Traitements à ultrasons charbon pour la production d'énergie

La sonication des boues de charbon contribue à divers processus au cours de la production d'énergie à partir du charbon. L'échographie favorise l'hydrogénation catalytique lors de la liquéfaction du charbon. En outre, la sonication peut améliorer la surface et l'extractibilité du charbon. Les réactions secondaires chimiques non souhaitées pendant la déshydratation et la désulfuration peuvent être évitées – accomplir le processus en beaucoup moins de temps. Même pendant le processus de séparation par flottation par moussage, la dispersion fine des particules peut être significativement améliorée par sonication.

Procédé de liquéfaction du charbon / du charbon au liquide

Ultrasonication promotes the coal wash, desulfurization, dishing and coal conditioning. (Click to enlarge!)Les combustibles liquides peuvent être produits industriellement à partir du charbon par le procédé de “Liquéfaction du charbon”. La liquéfaction du charbon peut être réalisée par deux voies – la liquéfaction directe (DCL) et indirecte (ICL).
Alors que la liquéfaction indirecte implique généralement la gazéification du charbon, le procédé de liquéfaction directe transforme directement le charbon en liquide. Par conséquent, les solvants (par exemple la tétraline) ou les catalyseurs (par ex.2) sont utilisés en combinaison avec des pressions et des températures élevées pour briser la structure organique du charbon. Comme les hydrocarbures liquides ont généralement un rapport molaire hydrogène-carbone plus élevé que le charbon, un procédé d'hydrogénation ou de rejet du carbone est requis dans les technologies ICL et DCL.

Liquéfaction directe du charbon

Des études ont montré que la liquéfaction directe du charbon des charbons prétraités par ultrasons peut être nettement améliorée. Trois types différents de charbon bitumineux de rang inférieur ont été traités aux ultrasons dans un solvant. Le gonflement induit par les ultrasons et Dispersion conduit à des rendements de liquéfaction remarquablement plus élevés.

Liquéfaction indirecte du charbon

Le charbon peut être converti en combustibles liquides par des procédés indirects de liquéfaction du charbon (ICL) par gazéification suivie d'une conversion catalytique du gaz de synthèse en hydrocarbures propres et en carburants oxygénés tels que le méthanol, l'éther diméthylique, les carburants diesel Fischer-Tropsch. La synthèse de Fischer-Tropsch nécessite l'utilisation de catalyseurs tels que des catalyseurs à base de fer. Par ultrasons fragmentation des particules, l'efficacité des catalyseurs peut être significativement améliorée.

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Activation du catalyseur ultrasonore

Par traitement ultrasonique, les particules peuvent être Dispersé, désagrégée et fragmenté - résultant en une surface de particules plus élevée. Pour les catalyseurs, cela signifie une surface active plus élevée, ce qui augmente la réactivité catalytique des particules.
Exemple: Catalyseur de Fe à l'échelle nanométrique
Le fer nanophasique préparé de manière sonochimique est un catalyseur actif pour l'hydrogénation de Fischer-Tropsch du CO et pour l'hydrogénolyse et la déshydrogénation des alcanes, principalement en raison de sa grande surface (> 120 mg-1). Taux de conversion du CO et H2 les alcanes de faible poids moléculaire étaient environ 20 fois plus élevés par gramme de Fe que pour la poudre commerciale de fer à particules fines (5 um de diamètre) à 250 ° C et plus de 100 fois plus active à 200 ° C.

Exemples de catalyseurs préparés par ultrasons:
par exemple MoS2nano-Fe

Récupération de catalyseur

Même si les catalyseurs ne sont pas consommés lors des réactions chimiques, leur activité et leur efficacité peuvent diminuer en raison de l'agglomération et de l'encrassement. Par conséquent, on peut observer que les catalyseurs présentent initialement une activité catalytique élevée et une sélectivité d'oxygénation. Cependant, pendant la réaction, la dégradation des catalyseurs peut se produire en raison de l'agrégation. Par irradiation ultrasonique, les catalyseurs peuvent être régénérés cavitationnel les forces disperser les particules et enlever les dépôts de la surface.

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Lavage du charbon: désaspiration ultrasonique et désulfuration

Le conditionnement par ultrasons peut améliorer les performances des méthodes de flottation du charbon, qui sont utilisées pour la désulfuration et le décendrage. Le plus grand avantage de la méthode par ultrasons est l'élimination simultanée des cendres et du soufre. [1] Les ultrasons et leur diffusion acoustique sont bien connus pour leurs effets sur les particules. L'ultrason de puissance désagglomère et disperse les particules de charbon et polit leur surface. De plus, les ultrasons nettoient la matrice de charbon en éliminant le soufre et les cendres.
En conditionnant le flux de pulpe, des ultrasons de haute puissance sont appliqués pour améliorer le désencrage et la désulfuration de la pulpe. La sonication influence la nature de la pulpe en diminuant la teneur en oxygène et la tension interfaciale, tout en augmentant la valeur du pH et la température. Ainsi, le traitement par ultrasons du charbon à haute teneur en soufre améliore la désulfuration.

