Ultraheli söeravi energia tootmiseks

Söe läga ultrahelitöötlus aitab kaasa erinevatele protsessidele söe energiatootmise ajal. Ultraheli soodustab katalüütilist hüdrogeenimist söe veeldamise ajal. Lisaks võib ultrahelitöötlus parandada söe pindala ja ekstraheeritavust. Soovimatuid keemilisi kõrvalreaktsioone tuhastamise ja desulfureerimise ajal on võimalik vältida – protsessi teostamine palju vähema ajaga. Isegi eraldamisprotsessi ajal vahu flotatsiooni kaudu saab ultrahelitöötlusega oluliselt suurendada osakeste peene suurusega dispersiooni.

Kivisöe veeldamine / söest vedelaks muutuv protsess

Vedelkütuseid saab kivisöest tööstuslikult toota “Söe veeldamine”. Kivisöe veeldamist on võimalik saavutada kahel viisil: – otsene (DCL) ja kaudne veeldamine (ICL).
Kui kaudne veeldamine hõlmab tavaliselt kivisöe gaasistamist, siis otsese veeldamisega muundatakse kivisüsi otse vedelikuks. Seetõttu on lahustid (nt tetraliin) või katalüsaatorid (nt MoS₂) kasutatakse koos kõrgendatud rõhu ja temperatuuriga söe orgaanilise struktuuri lagundamiseks. Kuna vedelatel süsivesinikel on tavaliselt suurem vesiniku ja süsiniku molaarsuhe kui kivisöel, on nii ICL- kui ka DCL-tehnoloogiates vaja hüdrogeenimist või süsiniku äratõukeprotsessi.

Otsene söe veeldamine

Uuringud on näidanud, et ultraheliga eeltöödeldud söe otsest kivisöe veeldamist saab märgatavalt parandada. Lahustis on ultraheliga töödeldud kolme erinevat tüüpi madalama astme bituumensütt. Ultraheli indutseeris turset ja Hajutamine tulemuseks oli märkimisväärselt suurem veeldamissaagis.

Kaudne söe veeldamine

Kivisütt saab muundada vedelkütusteks kivisöe veeldamise kaudse protsessi (ICL) abil gaasistamise teel, millele järgneb sünteesigaasi katalüütiline muundamine puhasteks süsivesinikeks ja hapnikuga rikastatud transpordikütusteks, nagu metanool, dimetüüleeter, Fischer-Tropschi diislikütuse- või bensiinitaolised kütused. Fischer-Tropschi süntees nõuab katalüsaatorite, näiteks rauapõhiste katalüsaatorite kasutamist. Ultraheli kaudu osakeste killustumine, saab katalüsaatorite efektiivsust oluliselt parandada.

Ultraheli katalüsaatori aktiveerimine

Ultraheliravi abil võivad osakesed olla Hajutatud, deagglomereeritud ja Killustatud – mille tulemuseks on suurem osakeste pind. Katalüsaatorite puhul tähendab see kõrgemat aktiivset pinda, mis suurendab osakeste katalüütilist reaktsioonivõimet.
Näide: nanoskaalas Fe katalüsaator
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). CO ja H ümberarvestuskursid₂ madala molekulmassiga alkaanid olid ligikaudu 20 korda kõrgemad Fe grammi kohta kui peenosakeste (5 μm läbimõõduga) kaubandusliku rauapulbri puhul temperatuuril 250 °C ja üle 100 korra aktiivsemad temperatuuril 200 °C.

Näited ultraheli ettevalmistatud katalüsaatoritest:
nt MoS₂, nano-Fe

Katalüsaatori taasväärtustamine

Kuigi katalüsaatoreid keemiliste reaktsioonide ajal ei tarbita, võib nende aktiivsus ja efektiivsus aglomeratsiooni ja saastumise tõttu väheneda. Seetõttu võib täheldada, et katalüsaatorid näitavad esialgu kõrget katalüütilist aktiivsust ja hapnikuga küllastunud selektiivsust. Kuid reaktsiooni ajal võib katalüsaatorite lagunemine toimuda agregatsiooni tõttu. Ultraheli kiirituse abil saab katalüsaatoreid regenereerida kui kavitatsiooniline Jõud Laiali osakesed ja eemaldage pinnalt sademed.

Söepesu: ultraheli tuhastamine ja desulfureerimine

Ultraheli konditsioneerimine võib suurendada söe flotatsioonimeetodite jõudlust, mida kasutatakse väävlitustamiseks ja dešišifreerimiseks. Ultraheli meetodi suurim eelis on tuha ja väävli samaaegne eemaldamine. [1] Ultraheli ja selle akustiline voogesitus on tuntud oma mõju poolest osakestele. Võimsus ultraheli deagglomereerib ja hajutab söeosakesi ning poleerib nende pinda. Lisaks puhastab ultraheli söemaatriksit, eemaldades väävlit ja tuhka.
Tselluloosi voolu konditsioneerimisel rakendatakse tselluloosi tuhastamise ja desulfureerimise parandamiseks suure võimsusega ultraheli. Ultrahelitöötlus mõjutab tselluloosi olemust, vähendades hapnikusisaldust ja liidese pinget, suurendades samal ajal pH väärtust ja temperatuuri. Seega parandab kõrge väävlisisaldusega söe ultraheli töötlemine väävlitustamist.

