ઊર્જા ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસોનિક કોલસાની સારવાર

કોલસાના slurries ના sonication કોલસામાંથી ઊર્જા ઉત્પાદન દરમિયાન વિવિધ પ્રક્રિયાઓ માટે ફાળો આપે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કોલસાના પ્રવાહીકરણ દરમિયાન ઉત્પ્રેરક હાઇડ્રોજનેશનને પ્રોત્સાહન આપે છે. વધુમાં, sonication સપાટી વિસ્તાર અને કોલસાની નિષ્કર્ષણક્ષમતા સુધારી શકે છે. ડી-એશિંગ અને ડિસલ્ફ્યુરાઇઝેશન દરમિયાન અનિચ્છનીય રાસાયણિક આડ-પ્રતિક્રિયાઓ ટાળી શકાય છે – ખૂબ ઓછા સમયમાં પ્રક્રિયા પૂર્ણ કરવી. ફ્રોથ ફ્લોટેશન દ્વારા વિભાજન પ્રક્રિયા દરમિયાન પણ, કણોના ઝીણા-કદના વિક્ષેપને સોનિકેશન દ્વારા નોંધપાત્ર રીતે વધારી શકાય છે.

કોલસાનું પ્રવાહીકરણ/ કોલસાથી પ્રવાહી પ્રક્રિયા

ની પ્રક્રિયા દ્વારા ઔદ્યોગિક રીતે કોલસામાંથી પ્રવાહી ઇંધણનું ઉત્પાદન કરી શકાય છે “કોલસાનું પ્રવાહીકરણ”. કોલસાનું પ્રવાહીકરણ બે માર્ગો દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે – ડાયરેક્ટ (DCL) અને પરોક્ષ લિક્વિફેક્શન (ICL).
જ્યારે પરોક્ષ લિક્વિફેશનમાં સામાન્ય રીતે કોલસાના ગેસિફિકેશનનો સમાવેશ થાય છે, ત્યારે ડાયરેક્ટ લિક્વિફિકેશન પ્રક્રિયા કોલસાને સીધા જ પ્રવાહીમાં રૂપાંતરિત કરે છે. તેથી, દ્રાવક (દા.ત. ટેટ્રાલિન) અથવા ઉત્પ્રેરક (દા.ત. MoS₂)નો ઉપયોગ કોલસાની કાર્બનિક રચનાને તોડવા માટે એલિવેટેડ દબાણ અને તાપમાન સાથે સંયોજનમાં થાય છે. લિક્વિડ હાઇડ્રોકાર્બનમાં સામાન્ય રીતે કોલસા કરતાં હાઇડ્રોજન-કાર્બન મોલર રેશિયો વધુ હોય છે, તેથી ICL અને DCL બંને તકનીકોમાં હાઇડ્રોજનેશન અથવા કાર્બન-રિજેક્શન પ્રક્રિયા જરૂરી છે.

ડાયરેક્ટ કોલ લિક્વિફેક્શન

અધ્યયનોએ દર્શાવ્યું છે કે અલ્ટ્રાસોનિકલી પ્રીટ્રેટેડ કોલસાના સીધા કોલસાના પ્રવાહીને નોંધપાત્ર રીતે સુધારી શકાય છે. ત્રણ અલગ અલગ પ્રકારના લોઅર રેન્ક બિટ્યુમિનસ કોલસો દ્રાવકમાં સોનિકેટ કરવામાં આવ્યો છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રેરિત સોજો અને વિખેરવું નોંધપાત્ર રીતે ઉચ્ચ પ્રવાહી ઉપજમાં પરિણમ્યું.