Diminution assistée par ultrasons de l'hydrophobicité de la pyrite

Les radicaux d'oxygène générés par ultrasons sur-oxydent la surface de la pyrite et font apparaître le soufre existant dans la pulpe sous la forme d'unités sulfoxyde. Cela a diminué l'hydrophobicité de la pyrite.

Les conditions intenses pendant l'effondrement de l'ultrason généré cavitation les bulles dans les liquides sont capables de créer des radicaux libres. Cela signifie que la sonication de l'eau brise les liaisons moléculaires produisant des radicaux libres de • OH et • OH.

H2O → -H + -OH

Les radicaux libres • OH et • H générés peuvent subir des réactions secondaires, comme suit:
• H + O2 → -HO2
-OH + -OH → H H2la2
• HO2 + • HO2 → H2O2 + O2

Le H2O2 produit est instable et libère rapidement de l'oxygène naissant. Ainsi, la teneur en oxygène dans l'eau augmente après le conditionnement par ultrasons. L'oxygène naissant, étant très actif, peut réagir avec les particules minérales existant dans la pulpe et réduire la teneur en oxygène de la pulpe.
L'oxydation de la pyrite (FeS2) se produit en raison de la réaction de O2 avec le FeS2.
2FeS + 3O2 + 4H2O = 2Fe (OH)2 + 2H2ALORS3
FeS + 2O2 + 2H2O = Fe (OH)2 H +2ALORS4
2FeS + 2O2 + 2H + = 2Fe2+ + S2la2- H +2la

Extraction du charbon

Pour l'extraction du charbon, on utilise des solvants qui peuvent libérer dans les conditions d'extraction choisies de l'hydrogène pour l'hydrogénation du charbon. La tétraline est un solvant éprouvé, qui est oxydé en naphtalène pendant l'extraction. Le naphtalène peut être séparé et transformé par hydrogénation dans la tétraline. Le procédé est réalisé sous pression à des températures spécifiques en fonction du type de charbon et des temps de séjour d'environ trois heures.

Réactivation ultrasonique de particules de charbon oxydées

La flottation de mousse est un procédé de séparation qui est utilisé pour purifier et béné fi cier le charbon en tirant parti des différences de leur hydrophobicité.
Les charbons oxydés sont difficiles à flotter, à mesure que l'hydrophilicité de la surface du charbon augmente. L'oxygène fixé sur la surface du charbon forme des groupes phénol polaire (-OH), carbonyle (-C = O) et carboxyle (-COOH), qui améliorent l'hydratation de la surface du charbon et augmentent ainsi son hydrophilie, empêchant les réactifs de flottation de être adsorbé.
Un ultrason traitement de particules peut être utilisé pour enlever les couches d'oxydation des particules de charbon de sorte que la surface des particules de charbon oxydé est réactivée.

Combustibles charbon-eau-huile et charbon-eau

Ultrasonique broyage et Dispersion est utilisé pour générer des boues de taille fine de particules de charbon dans l'eau ou l'huile. Par ultrasonication, une dispersion de particules de taille fine et ainsi une suspension stable est générée. (Pour la stabilité à long terme, l'ajout d'un stabilisateur peut être nécessaire.) La présence d'eau dans ces combustibles charbon-eau et charbon-eau-huile entraîne une combustion plus complète et réduit les émissions nocives. De plus, le charbon dispersé dans l'eau devient antidéflagrant ce qui facilite la manipulation.

Référence / Littérature

  1. Ambedkar, B. (2012): ultrasons charbon de lavage pour décendrage et De-sulfuration: Investigation expérimentale et modélisation mécaniste. Springer, 2012.
  2. Kang, W .; Xun, H .; Kong, X .; Li, M. (2009): Les effets des changements dans la nature de la pulpe après le conditionnement par ultrasons sur la flottation du charbon à haute teneur en soufre. Science et technologie minières 19, 2009. 498-502.

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Qu'il faut savoir

Homogénéisateurs de tissus par ultrasons sont souvent dénommés sonicateur à sonde, lyser ultrasonique, disruptor ultrasons, meuleuse ultrasons, sono-rupteur, sonifier, dismembrator sonic, perturbateur cellulaire, disperseur ultrasonique ou dissolver. Les différents termes proviennent de diverses applications qui peuvent être satisfaites par la sonication.