Püriidi hüdrofoobsuse ultraheli abil vähenemine

Ultraheli genereeritud hapniku radikaalid oksüdeerivad püriidi pinda üle ja muudavad tselluloosi väävli sulfoksiidiühikute kujul. See vähendas püriidi hüdrofoobsust.

Intensiivsed tingimused ultraheli tekitatud kokkuvarisemise ajal Kavitatsioon vedelikes olevad mullid on võimelised tekitama vabu radikaale. See tähendab, et s.t. vee ultrahelitöötlus lõhub molekuli sidemeid, tekitades •OH ja •OH vabu radikaale.

H₂O → •H + •OH
Tekkivad •OH ja •H vabad radikaalid võivad läbida sekundaarseid reaktsioone järgmiselt:
•H + O₂ → •HO₂
•OH + •OH → H₂O₂
•HO₂ + •HO₂ → H2O₂ + O₂
Toodetud H2O2 on ebastabiilne ja eraldab kiiresti tekkivat hapnikku. Seega suureneb hapnikusisaldus vees pärast ultraheli konditsioneerimist. Tekkiv hapnik, mis on väga aktiivne, võib reageerida tselluloosi mineraalosakestega ja vähendada tselluloosi hapnikusisaldust.
Püriidi (FeS) oksüdatsioon₂) tekib O reaktsiooni tõttu₂ FeS-iga₂.
2Fes + 3O₂ + 4H₂O = 2Fe(OH)₂ + 2H₂NII₃
FeS + 2O₂ + 2H₂O = Fe(OH)₂ + H₂NII₄
2Fes + 2O₂ + 2H+ = 2Fe²⁺ + S₂O^2- + H₂O

söe kaevandamine

Söe jaoks kasutatakse ekstrahente, mis võivad valitud ekstraheerimistingimustes vabastada vesinikku söe hüdrogeenimiseks. Tetraliin on tõestatud lahusti, mis ekstraheerimise ajal oksüdeerub naftaleeniks. Naftaleeni saab eraldada ja muundada tetraliinis uuesti hüdrogeenimise teel. Protsess viiakse läbi rõhu all kindlatel temperatuuridel, sõltuvalt söe tüübist ja umbes kolme tunni pikkusest viibeajast.

Oksüdeeritud söeosakeste ultraheli reaktiveerimine

Vahu hõljumine on eraldusprotsess, mida kasutatakse söe puhastamiseks ja rikastamiseks, kasutades ära nende hüdrofoobsuse erinevusi.
Oksüdeeritud söed on raske ujuda, kuna söe pinna hüdrofiilsus suureneb. Söepinnal olev kinnitunud hapnik moodustab polaarsed fenooli (-OH), karbonüül- (-C=O) ja karboksüül- (-COOH) rühmad, mis suurendavad söepinna hüdratatsiooni ja suurendavad seega selle hüdrofiilsust, takistades flotatsioonireaktiivide adsorbeerumist.
Ultraheli Osakeste töötlemine saab kasutada oksüdatsioonikihtide eemaldamiseks söeosakestest, nii et oksüdeerunud söeosakeste pind aktiveerub uuesti.

Kivisüsi-vesi-nafta ja söe-vesi kütused

Ultraheli Jahvatamine ja Hajutamine kasutatakse söeosakeste peene suurusega läga tekitamiseks vees või õlis. Ultraheli abil genereeritakse peene suurusega osakeste dispersioon ja seeläbi stabiilne suspensioon. (Pikaajalise stabiilsuse tagamiseks võib olla vajalik stabilisaatori lisamine.) Vee olemasolu nendes söe-vesi ja söe-vesi-naftakütustes toob kaasa täielikuma põlemise ja vähendab kahjulikke heitmeid. Lisaks muutub vees dispergeeritud süsi plahvatuskindlaks, mis hõlbustab käitlemist.

Viide / Kirjandus

1. Ambedkar, B. (2012): Ultraheli söepesu tuhastamiseks ja väävlistamiseks: eksperimentaalne uurimine ja mehhanistlik modelleerimine. Springer, 2012.
2. Kang, W.; Xun, H.; Kong, X.; Li, M. (2009): Tselluloosi olemuse muutuste mõju pärast ultraheli konditsioneerimist kõrge väävlisisaldusega söe ujukil. Kaevandamise teadus ja tehnoloogia 19, 2009. 498-502.