Ултразвукова обработка на въглища за производство на енергия
Ултразвукът на въглищните суспензии допринася за различни процеси по време на производството на енергия от въглища. Ултразвукът насърчава каталитичното хидрогениране по време на втечняването на въглищата. Освен това ултразвукът може да подобри повърхността и извличането на въглищата. Нежеланите химически странични реакции по време на обезпепеляването и сулфуризацията могат да бъдат избегнати – завършване на процеса за много по-малко време. Дори по време на процеса на разделяне чрез флотация на пяна, фината дисперсия на частиците може да бъде значително подобрена чрез ултразвук.
Процес на втечняване на въглища/въглища в течност
Течните горива могат да бъдат промишлено произведени от въглища чрез процеса на “Втечняване на въглища”. Втечняването на въглища може да се постигне по два начина – прякото (DCL) и непрякото втечняване (ICL).
Докато индиректното втечняване обикновено включва газификация на въглищата, процесът на директно втечняване превръща въглищата директно в течност. Следователно разтворители (напр. тетралин) или катализатори (напр. MoS2) се използват в комбинация с повишено налягане и температура за разграждане на органичната структура на въглищата. Тъй като течните въглеводороди обикновено имат по-високо моларно съотношение водород-въглерод от въглищата, е необходим процес на хидрогениране или отхвърляне на въглерод както в ICL, така и в DCL технологиите.
Директно втечняване на въглища
Проучванията показват, че директното втечняване на въглища на ултразвуково предварително обработени въглища може да бъде значително подобрено. Три различни вида битумни въглища от по-нисък ранг са били ултразвук в разтворител. Ултразвукът предизвика подуване и Разпръскване доведе до забележително по-високи добиви на втечняване.
Индиректно втечняване на въглища
Въглищата могат да бъдат превърнати в течни горива чрез индиректни процеси на втечняване на въглища (ICL) чрез газификация, последвана от каталитично превръщане на синтез газ в чисти въглеводороди и кислородни транспортни горива като метанол, диметилов етер, дизелови или бензиноподобни горива на Fischer-Tropsch. Синтезът на Фишер-Тропш изисква използването на катализатори като катализатори на основата на желязо. Чрез ултразвук фрагментация на частиците, ефективността на катализаторите може да бъде значително подобрена.

UIP16000 – Най-мощният ултразвуков ултразвуков ултразвуков UIP16000 (16kW)
Активиране на ултразвуков катализатор
Чрез ултразвукова обработка частиците могат да бъдат Разпръснати, деагломерирани и Фрагментиран – което води до по-висока повърхност на частиците. За катализаторите това означава по-висока активна повърхност, което увеличава каталитичната реактивност на частиците.
Пример: Наномащабен Fe катализатор
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). Норми на преобразуване на CO и H2 до нискомолекулни алкани са приблизително 20 пъти по-високи на грам Fe, отколкото за фини частици (5 μm диаметър) търговски железен прах при 250°C и повече от 100 пъти по-активни при 200°C.
Примери за ултразвуково подготвени катализатори:
например MoS2, nano-Fe
Рекултивация на катализатор
Въпреки че катализаторите не се консумират по време на химични реакции, тяхната активност и ефективност могат да намалеят поради агломерация и замърсяване. Следователно може да се наблюдава, че катализаторите първоначално показват висока каталитична активност и селективност на оксигенацията. По време на реакцията обаче може да възникне разграждане на катализаторите поради агрегация. Чрез ултразвуково облъчване катализаторите могат да бъдат регенерирани като кавитационен Сили разпилявам частиците и отстранете отлаганията от повърхността.
Измиване на въглища: ултразвуково обезпепеляване и десулфуризация
Ултразвуковото кондициониране може да подобри ефективността на методите за флотация на въглища, които се използват за десулфуризация и обезпепеляване. Най-голямото предимство на ултразвуковия метод е едновременното отстраняване на пепел и сяра. [1] Ултразвукът и неговото акустично предаване са добре известни с ефектите си върху частиците. Мощният ултразвук деагломерира и диспергира въглищните частици и полира повърхността им. Освен това ултразвукът почиства въглищната матрица, премахвайки сярата и пепелта.