પરોક્ષ કોલસો લિક્વિફેક્શન

કોલસાને ગેસિફિકેશન દ્વારા પરોક્ષ કોલ લિક્વિફેક્શન (ICL) પ્રક્રિયાઓ દ્વારા પ્રવાહી ઇંધણમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે, ત્યારબાદ સિંગાસનું સ્વચ્છ હાઇડ્રોકાર્બન અને ઓક્સિજનયુક્ત પરિવહન ઇંધણ જેમ કે મિથેનોલ, ડાયમિથાઇલ ઇથર, ફિશર-ટ્રોપ્સ્ચ ડીઝલ- અથવા ગેસોલિન જેવા ફ્યુલ્સમાં ઉત્પ્રેરક રૂપાંતર થાય છે. ફિશર-ટ્રોપ્શ સંશ્લેષણ માટે આયર્ન-આધારિત ઉત્પ્રેરક જેવા ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ જરૂરી છે. અલ્ટ્રાસોનિક દ્વારા કણોનું વિભાજન, ઉત્પ્રેરકની કાર્યક્ષમતા નોંધપાત્ર રીતે સુધારી શકાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિક ઉત્પ્રેરક સક્રિયકરણ

અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર દ્વારા, કણો હોઈ શકે છે વિખરાયેલા, deagglomerated અને ખંડિત - ઉચ્ચ કણોની સપાટીમાં પરિણમે છે. ઉત્પ્રેરક માટે, આનો અર્થ ઉચ્ચ સક્રિય સપાટી છે, જે કણોની ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયાશીલતાને વધારે છે.
ઉદાહરણ: નેનો-સ્કેલ Fe ઉત્પ્રેરક
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 અને H ના રૂપાંતરણના દર₂ નીચા પરમાણુ વજનવાળા અલ્કેન્સ 250°C પર ફાઇન પાર્ટિકલ (5 μm વ્યાસ) કોમર્શિયલ આયર્ન પાવડર કરતાં Fe ના ગ્રામ દીઠ આશરે 20 ગણા વધારે અને 200°C પર 100 ગણા વધુ સક્રિય હતા.

અલ્ટ્રાસોનિકલી તૈયાર ઉત્પ્રેરક માટેના ઉદાહરણો:
દા.ત. MoS₂, નેનો-ફે

ઉત્પ્રેરક સુધારણા

રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન ઉત્પ્રેરકનો વપરાશ ન થતો હોવા છતાં, તેમની પ્રવૃત્તિ અને કાર્યક્ષમતા એકત્રીકરણ અને ફાઉલિંગને કારણે ઘટી શકે છે. તેથી, એવું અવલોકન કરી શકાય છે કે ઉત્પ્રેરક શરૂઆતમાં ઉચ્ચ ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ અને ઓક્સિજનની પસંદગી દર્શાવે છે. જો કે, પ્રતિક્રિયા દરમિયાન ઉત્પ્રેરકનું અધોગતિ એકત્રીકરણને કારણે થઈ શકે છે. અલ્ટ્રાસોનિક ઇરેડિયેશન દ્વારા ઉત્પ્રેરક તરીકે પુનર્જીવિત કરી શકાય છે કેવિટેશનલ દળો વિખેરી નાખવું કણો અને સપાટી પરથી થાપણો દૂર કરો.

કોલ વૉશ: અલ્ટ્રાસોનિક ડી-એશિંગ અને ડિસલ્ફ્યુરાઇઝેશન

અલ્ટ્રાસોનિક કન્ડીશનીંગ કોલસો ફ્લોટેશન પદ્ધતિઓના પ્રભાવને વધારી શકે છે, જેનો ઉપયોગ ડિસલ્ફ્યુરાઇઝેશન અને ડિશિંગ માટે થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિનો સૌથી મોટો ફાયદો એશ અને સલ્ફરને એકસાથે દૂર કરવાનો છે.[1] અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અને તેની એકોસ્ટિક સ્ટ્રીમિંગ કણો પરની તેમની અસરો માટે જાણીતા છે. પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કોલસાના કણોને ડિગગ્લોમેરેટ કરે છે અને વિખેરી નાખે છે અને તેમની સપાટીને પોલિશ કરે છે. વધુમાં, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સલ્ફર અને રાખને દૂર કરતા કોલસાના મેટ્રિક્સને સાફ કરે છે.
પલ્પ સ્ટ્રીમને કન્ડીશનીંગ કરીને, પલ્પના ડી-એશિંગ અને ડિસલ્ફ્યુરાઇઝેશનને સુધારવા માટે હાઇ પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ લાગુ કરવામાં આવે છે. સોનિકેશન ઓક્સિજન સામગ્રી અને ઇન્ટરફેસિયલ તણાવ ઘટાડીને પલ્પ પ્રકૃતિને પ્રભાવિત કરે છે, જ્યારે pH મૂલ્ય અને તાપમાનમાં વધારો કરે છે. આમ, ઉચ્ચ સલ્ફર કોલસાની અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર ડિસલ્ફ્યુરાઇઝેશનને સુધારે છે.

