Perawatan Batubara Ultrasonik untuk Produksi Energi
Sonikasi bubur batubara berkontribusi pada berbagai proses selama produksi energi dari batubara. Ultrasonografi mempromosikan hidrogenasi katalitik selama pencairan batubara. Selanjutnya, sonikasi dapat meningkatkan luas permukaan dan ekstraktabilitas batubara. Reaksi samping kimia yang tidak diinginkan selama de-ashing dan desulfurisasi dapat dihindari – menyelesaikan proses dalam waktu yang jauh lebih singkat. Bahkan selama proses pemisahan melalui flotasi buih, dispersi partikel ukuran halus dapat ditingkatkan secara signifikan dengan sonikasi.
Proses Pencairan Batubara / Coal-to-Liquid
Bahan bakar cair dapat diproduksi secara industri dari batubara dengan proses “pencairan batubara”. Pencairan batubara dapat dicapai melalui dua rute – pencairan langsung (DCL) dan tidak langsung (ICL).
Sementara pencairan tidak langsung umumnya melibatkan gasifikasi batubara, proses pencairan langsung mengubah batubara langsung menjadi cair. Oleh karena itu, pelarut (misalnya tetralin) atau katalis (misalnya MoS2) digunakan dalam kombinasi dengan tekanan dan suhu yang tinggi untuk memecah struktur organik batubara. Karena hidrokarbon cair umumnya memiliki rasio molar hidrogen-karbon yang lebih tinggi daripada batubara, proses hidrogenasi atau penolakan karbon diperlukan dalam teknologi ICL dan DCL.
Pencairan Batubara Langsung
Penelitian telah menunjukkan bahwa pencairan batubara langsung dari batubara yang telah diolah secara ultrasonik dapat ditingkatkan secara nyata. Tiga jenis batubara bitumen peringkat rendah yang berbeda telah disonikasi dalam pelarut. USG menginduksi pembengkakan dan Dispersing / Penyebaran menghasilkan hasil likuifaksi yang jauh lebih tinggi.
Pencairan Batubara Tidak Langsung
Batubara dapat diubah menjadi bahan bakar cair dengan proses pencairan batubara tidak langsung (ICL) melalui gasifikasi diikuti dengan konversi katalitik syngas menjadi hidrokarbon bersih dan bahan bakar transportasi beroksigen seperti metanol, dimetil eter, bahan bakar diesel Fischer-Tropsch atau bensin. Sintesis Fischer-Tropsch membutuhkan penggunaan katalis seperti katalis berbasis besi. Melalui ultrasonik fragmentasi partikel, efisiensi katalis dapat ditingkatkan secara signifikan.

UIP16000 - Ultrasonicator Tugas Berat Ultrasonik Paling Kuat UIP16000 (16kW)
Aktivasi Katalis Ultrasonik
Dengan perawatan ultrasonik, partikel dapat merata, deaglomerasi dan Terfragmentasi – menghasilkan permukaan partikel yang lebih tinggi. Untuk katalis, ini berarti permukaan aktif yang lebih tinggi, yang meningkatkan reaktivitas katalitik partikel.
Contoh: Katalis Fe skala nano
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). Tingkat konversi CO dan H2 alkana dengan berat molekul rendah kira-kira 20 kali lebih tinggi per gram Fe daripada bubuk besi komersial partikel halus (diameter 5 μm) pada 250 °C dan lebih dari 100 kali lebih aktif pada 200 °C.
Contoh untuk katalis yang disiapkan secara ultrasonik:
misalnya MoS2, nano-Fe
Reklamasi katalis
Meskipun katalis tidak dikonsumsi selama reaksi kimia, aktivitas dan efisiensinya dapat menurun karena aglomerasi dan pengotoran. Oleh karena itu, dapat diamati bahwa katalis pada awalnya menunjukkan aktivitas katalitik yang tinggi dan selektivitas oksigenat. Namun, selama reaksi, degradasi katalis dapat terjadi karena agregasi. Dengan katalis iradiasi ultrasonik dapat diregenerasi sebagai dari kekuatan membubarkan partikel dan menghilangkan pengendapan dari permukaan.
Cuci batubara: De-Ashing dan Desulfurisasi Ultrasonik
Pengkondisian ultrasonik dapat meningkatkan kinerja metode flotasi batubara, yang digunakan untuk desulfurisasi dan deashing. Keuntungan terbesar dari metode ultrasonik adalah penghilangan abu dan belerang secara simultan. [1] Ultrasonografi dan aliran akustiknya terkenal karena efeknya pada partikel. Power ultrasound mendeaglomemen dan menyebarkan partikel batubara dan memoles permukaannya. Selanjutnya, ultrasound membersihkan matriks batubara menghilangkan belerang dan abu.