Чрез кондициониране на потока от пулпа се прилага ултразвук с висока мощност за подобряване на обезпепеляването и десулфуризацията на пулпата. Ултразвукът влияе върху природата на пулпата, като намалява съдържанието на кислород и междуфазовото напрежение, като същевременно увеличава стойността на рН и температурата. По този начин ултразвуковата обработка на въглища с високо съдържание на сяра подобрява десулфуризацията.
Ултразвуково подпомагано намаляване на хидрофобността на пирита
Ултразвуково генерираните кислородни радикали свръхокисляват повърхността на пирита и правят сярата, съществуваща в пулпата, да изглежда под формата на сулфоксидни единици. Това намалява хидрофобността на пирита.
Интензивните условия по време на колапса на ултразвуково генерирания Кавитация мехурчетата в течностите са способни да създават свободни радикали. Това означава, че т.е. ултразвукът на водата разрушава молекулярните връзки, произвеждайки свободни радикали на •OH и •OH.
Генерираните свободни радикали •OH и •H могат да претърпят вторични реакции, както следва:
•OH + •OH → H2O2
•ХО2 + • HO2 → H2O2 + О2
Произведеният H2O2 е нестабилен и бързо изхвърля зараждащия се кислород. Така съдържанието на кислород във водата се увеличава след ултразвуково кондициониране. Зараждащият се кислород, тъй като е силно активен, може да реагира с минерални частици, съществуващи в пулпата, и да намали съдържанието на кислород в пулпата.
Окисляването на пирита (FeS2) възниква поради реакцията на O2 с FeS2.
FeS + 2O2 + 2 часа2O = Fe(OH)2 + Н2ТАКА4
2FeS + 2O2 + 2H+ = 2Fe2+ + С2O2- + Н2O
Добив на въглища
За извличане на въглища се използват разтворители, които могат да отделят при избраните условия на екстракция водород за хидрогениране на въглища. Тетралинът е доказан разтворител, който се окислява до нафталин по време на екстракцията. Нафталинът може да бъде отделен и превърнат чрез хидрогениране отново в тетралин. Процесът се извършва под налягане при определени температури в зависимост от вида на въглищата и времето на престой около три часа.
Ултразвуково реактивиране на окислени въглищни частици
Плаването на пяна е процес на разделяне, който се използва за пречистване и обогатяване на въглищата, като се възползва от разликите в тяхната хидрофобност.
Окислените въглища са трудни за плаване, тъй като хидрофилността на въглищната повърхност се увеличава. Прикрепеният кислород върху повърхността на въглищата образува полярни фенолни (-OH), карбонилни (-C=O) и карбоксилни (-COOH) групи, които подобряват хидратацията на въглищната повърхност и по този начин увеличават нейната хидрофилност, предотвратявайки адсорбирането на флотационни реагенти.
Ултразвуков Обработка на частици може да се използва за отстраняване на окислителни слоеве от въглищни частици, така че повърхността на окислените въглищни частици да се активира отново.
Въглища-вода-нефт и въглищни-водни горива
Ултразвукова Смилане и Разпръскване се използва за генериране на фини суспензии от въглищни частици във вода или масло. Чрез ултразвук се генерира дисперсия на частици с фин размер и по този начин стабилна суспензия. (За дългосрочна стабилност може да се наложи добавянето на стабилизатор.) Наличието на вода в тези въглищно-водни и въглищно-водно-маслени горива води до по-пълно изгаряне и намалява вредните емисии. Освен това въглищата, диспергирани във вода, стават взривозащитени, което улеснява обработката.
Справочник/ Литература
- Амбедкар, Б. (2012): Ултразвуково измиване на въглища за обезпепеляване и десулфуризация: експериментално изследване и механистично моделиране. Springer, 2012.
- Канг, У.; Xun, H.; Конг, Х.; Ли, М. (2009): Ефекти от промените в природата на целулозата след ултразвуково кондициониране при плаване на въглища с високо съдържание на сяра. Минна наука и технологии 19, 2009. 498-502.
Факти, които си струва да знаете
Ултразвуковите хомогенизатори на тъкани често се наричат сонден сонникатор, звуков лизьор, ултразвуков разрушител, ултразвукова мелница, соно-руптор, сонификатор, звуков дисмембранатор, клетъчен разрушител, ултразвуков диспергатор или разтворител. Различните термини са резултат от различните приложения, които могат да бъдат изпълнени чрез ултразвук.