પાયરાઇટની હાઇડ્રોફોબિસીટીમાં અલ્ટ્રાસોનિકલી-સહાયિત ઘટાડો

અલ્ટ્રાસોનિકલી જનરેટ થયેલ ઓક્સિજન રેડિકલ પાયરાઇટ સપાટીને ઓવર-ઓક્સિડાઇઝ કરે છે અને પલ્પમાં હાજર સલ્ફર સલ્ફોક્સાઇડ એકમોના સ્વરૂપમાં દેખાય છે. આનાથી પિરાઇટની હાઇડ્રોફોબિસિટીમાં ઘટાડો થયો.

અલ્ટ્રાસોનિકલી જનરેટના પતન દરમિયાન તીવ્ર પરિસ્થિતિઓ પોલાણ પ્રવાહીમાં પરપોટા મુક્ત રેડિકલ બનાવવા માટે સક્ષમ છે. આનો અર્થ એ થાય કે પાણીનું સોનિકેશન •OH અને •OH ના મુક્ત રેડિકલ ઉત્પન્ન કરતા પરમાણુ બોન્ડને તોડે છે.

એચ₂O → •H + •OH
પેદા થયેલ •OH અને •H મુક્ત રેડિકલ નીચે પ્રમાણે ગૌણ પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થઈ શકે છે:
•H + O₂ → •HO₂
•OH + •OH → H₂ઓ₂
•HO₂ + •HO₂ → H2O₂ + ઓ₂
ઉત્પાદિત H2O2 અસ્થિર છે અને નવા ઓક્સિજનને ઝડપથી વિસર્જન કરે છે. તેથી અલ્ટ્રાસોનિક કન્ડીશનીંગ પછી પાણીમાં ઓક્સિજનનું પ્રમાણ વધે છે. નવજાત ઓક્સિજન, અત્યંત સક્રિય હોવાને કારણે, પલ્પમાં હાજર ખનિજ કણો સાથે પ્રતિક્રિયા કરી શકે છે અને પલ્પમાં ઓક્સિજનનું પ્રમાણ ઘટાડી શકે છે.
પાયરાઇટનું ઓક્સિડેશન (FeS₂) O ની પ્રતિક્રિયાને કારણે થાય છે₂ FeS સાથે₂.
2FeS + 3O₂ + 4H₂O = 2Fe(OH)₂ + 2એચ₂SO₃
FeS + 2O₂ + 2એચ₂O = Fe(OH)₂ + એચ₂SO₄
2FeS + 2O₂ + 2H+ = 2Fe²⁺ + એસ₂ઓ^2- + એચ₂ઓ

કોલસો નિષ્કર્ષણ

કોલસાના નિષ્કર્ષણ માટે દ્રાવકનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે જે કોલસાના હાઇડ્રોજનેશન માટે પસંદ કરેલ નિષ્કર્ષણ પરિસ્થિતિઓમાં હાઇડ્રોજનને મુક્ત કરી શકે છે. ટેટ્રાલિન એ સાબિત દ્રાવક છે, જે નિષ્કર્ષણ દરમિયાન નેપ્થાલિનમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે. નેપ્થાલિનને અલગ કરી શકાય છે અને ટેટ્રાલિનમાં ફરીથી હાઇડ્રોજનેશન દ્વારા રૂપાંતરિત કરી શકાય છે. પ્રક્રિયા કોલસાના પ્રકાર અને લગભગ ત્રણ કલાકના રહેઠાણના સમયના આધારે ચોક્કસ તાપમાને દબાણ હેઠળ હાથ ધરવામાં આવે છે.

