Υπερήχων άνθρακα θεραπείες για την παραγωγή ενέργειας
Η υπερήχηση των πολτών άνθρακα συμβάλλει σε διάφορες διαδικασίες κατά την παραγωγή ενέργειας από άνθρακα. Ο υπέρηχος προάγει την καταλυτική υδρογόνωση κατά την υγροποίηση του άνθρακα. Επιπλέον, κατεργασία με υπερήχους μπορεί να βελτιώσει την επιφάνεια και την εξορύξιμο του άνθρακα. Ανεπιθύμητες χημικές παρενέργειες κατά την αποτέφρωση και αποθείωση μπορούν να αποφευχθούν – ολοκλήρωση της διαδικασίας σε πολύ λιγότερο χρόνο. Ακόμη και κατά τη διάρκεια της διαδικασίας διαχωρισμού μέσω επίπλευσης αφρού, η διασπορά σωματιδίων λεπτού μεγέθους μπορεί να ενισχυθεί σημαντικά με υπερήχους.
Υγροποίηση άνθρακα / Διαδικασία άνθρακα σε υγρό
Τα υγρά καύσιμα μπορούν να παραχθούν βιομηχανικά από άνθρακα με τη διαδικασία “υγροποίηση άνθρακα”. Η υγροποίηση άνθρακα μπορεί να επιτευχθεί μέσω δύο οδών – την άμεση (DCL) και έμμεση υγροποίηση (ICL).
Ενώ η έμμεση υγροποίηση περιλαμβάνει γενικά την αεριοποίηση του άνθρακα, η διαδικασία άμεσης υγροποίησης μετατρέπει τον άνθρακα απευθείας σε υγρό. Επομένως, διαλύτες (π.χ. τετραλίνη) ή καταλύτες (π.χ. MoS2) χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με αυξημένες πιέσεις και θερμοκρασίες για τη διάσπαση της οργανικής δομής του άνθρακα. Δεδομένου ότι οι υγροί υδρογονάνθρακες έχουν γενικά υψηλότερη μοριακή αναλογία υδρογόνου-άνθρακα από τον άνθρακα, απαιτείται διαδικασία υδρογόνωσης ή απόρριψης άνθρακα τόσο στις τεχνολογίες ICL όσο και στις τεχνολογίες DCL.
Άμεση υγροποίηση άνθρακα
Μελέτες έχουν δείξει ότι η άμεση υγροποίηση άνθρακα των υπερηχητικά προεπεξεργασμένων κάρβουνων μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά. Τρεις διαφορετικοί τύποι ασφαλτούχου άνθρακα χαμηλότερης βαθμίδας έχουν κατεργασθεί με υπερήχους σε διαλύτη. Το υπερηχογράφημα προκάλεσε οίδημα και Διασποράς είχε ως αποτέλεσμα εντυπωσιακά υψηλότερες αποδόσεις υγροποίησης.
Έμμεση υγροποίηση άνθρακα
Ο άνθρακας μπορεί να μετατραπεί σε υγρά καύσιμα με διεργασίες έμμεσης υγροποίησης άνθρακα (ICL) μέσω αεριοποίησης ακολουθούμενης από καταλυτική μετατροπή του συνθετικού αερίου σε καθαρούς υδρογονάνθρακες και οξυγονωμένα καύσιμα κίνησης όπως μεθανόλη, διμεθυλαιθέρα, ντίζελ Fischer-Tropsch ή καύσιμα που μοιάζουν με βενζίνη. Η σύνθεση Fischer-Tropsch απαιτεί τη χρήση καταλυτών όπως καταλύτες με βάση το σίδηρο. Μέσω υπερήχων κατακερματισμός σωματιδίων, η απόδοση των καταλυτών μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά.

UIP16000 – Πιο ισχυρό υπερήχων βαρέως τύπου υπερήχων UIP16000 (16kW)
Ενεργοποίηση καταλύτη υπερήχων
Με υπερηχητική θεραπεία, τα σωματίδια μπορούν να είναι Διάσπαρτες, αποσυσσωματωμένα και Κατακερματισμένη – με αποτέλεσμα υψηλότερη επιφάνεια σωματιδίων. Για τους καταλύτες, αυτό σημαίνει υψηλότερη ενεργή επιφάνεια, η οποία αυξάνει την καταλυτική αντιδραστικότητα των σωματιδίων.
