Sonication af kulopslæmninger bidrager til forskellige processer under energiproduktionen fra kul. Ultralyd fremmer den katalytiske hydrogenering under kondensation af kul. Desuden kan sonikering forbedre overfladearealet og udvinding af kul. Uønskede kemiske bireaktioner under afskalning og afsvovling kan undgås – udføre processen på meget mindre tid. Selv under separationsprocessen via skumflotation kan partikelformig dispersion af partikler forbedres signifikant ved sonikering.

Coal Fortyndelse / Kul-til-Liquid-proces

Flydende brændstoffer kan fremstilles industrielt fra kul ved processen af “Kolformning”. Kulvæskning kan opnås via to ruter – direkte (DCL) og indirekte kondensation (ICL).
Mens den indirekte kondensation generelt involverer forgasning af kul, konverterer den direkte kondensationsproces kul direkte til væske. Derfor er opløsningsmidler (fx tetralin) eller katalysatorer (f.eks. MoS₂) anvendes i kombination med forhøjede tryk og temperaturer for at bryde op for den organiske struktur af kulet. Da flydende carbonhydrider generelt har et højere mol-forhold mellem brint og kulstof end kul, kræves der en hydrogenering eller carbon-afstødningsproces i både ICL- og DCL-teknologier.

Direkte kulformiggørelse

Undersøgelser har vist, at den direkte kulformiggørelse af ultralydforbehandlede kul kan forbedres markant. Tre forskellige typer af lavere rang bituminøst kul er blevet soniceret i opløsningsmiddel. Den ultralydinducerede hævelse og sprede resulterede i bemærkelsesværdigt højere flydende udbytte.

Indirekte kulformiggørelse

Kul kan omdannes til flydende brændstoffer ved hjælp af indirekte kulformiggørelsesprocesser gennem forgasning efterfulgt af katalytisk omdannelse af syngas til rene carbonhydrider og iltede transportbrændstoffer, såsom methanol, dimethylether, Fischer-Tropsch diesel- eller benzinlignende brændstoffer. Fischer-Tropsch-syntesen kræver anvendelse af katalysatorer, såsom jernbaserede katalysatorer. Via ultralyd partikelfragmentation, kan katalysatorernes effektivitet forbedres signifikant.

Aktivering af ultralydkatalysator

Ved ultralydbehandling kan partikler være spredte, findelt og fragmenteret - hvilket resulterer i en højere partikeloverflade. For katalysatorer betyder dette højere aktiv overflade, hvilket øger partiklernes katalytiske reaktivitet.
Eksempel: Nano-skala Fe katalysator
Sonokemisk fremstillet nanofas jern er en aktiv katalysator til Fischer-Tropsch hydrogenering af CO og til hydrogenolyse og dehydrogenering af alkaner, hovedsageligt på grund af dets høje overfladeareal (> 120 mg^-1). Omregningskurser for CO og H₂ til lavmolekylære alkaner var ca. 20 gange højere pr. gram Fe end for fin partikel (5 um diameter) kommercielt jernpulver ved 250 ° C og mere end 100 gange mere aktivt ved 200 ° C.

Eksempler på ultralydforberedte katalysatorer:
fx MoS₂Nano-Fe

Katalysatorudvinning

Selvom katalysatorer ikke forbruges under kemiske reaktioner, kan deres aktivitet og effektivitet falde på grund af agglomerering og fouling. Derfor kan det observeres, at katalysatorer indledningsvist udviser en høj katalytisk aktivitet og oxygenat-selektivitet. Under reaktionsnedbrydning kan katalysatorerne dog forekomme på grund af aggregering. Ved ultralydsbestråling kan katalysatorer regenereres som cavitational kræfter sprede partiklerne og fjern aflejringer fra overfladen.

Coal Wash: Ultrasonic De-Ashing og Desulfurization

Ultralydskonditionering kan forbedre udførelsen af ​​kulflotationsmetoder, der anvendes til afsvovling og deashing. Den største fordel ved ultralydsmetoden er samtidig fjernelse af aske og svovl. [1] Ultralyd og dets akustiske streaming er velkendte for deres virkninger på partikler. Power ultralyd deagglomerater og spredes kulpartikler og polerer deres overflade. Desuden renser ultralyd kulmatrixen, der fjerner svovl og aske.
Ved konditionering af massestrømmen påføres ultralyd med høj effekt til forbedring af affaldets afsvovling og desulfurisering. Sonication påvirker massens natur ved at reducere oxygenindholdet og grænsefladen, samtidig med at pH-værdien og temperaturen øges. Dermed forbedrer ultralydsbehandling af højsvov kul med afsvovling.