ઓક્સિડાઇઝ્ડ કોલસાના કણોનું અલ્ટ્રાસોનિક પુનઃસક્રિયકરણ

ફ્રોથ ફ્લોટેશન એ વિભાજન પ્રક્રિયા છે જેનો ઉપયોગ કોલસાને તેમની હાઇડ્રોફોબિસિટીમાં તફાવતનો લાભ લઈને શુદ્ધ કરવા અને લાભ આપવા માટે થાય છે.
ઓક્સિડાઇઝ્ડ કોલસો તરતો મુશ્કેલ છે, કારણ કે કોલસાની સપાટીની હાઇડ્રોફિલિસિટી વધે છે. કોલસાની સપાટી પર જોડાયેલ ઓક્સિજન ધ્રુવીય ફિનોલ (-OH), કાર્બોનીલ (-C=O), અને કાર્બોક્સિલ (-COOH) જૂથો બનાવે છે, જે કોલસાની સપાટીના હાઇડ્રેશનને વધારે છે અને આમ, તેની હાઇડ્રોફિલિસીટીમાં વધારો કરે છે, ફ્લોટેશન રીએજન્ટ્સને અટકાવે છે. શોષાય છે.
એક અલ્ટ્રાસોનિક કણોની સારવાર કોલસાના કણોમાંથી ઓક્સિડેશન સ્તરો દૂર કરવા માટે વાપરી શકાય છે જેથી ઓક્સિડાઇઝ્ડ કોલસાના કણોની સપાટી ફરીથી સક્રિય થાય.

કોલસો-પાણી-તેલ અને કોલસો-પાણી ઇંધણ

અલ્ટ્રાસોનિક ગ્રાઇન્ડીંગ અને વિખેરવું પાણી અથવા તેલમાં કોલસાના કણોની ઝીણી-કદની સ્લરી બનાવવા માટે વપરાય છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા, દંડ-કદના કણોનું વિક્ષેપ અને ત્યાં સ્થિર સસ્પેન્શન જનરેટ થાય છે. (લાંબા સમયની સ્થિરતા માટે, સ્ટેબિલાઇઝર ઉમેરવાની જરૂર પડી શકે છે.) આ કોલસા-પાણી અને કોલસા-પાણી-તેલ ઇંધણમાં પાણીની હાજરી વધુ સંપૂર્ણ કમ્બશનમાં પરિણમે છે અને હાનિકારક ઉત્સર્જન ઘટાડે છે. વધુમાં, પાણીમાં વિખરાયેલો કોલસો વિસ્ફોટ-પ્રૂફ બને છે જે હેન્ડલિંગની સુવિધા આપે છે.

સંદર્ભ/સાહિત્ય

1. આંબેડકર, બી. (2012): ડી-એશિંગ અને ડી-સલ્ફ્યુરાઇઝેશન માટે અલ્ટ્રાસોનિક કોલ-વોશ: પ્રાયોગિક તપાસ અને મિકેનિસ્ટિક મોડેલિંગ. સ્પ્રિંગર, 2012.
2. કાંગ, ડબલ્યુ.; Xun, H.; કોંગ, એક્સ.; લી, એમ. (2009): ઉચ્ચ-સલ્ફર કોલસો ફ્લોટેશન પર અલ્ટ્રાસોનિક કન્ડીશનીંગ પછી પલ્પ પ્રકૃતિમાં ફેરફારોની અસરો. માઇનિંગ સાયન્સ એન્ડ ટેકનોલોજી 19, 2009. 498-502.