Παράδειγμα: Καταλύτης Fe νανοκλίμακας
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). Συντελεστές μετατροπής CO και H2 σε χαμηλού μοριακού βάρους αλκάνια ήταν περίπου 20 φορές υψηλότερα ανά γραμμάριο Fe από ό, τι για σκόνη σιδήρου λεπτού σωματιδίου (διαμέτρου 5 μm) στους 250 ° C και περισσότερο από 100 φορές πιο ενεργό στους 200 ° C.
Παραδείγματα για υπερηχητικά παρασκευασμένους καταλύτες:
π.χ. MoS2, νανο-Fe
Αποκατάσταση καταλύτη
Παρόλο που οι καταλύτες δεν καταναλώνονται κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων, η δραστικότητα και η αποτελεσματικότητά τους μπορεί να μειωθεί λόγω συσσωμάτωσης και ρύπανσης. Επομένως, μπορεί να παρατηρηθεί ότι οι καταλύτες παρουσιάζουν αρχικά υψηλή καταλυτική δραστικότητα και οξυγονική επιλεκτικότητα. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της αντίδρασης μπορεί να συμβεί αποικοδόμηση των καταλυτών λόγω συσσωμάτωσης. Με υπερήχων καταλύτες ακτινοβολίας μπορεί να αναγεννηθεί ως το σπηλαίωση Δυνάμεις διασκορπίζω τα σωματίδια και αφαιρέστε τις εναποθέσεις από την επιφάνεια.
Πλύσιμο άνθρακα: Υπερήχων De-Ashing και αποθείωση
Υπερήχων κλιματισμού μπορεί να ενισχύσει την απόδοση των μεθόδων επίπλευσης άνθρακα, οι οποίες χρησιμοποιούνται για αποθείωση και αποτέφρωση. Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της μεθόδου υπερήχων είναι η ταυτόχρονη απομάκρυνση τέφρας και θείου. [1] Ο υπέρηχος και η ακουστική ροή του είναι γνωστοί για τις επιδράσεις τους στα σωματίδια. Ο υπερηχογράφος ισχύος αποσυσσωματώνει και διασκορπίζει σωματίδια άνθρακα και γυαλίζει την επιφάνειά τους. Επιπλέον, ο υπέρηχος καθαρίζει τη μήτρα άνθρακα αφαιρώντας το θείο και την τέφρα.
Με τη ρύθμιση του ρεύματος πολτού, εφαρμόζεται υπερηχογράφημα υψηλής ισχύος για τη βελτίωση της αποτέφρωσης και της αποθείωσης του πολτού. Η υπερήχηση επηρεάζει τη φύση του πολτού μειώνοντας την περιεκτικότητα σε οξυγόνο και τη διεπιφανειακή ένταση, αυξάνοντας παράλληλα την τιμή pH και τη θερμοκρασία. Με αυτόν τον τρόπο, η υπερηχητική επεξεργασία άνθρακα υψηλής περιεκτικότητας σε θείο βελτιώνει την αποθείωση.
Υπερήχων υποβοηθούμενη μείωση της υδροφοβίας του σιδηροπυρίτη
Οι ρίζες οξυγόνου που παράγονται με υπερήχους υπεροξειδώνουν την επιφάνεια του σιδηροπυρίτη και κάνουν το θείο που υπάρχει στον πολτό να φαίνεται να έχει τη μορφή μονάδων σουλφοξειδίου. Αυτό μείωσε την υδροφοβία του σιδηροπυρίτη.
Οι έντονες συνθήκες κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης του υπερηχητικά παραγόμενου σπηλαίωση Οι φυσαλίδες στα υγρά είναι ικανές να δημιουργήσουν ελεύθερες ρίζες. Αυτό σημαίνει ότι δηλαδή η υπερήχηση του νερού σπάει τους μοριακούς δεσμούς παράγοντας ελεύθερες ρίζες •OH και •OH.
Οι •OH και •H ελεύθερες ρίζες που παράγονται μπορούν να υποστούν δευτερογενείς αντιδράσεις, ως εξής:
•Ω + •Ω → Η2O2
•HO2 + •HO2 → H2O2 + Ο2
Το H2O2 που παράγεται είναι ασταθές και εκφορτίζει γρήγορα το εκκολαπτόμενο οξυγόνο. Έτσι, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο νερό αυξάνεται μετά από υπερηχητική προετοιμασία. Το εκκολαπτόμενο οξυγόνο, που είναι πολύ ενεργό, μπορεί να αντιδράσει με μεταλλικά σωματίδια που υπάρχουν στον πολτό και να μειώσει την περιεκτικότητα σε οξυγόνο του πολτού.
Η οξείδωση του σιδηροπυρίτη (FeS2) συμβαίνει λόγω της αντίδρασης του O2 με το FeS2.