Dengan mengkondisikan aliran pulp, ultrasound daya tinggi diterapkan untuk meningkatkan de-ashing dan desulfurisasi pulp. Sonikasi mempengaruhi sifat pulp dengan mengurangi kandungan oksigen dan ketegangan antar muka, sekaligus meningkatkan nilai pH dan suhu. Dengan demikian, perawatan ultrasonik batubara belerang tinggi meningkatkan desulfurisasi.
Penurunan Hidrofobisitas Pirit yang Dibantu Ultrasonik
Radikal oksigen yang dihasilkan secara ultrasonik mengoksidasi permukaan pirit secara berlebihan dan membuat belerang yang ada di pulp tampak dalam bentuk unit sulfoksida. Ini mengurangi hidrofobisitas pirit.
Kondisi intens selama runtuhnya yang dihasilkan secara ultrasonik Kavitasi Gelembung dalam cairan mampu menciptakan radikal bebas. Ini berarti bahwa yaitu sonikasi air memutus ikatan molekul yang menghasilkan radikal bebas • OH dan • OH.
Radikal bebas •OH dan •H yang dihasilkan dapat mengalami reaksi sekunder, sebagai berikut:
• OH + • OH → H2O2
•HO2 + •HO2 → H2O2 + O2
H2O2 yang dihasilkan tidak stabil dan mengeluarkan oksigen yang baru lahir dengan cepat. Jadi kandungan oksigen dalam air meningkat setelah pengkondisian ultrasonik. Oksigen yang baru lahir, yang sangat aktif, dapat bereaksi dengan partikel mineral yang ada di pulp dan mengurangi kandungan oksigen pulp.
Oksidasi pirit (FeS2) terjadi karena reaksi O2 dengan FeS2.
FeS + 2O2 + 2 Jam2O = Fe(OH)2 H2JADI4
2FeS + 2O2 + 2H+ = 2Fe2+ + S2O2- H2O
ekstraksi batubara
Untuk ekstraksi batubara, pelarut digunakan yang dapat melepaskan hidrogen di bawah kondisi ekstraksi yang dipilih untuk hidrogenasi batubara. Tetralin adalah pelarut yang terbukti, yang teroksidasi menjadi naftalena selama ekstraksi. Naftalena dapat dipisahkan dan diubah, dengan hidrogenasi lagi dalam tetralin. Proses ini dilakukan di bawah tekanan pada suhu tertentu tergantung pada jenis batubara dan waktu tinggal sekitar tiga jam.
Reaktivasi Ultrasonik Partikel Batubara Teroksidasi
Pengapungan buih adalah proses pemisahan yang digunakan untuk memurnikan dan membaiki batubara dengan memanfaatkan perbedaan hidrofobisitasnya.
Batubara teroksidasi sulit untuk mengapung, karena hidrofilisitas permukaan batubara meningkat. Oksigen yang melekat pada permukaan batubara membentuk gugus fenol polar (-OH), karbonil (-C=O), dan karboksil (-COOH), yang meningkatkan hidrasi permukaan batubara dan dengan demikian, meningkatkan hidrofilisitasnya, mencegah reagen flotasi teradsorpsi.
Ultrasonik pengolahan partikel dapat digunakan untuk menghilangkan lapisan oksidasi dari partikel batubara sehingga permukaan partikel batubara teroksidasi diaktifkan kembali.
Bahan Bakar Batubara-Air-Minyak dan Batubara-Air
Ultrasonik grinding dan Dispersing / Penyebaran digunakan untuk menghasilkan bubur partikel batubara berukuran halus dalam air atau minyak. Dengan ultrasonikasi, dispersi partikel berukuran halus dan dengan demikian suspensi yang stabil dihasilkan. (Untuk stabilitas jangka panjang, penambahan stabilizer mungkin diperlukan.) Kehadiran air dalam bahan bakar batubara-air dan batubara-air-minyak ini menghasilkan pembakaran yang lebih lengkap dan mengurangi emisi berbahaya. Selanjutnya, batubara yang tersebar dalam air menjadi tahan ledakan yang memudahkan penanganan.
Referensi/ Literatur
- Ambedkar, B. (2012): Pencucian batubara ultrasonik untuk de-ashing dan de-sulfurisasi: investigasi eksperimental dan pemodelan mekanistik. Musim semi, 2012.
- Kang, W.; Xun, H.; Kong, X.; Li, M. (2009): Efek dari perubahan sifat pulp setelah pengkondisian ultrasonik pada pelampung batubara sulfur tinggi. Ilmu dan Teknologi Pertambangan 19, 2009. 498-502.
Fakta-fakta yang Patut Diketahui
Perangkat ultrasonik sering dirujuk sebagai alat penguji sonikasi untuk, ultrasound homogenizer, sonic lyser, ultrasound disruptor, ultrasonic grinder, sono-ruptor, sonifier, sonic dismembrator, cell disrupter, ultrasonic disperser atau dissolver. Dimana istilah yang berbeda ini muncul dari berbagai hasil aplikasi yang dapat dipenuhi oleh sonikator.