Ultralydassistent reduktion af pyritens hydrofobicitet

Ultralydgenererede oxygenradikaler overoxiderer pyritoverfladen og gør det svovl, der findes i massen, tilsyneladende i form af sulfoxid-enheder. Dette nedsatte pyritens hydrofobicitet.

De intense forhold under sammenbruddet af ultralydgenereret kavitation bobler i væsker er i stand til at skabe frie radikaler. Dette betyder, at det vil sige at sonikering af vand bryder molekylet bindinger, der producerer frie radikaler af • OH og • OH.

H₂O → • H + • OH
De genererede • OH og • H-radikaler kan gennemgå sekundære reaktioner som følger:
• H + O₂ → • HO₂
• OH + • OH → H₂den₂
• HO₂ + • HO₂ → H2O₂ den +₂
Den producerede H2O2 er ustabil og udleder nascent oxygen hurtigt. Så øget iltindholdet i vandet efter ultralydskonditionering. Den fremkomne ilt, der er stærkt aktiv, kan reagere med mineralpartikler, som findes i papirmassen og reducere iltindholdet i pulpen.
Oxidationen af ​​pyrit (FeS₂) opstår på grund af reaktionen af ​​O₂ med FeS₂.
2FeS + 3O₂ +4 ः₂O = 2Fe (OH)₂ + 2H₂SÅ₃
FeS + 2O₂ + 2H₂O = Fe (OH)₂ + H₂SÅ₄
2FeS + 2O₂ + 2H + = 2Fe^{2 + +} + S₂den^2- + H₂den

Kulekstraktion

Til kuludvinding anvendes opløsningsmidler, som under de valgte ekstraktionsbetingelser kan frigive hydrogen til hydrogenering af kul. Tetralin er et gennemprøvet opløsningsmiddel, som oxideres til naphthalen under ekstraktion. Naphthalen kan fraskilles og omdannes ved hydrogenering igen i tetralin. Processen udføres under tryk ved specifikke temperaturer afhængigt af typen af ​​kul og opholdstid på ca. tre timer.

Ultralydreaktivering af oxiderede kulpartikler

Froth floatation er en separationsproces, der bruges til at rense og fremme kul ved at udnytte forskellene i deres hydrofobicitet.
Oxiderede kuler er svære at flyde, da kulfladens hydrofilitet øges. Det vedhæftede ilt på kuloverfladen danner polære phenol (-OH), carbonyl (-C = O) og carboxyl (-COOH) grupper, som forøger hydrering af kuloverfladen og således øger dens hydrofilitet, forhindrer flotationsreagenser fra adsorberes.
En ultralyd behandling partikel kan bruges til at fjerne oxidationslag fra kulpartikler, så overfladen af ​​oxiderede kulpartikler genaktiveres.

Kul-vand-olie og kulbrændstof brændstoffer

ultralyd slibning og sprede bruges til dannelse af fine partikler af kulpartikler i vand eller olie. Ved ultralydning genereres en finpartikeldispersion og derved en stabil suspension. (For stabilitet i lang tid kan tilsætningen af ​​en stabilisator være påkrævet.) Tilstedeværelsen af ​​vand i disse kul- og kulbrændselsolier resulterer i en mere fuldstændig forbrænding og reducerer skadelige emissioner. Desuden bliver kul, der er spredt i vand, eksplosionssikker, hvilket letter håndteringen.

Reference / litteratur

1. Ambedkar, B. (2012): Ultrasonic Kul-Wash for De-Foraskning og De-svovlingstrin: eksperimentel undersøgelse og Mekanismestudier Modelling. Springer, 2012.
2. Kang, W .; Xun, H .; Kong, X .; Li, M. (2009): Effekter af ændringer i pulp natur efter ultralydskonditionering ved svovl kul-floatation. Mining Science and Technology 19, 2009. 498-502.