FeS + 2Ο2 + 2Η2O = Fe(OH)2 + Η2ΈΤΣΙ4
2FeS + 2Ο2 + 2H+ = 2Fe2+ + Σ2O2- + Η2O
εξόρυξη άνθρακα
Για την εκχύλιση άνθρακα χρησιμοποιούνται διαλύτες που μπορούν να απελευθερώσουν υπό τις επιλεγμένες συνθήκες εκχύλισης υδρογόνο για την υδρογόνωση του άνθρακα. Η τετραλίνη είναι ένας αποδεδειγμένος διαλύτης, ο οποίος οξειδώνεται σε ναφθαλίνιο κατά την εκχύλιση. Το ναφθαλίνιο μπορεί να διαχωριστεί και να μετατραπεί, με υδρογόνωση και πάλι σε τετραλίνη. Η διαδικασία πραγματοποιείται υπό πίεση σε συγκεκριμένες θερμοκρασίες ανάλογα με τον τύπο του άνθρακα και τους χρόνους παραμονής περίπου τριών ωρών.
Υπερήχων επανενεργοποίηση οξειδωμένων σωματιδίων άνθρακα
Η επίπλευση αφρού είναι μια διαδικασία διαχωρισμού που χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό και τον εμπλουτισμό του άνθρακα εκμεταλλευόμενη τις διαφορές στην υδροφοβία τους.
Οι οξειδωμένοι άνθρακες είναι δύσκολο να επιπλέουν, καθώς αυξάνεται η υδροφιλικότητα της επιφάνειας του άνθρακα. Το συνδεδεμένο οξυγόνο στην επιφάνεια του άνθρακα σχηματίζει πολικές φαινόλες (-OH), καρβονυλικές (-C = O) και καρβοξυλικές (-COOH) ομάδες, οι οποίες ενισχύουν την ενυδάτωση της επιφάνειας του άνθρακα και έτσι αυξάνουν την υδροφιλικότητα του, εμποδίζοντας την προσρόφηση αντιδραστηρίων επίπλευσης.
Ένας υπερήχων επεξεργασία σωματιδίων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση στρωμάτων οξείδωσης από σωματίδια άνθρακα, έτσι ώστε η επιφάνεια των οξειδωμένων σωματιδίων άνθρακα να επανενεργοποιηθεί.
Άνθρακας-νερό-πετρέλαιο και άνθρακας-νερό καύσιμα
Υπερήχων Άλεση και Διασποράς χρησιμοποιείται για την παραγωγή πολτού λεπτού μεγέθους σωματιδίων άνθρακα σε νερό ή πετρέλαιο. Με υπερήχους, δημιουργείται μια διασπορά σωματιδίων λεπτού μεγέθους και ως εκ τούτου ένα σταθερό εναιώρημα. (Για μακροχρόνια σταθερότητα, ενδέχεται να απαιτείται η προσθήκη σταθεροποιητή.) Η παρουσία νερού σε αυτά τα καύσιμα άνθρακα-νερού και άνθρακα-νερού-πετρελαίου έχει ως αποτέλεσμα μια πληρέστερη καύση και μειώνει τις επιβλαβείς εκπομπές. Επιπλέον, ο άνθρακας που διασκορπίζεται στο νερό γίνεται αντιεκρηκτικός που διευκολύνει το χειρισμό.
Βιβλιογραφία/ Βιβλιογραφία
- Ambedkar, Β. (2012): Υπερηχητική έκπλυση άνθρακα για αποτέφρωση και αποθείωση: Πειραματική έρευνα και μηχανιστική μοντελοποίηση. Άλτης, 2012.
- Kang, W.; Xun, Η.; Κονγκ, Χ.; Li, Μ. (2009): Επιδράσεις από αλλαγές στη φύση του πολτού μετά από υπερήχων προετοιμασία σε πλωτήρα άνθρακα υψηλής περιεκτικότητας σε θείο. Μεταλλευτική Επιστήμη και Τεχνολογία 19, 2009. 498-502.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Οι ομογενοποιητές ιστών υπερήχων αναφέρονται συχνά ως υπερήχων ανιχνευτής, ηχητικός λύτης, διαταράκτης υπερήχων, υπερηχητικός μύλος, sono-ruptor, sonifier, ηχητικός dismembrator, κυτταρικός διαταράκτης, υπερηχητικός διασκορπιστής ή διαλύτης. Οι διαφορετικοί όροι προκύπτουν από τις διάφορες εφαρμογές που μπορούν να εκπληρωθούν με υπερήχους.