO və H₂ üçün aşağı molekulyar kütləli alkanlara çevrilmə sürətləri hər qram Fe üzrə 250°C-də incə hissəcikli (diametri 5 μm) kommersiya dəmir tozu ilə müqayisədə təxminən 20 dəfə yüksək olmuş, 200°C-də isə aktivlik 100 dəfədən çox yüksək olmuşdur.

Ultrasəslə hazırlanmış katalizatorlara nümunələr:
e.g. MoS₂, nano-Fe

Katalizatorun bərpası

Katalizatorlar kimyəvi reaksiyalar zamanı sərf olunmasa da, aqlomerasiya və çirklənmə səbəbindən onların aktivliyi və səmərəliliyi azala bilər. Buna görə də katalizatorların ilkin mərhələdə yüksək katalitik aktivlik və oksigenli birləşmələrə qarşı selektivlik göstərdiyi müşahidə edilə bilər. Lakin reaksiya zamanı aqreqasiya səbəbindən katalizatorlar deqradasiyaya uğraya bilər. Ultrasəs şüalandırması vasitəsilə katalizatorlar regenerasiya edilə bilər, çünki kavitasiya qüvvələri hissəcikləri dispersləşdirir və səthdəki çöküntüləri kənarlaşdırır.

Kömürün yuyulması: Külün və kükürdün ultrasəslə kənarlaşdırılması

Ultrasəslə kondisiyalaşdırma kükürdün və külün kənarlaşdırılması üçün istifadə olunan kömür flotasiyası üsullarının effektivliyini artıra bilər. Ultrasəs üsulunun ən böyük üstünlüyü külün və kükürdün eyni vaxtda kənarlaşdırılmasıdır.[1] Ultrasəs və onun yaratdığı akustik axın hissəciklərə təsirləri ilə yaxşı tanınır. Yüksək güclü ultrasəs kömür hissəciklərini deaqlomerasiya edir, dispersləşdirir və onların səthini cilalayır. Bundan əlavə, ultrasəs kükürdü və külü kənarlaşdıraraq kömür matrisini təmizləyir.
Pulpa axınını kondisiyalaşdırmaqla, pulpadan külün və kükürdün kənarlaşdırılmasını yaxşılaşdırmaq üçün yüksək güclü ultrasəs tətbiq edilir. Ultrasəslə emal oksigen miqdarını və fazalararası gərilməni azaltmaqla, eyni zamanda pH qiymətini və temperaturu artırmaqla pulpanın xüsusiyyətlərinə təsir göstərir. Beləliklə, yüksək kükürd tərkibli kömürün ultrasəslə emalı kükürdün kənarlaşdırılmasını yaxşılaşdırır.

Ultrasəsin köməyi ilə piritin hidrofobluğunun azaldılması

Ultrasəslə yaradılan oksigen radikalları piritin səthini həddindən artıq oksidləşdirir və pulpada mövcud olan kükürdün sulfoksid vahidləri şəklində görünməsinə səbəb olur. Bu, piritin hidrofobluğunu azaltmışdır.

Mayelərdə ultrasəslə yaradılan kavitasiya qabarcıqlarının çökməsi zamanı yaranan intensiv şərait sərbəst radikallar yarada bilər. Bu o deməkdir ki, məsələn, suyun ultrasəslə emalı molekulyar rabitələri qıraraq •OH və •OH sərbəst radikallarını əmələ gətirir.

H₂O → •H + •OH
Yaranan •OH və •H sərbəst radikalları aşağıdakı kimi ikinci dərəcəli reaksiyalara girə bilər:
•H + O₂ → •HO₂
•OH + •OH → H₂O₂
•HO₂ + •HO₂ → H2O₂ + O₂
Əmələ gələn H2O2 qeyri-sabitdir və yeni əmələ gəlmiş oksigeni sürətlə buraxır. Buna görə də ultrasəslə kondisiyalaşdırmadan sonra suda oksigen miqdarı artır. Yüksək aktivliyə malik olan yeni əmələ gəlmiş oksigen pulpada mövcud mineral hissəciklərlə reaksiyaya girə və pulpanın oksigen miqdarını azalda bilər.
Piritin oksidləşməsi (FeS₂) aşağıdakı maddələrin reaksiyası nəticəsində baş verir: O₂ və FeS₂.
2FeS + 3O₂ + 4H₂O = 2Fe(OH)₂ + 2H₂SO₃
FeS + 2O₂ + 2H₂O = Fe(OH)₂ + H₂SO₄
2FeS + 2O₂ + 2H+ = 2Fe²⁺ + S₂O^2- + H₂O

Kömürün ekstraksiyası

Kömürün ekstraksiyası üçün seçilmiş ekstraksiya şəraitində kömürün hidrogenləşdirilməsi üçün hidrogen ayıra bilən həlledicilərdən istifadə olunur. Tetralin ekstraksiya zamanı naftalinə oksidləşən, effektivliyi təsdiqlənmiş həlledicidir. Naftalin ayrılıb hidrogenləşdirmə yolu ilə yenidən tetralinə çevrilə bilər. Proses təzyiq altında, kömürün növündən asılı olan müəyyən temperaturlarda və təxminən üç saatlıq qalma müddəti ilə həyata keçirilir.

Oksidləşmiş kömür hissəciklərinin ultrasəslə yenidən aktivləşdirilməsi

Köpük flotasiyası hidrofobluq fərqlərindən istifadə etməklə kömürü təmizləmək və zənginləşdirmək üçün tətbiq olunan ayırma prosesidir.
Oksidləşmiş kömürlərin flotasiyası çətindir, çünki kömür səthinin hidrofilliyi artır. Kömür səthinə birləşmiş oksigen qütblü fenol (-OH), karbonil (-C=O) və karboksil (-COOH) qrupları əmələ gətirir. Bu qruplar kömür səthinin hidratlaşmasını gücləndirir və beləliklə, onun hidrofilliyini artıraraq flotasiya reagentlərinin adsorbsiya olunmasının qarşısını alır.
Ultrasəslə hissəciklərin emalı kömür hissəciklərindən oksidləşmə təbəqələrini kənarlaşdırmaq üçün istifadə oluna bilər və bununla oksidləşmiş kömür hissəciklərinin səthi yenidən aktivləşdirilir.

Kömür-su-yağ və kömür-su yanacaqları

Ultrasəslə üyütmə və dispersləşdirmə suda və ya yağda kömür hissəciklərinin incə ölçülü suspenziyalarını yaratmaq üçün istifadə olunur. Ultrasəslə emal vasitəsilə incə ölçülü hissəcik dispersiyası və bununla da sabit suspenziya yaradılır. (Uzunmüddətli sabitlik üçün stabilizatorun əlavə edilməsi tələb oluna bilər.) Bu kömür-su və kömür-su-yağ yanacaqlarında suyun mövcudluğu daha tam yanmaya səbəb olur və zərərli emissiyaları azaldır. Bundan əlavə, suda dispersləşdirilmiş kömür partlayışa davamlı olur ki, bu da onunla işləməyi asanlaşdırır.

İstinadlar / ədəbiyyat

1. Ambedkar, B. (2012): Küldən təmizlənmə və kükürdsüzləşdirmə üçün ultrasəs kömür yuma: Eksperimental Tədqiqat və Mexanik Modelləşdirmə. Springer, 2012.
2. Kang, W.; Xun, H.; Konq, X.; Li, M. (2009): Yüksək kükürdlü kömür floatasiyasına ultrasəs kondisionerindən sonra pulpa təbiətindəki dəyişikliklərin təsiri. Mədən elmi və texnologiyası 19, 2009. 498-502.