エネルギー生産のための超音波石炭処理

石炭スラリーの超音波処理は、石炭からのエネルギー生産中の様々なプロセスに寄与する。超音波は、石炭の液化中に触媒性水素化を促進します。さらに、超音波処理は石炭の表面積および抽出性を改善することができる。脱灰および脱硫中の望ましくない化学副反応を回避できます – はるかに短い時間でプロセスを達成します。泡浮選による分離プロセス中でも、粒子の微細サイズの分散は超音波処理によって大幅に強化することができる。

石炭液化/石炭から液体へのプロセス

液体燃料は、以下のプロセスにより石炭から工業的に製造することができます。 “石炭液化”.石炭の液化は、2つのルートで実現できます – 直接液状化(DCL)および間接液状化(ICL)。
間接液化は一般的に石炭のガス化を伴いますが、直接液化プロセスは石炭を直接液体に変換します。したがって、溶媒(テトラリンなど)または触媒(MoSなど)₂)は、石炭の有機構造を分解するために、高圧および高温と組み合わせて使用されます。一般に、液体炭化水素は石炭よりも水素と炭素のモル比が高いため、ICL技術とDCL技術の両方で水素化または炭素除去プロセスが必要です。

直接石炭液化

研究によると、超音波前処理された石炭の直接石炭液化は著しく改善できることが示されています。3つの異なるタイプの低ランク瀝青炭が溶媒中で超音波処理されています。超音波誘発性の腫れと 分散 その結果、液化収率が著しく向上しました。

間接的な石炭液化

石炭は、ガス化による間接的な石炭液化(ICL)プロセスと、それに続く合成ガスのクリーンな炭化水素およびメタノール、ジメチルエーテル、フィッシャー・トロプシュディーゼルまたはガソリンのような燃料などの酸素化輸送燃料への触媒変換によって液体燃料に変換することができます。フィッシャー・トロプシュ合成には、鉄系触媒などの触媒を使用する必要があります。超音波経由 粒子の断片化、触媒の効率を大幅に向上させることができます。

超音波触媒活性化

超音波処理により、粒子は 散り散り, 解凝集 そして 断片化 –その結果、粒子表面が高くなります。触媒の場合、これは活性表面が高いことを意味し、粒子の触媒反応性が向上します。
例:ナノスケールのFe触媒
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とHの換算率₂ 低分子量アルカンは、250°Cで微粒子(直径5μm)の市販の鉄粉よりもFe1グラムあたり約20倍高く、200°Cで100倍以上の活性を示しました。

超音波調製触媒の例:
例:MoS₂、ナノフェ

触媒再生

化学反応では触媒が消費されませんが、凝集や汚れにより触媒の活性や効率が低下することがあります。したがって、触媒は最初に高い触媒活性と酸素化選択性を示すことが観察できます。しかしながら、反応中に凝集により触媒の劣化が起こり得る。超音波照射により、触媒を次のように再生することができます。 キャビテーション 力 散らす 粒子と表面からの堆積物を取り除きます。

石炭洗浄:超音波脱灰および脱硫

超音波コンディショニングは、脱硫および脱灰に使用される石炭浮選法の性能を向上させることができる。超音波法の最大の利点は、灰分と硫黄を同時に除去できることです。[1] 超音波とその音響ストリーミングは、粒子への影響でよく知られています。パワー超音波は、石炭粒子を解凝集して分散させ、その表面を研磨します。さらに、超音波は石炭マトリックスを洗浄し、硫黄と灰分を除去します。
パルプの流れを調整することにより、高出力超音波を適用して、パルプの脱灰と脱硫を改善します。超音波処理は、pH値と温度を上昇させながら、酸素含有量と界面張力を減少させることにより、パルプの性質に影響を与えます。それにより、高硫黄石炭の超音波処理は脱硫を改善する。

超音波支援による黄鉄鉱の疎水性の低下

超音波で生成された酸素ラジカルは黄鉄鉱表面を過剰酸化し、パルプ中に存在する硫黄をスルホキシド単位の形に見えるようにします。これにより、黄鉄鉱の疎水性が低下しました。

超音波によって生成されたの崩壊中の激しい条件 キャビテーション 液体中の気泡はフリーラジカルを生成することができます。これは、すなわち、水の超音波処理が分子結合を切断し、•OHおよび•OHのフリーラジカルを生成することを意味する。

H₂O → •H + •OH
生成された•OHおよび•Hフリーラジカルは、次のように二次反応を起こす可能性があります。
•H+O₂ → •HO₂
•OH + •OH → H₂O₂
•HO₂ + •HO₂ →H2O₂ + O₂
生成されたH2O2は不安定で、新生酸素を迅速に排出します。そのため、超音波調整後に水中の酸素含有量が増加します。新生酸素は高活性であるため、パルプ中に存在する鉱物粒子と反応し、パルプの酸素含有量を減少させることができます。
黄鉄鉱(FeS)の酸化₂)は、Oの反応により発生します。₂ FeSで₂.
2FeS + 3O₂ + 4時間₂O=2Fe(OH)₂ + 2時間₂だから₃
FeS + 2O₂ + 2時間₂O = Fe(OH)₂ + H₂だから₄
2FeS + 2O₂ + 2H + = 2Fe²⁺ +S₂O^2- + H₂O

石炭採掘

石炭抽出には、選択された抽出条件下で石炭の水素化のための水素を放出することができる溶媒が使用されます。テトラリンは実績のある溶媒であり、抽出中に酸化されてナフタレンになります。ナフタレンは、テトラリンで再び水素化することにより、分離して変換することができます。このプロセスは、石炭の種類と約3時間の滞留時間に応じて、特定の温度の圧力下で実行されます。

酸化石炭粒子の超音波再活性化

泡浮上は、石炭の疎水性の違いを利用して石炭を精製し、選鉱するために使用される分離プロセスです。
酸化石炭は、石炭表面の親水性が増すため、浮かびにくくなります。石炭表面に付着した酸素は、極性フェノール(-OH)、カルボニル(-C=O)、カルボキシル(-COOH)基を形成し、石炭表面の水和を促進することで親水性を高め、浮遊選鉱試薬の吸着を防ぎます。
超音波 粒子処理 石炭粒子から酸化層を除去し、酸化した石炭粒子の表面を再活性化するために使用できます。

石炭-水-石油および石炭-水燃料

超音波 研削 そして 分散 は、水または油中の石炭粒子の微細なサイズのスラリーを生成するために使用されます。超音波処理により、微細な粒子分散液が生成され、それによって安定な懸濁液が生成されます。(長期間安定させるには、スタビライザーの追加が必要になる場合があります。これらの石炭水および石炭水油燃料に水が存在すると、より完全な燃焼が起こり、有害な排出物が削減されます。さらに、水に分散した石炭は防爆となり、取り扱いが容易になります。

参考文献/文献

1. Ambedkar、B.(2012):脱灰および脱硫のための超音波石炭洗浄:実験的調査と機械論的モデリング。スプリンガー、2012年。
2. カン、W。;シュン、H。;コング、X。;Li、M.(2009):高硫黄石炭浮遊に対する超音波コンディショニング後のパルプの性質の変化からの影響。鉱業科学技術19、2009。498-502.