ულტრაბგერითი ქვანახშირის მკურნალობა ენერგიის წარმოებისთვის

ქვანახშირის ნალექის გახმოვანება ხელს უწყობს ნახშირისგან ენერგიის წარმოების დროს სხვადასხვა პროცესს. ულტრაბგერა ხელს უწყობს კატალიზურ ჰიდროგენიზაციას ნახშირის გათხევადების დროს. გარდა ამისა, სონიკას შეუძლია გააუმჯობესოს ნახშირის ზედაპირის ფართობი და მოპოვება. არასასურველი ქიმიური გვერდითი რეაქციების თავიდან აცილება შესაძლებელია ფერფლის და გოგირდის გაწმენდის დროს – პროცესის დასრულება გაცილებით ნაკლებ დროში. ქაფიანი ფლოტაციის მეშვეობით გამოყოფის პროცესის დროსაც კი, ნაწილაკების მცირე ზომის დისპერსია შეიძლება მნიშვნელოვნად გაძლიერდეს სონიკით.

ქვანახშირის გათხევადება/ ქვანახშირიდან სითხემდე პროცესი

თხევადი საწვავის წარმოება შესაძლებელია ნახშირისგან ინდუსტრიულად “ქვანახშირის გათხევადება”. ქვანახშირის გათხევადება შეიძლება მიღწეული იყოს ორი გზით – პირდაპირი (DCL) და არაპირდაპირი გათხევადება (ICL).
მიუხედავად იმისა, რომ არაპირდაპირი გათხევადება ზოგადად მოიცავს ნახშირის გაზიფიკაციას, პირდაპირი გათხევადების პროცესი ნახშირს პირდაპირ თხევად გარდაქმნის. ამიტომ, გამხსნელები (მაგ. ტეტრალინი) ან კატალიზატორები (მაგ. MoS₂) გამოიყენება ამაღლებულ წნევასა და ტემპერატურასთან ერთად ნახშირის ორგანული სტრუქტურის დასაშლელად. ვინაიდან თხევად ნახშირწყალბადებს ჩვეულებრივ აქვთ წყალბად-ნახშირბადის მოლური თანაფარდობა, ვიდრე ნახშირი, საჭიროა ჰიდროგენიზაციის ან ნახშირბადის უარყოფის პროცესი როგორც ICL, ასევე DCL ტექნოლოგიებში.

ნახშირის პირდაპირი გათხევადება

კვლევებმა აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი წინასწარ დამუშავებული ნახშირის პირდაპირი ნახშირის გათხევადება შეიძლება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს. სამი სხვადასხვა ტიპის ქვედა რანგის ბიტუმიანი ნახშირი გაჟღენთილია გამხსნელში. ექოსკოპიით გამოწვეული შეშუპება და დარბევა გამოიწვია საოცრად მაღალი სითხის მოსავლიანობა.

არაპირდაპირი ქვანახშირის გათხევადება

ქვანახშირი შეიძლება გარდაიქმნას თხევად საწვავად არაპირდაპირი ქვანახშირის გათხევადების (ICL) პროცესებით გაზიფიკაციის გზით, რასაც მოჰყვება სინგაზის კატალიზური გარდაქმნა სუფთა ნახშირწყალბადებად და ჟანგბადით გამდიდრებულ სატრანსპორტო საწვავად, როგორიცაა მეთანოლი, დიმეთილის ეთერი, ფიშერ-ტროპში დიზელის ან ბენზინის მსგავსი საწვავი. ფიშერ-ტროპშის სინთეზი მოითხოვს ისეთი კატალიზატორების გამოყენებას, როგორიცაა რკინაზე დაფუძნებული კატალიზატორები. ულტრაბგერითი საშუალებით ნაწილაკების ფრაგმენტაცია, კატალიზატორების ეფექტურობა შეიძლება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს.

ულტრაბგერითი კატალიზატორის გააქტიურება

ულტრაბგერითი დამუშავებით, ნაწილაკები შეიძლება იყოს გაფანტული, დეაგლომერირებული და ფრაგმენტული - რის შედეგადაც უფრო მაღალი ნაწილაკების ზედაპირი. კატალიზატორებისთვის ეს ნიშნავს უფრო მაღალ აქტიურ ზედაპირს, რაც ზრდის ნაწილაკების კატალიზურ რეაქტიულობას.
მაგალითი: ნანო მასშტაბის Fe კატალიზატორი
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 და H-ის გარდაქმნის მაჩვენებლები₂ დაბალმოლეკულური წონის ალკანები იყო დაახლოებით 20-ჯერ მეტი თითო გრამ Fe-ზე, ვიდრე წვრილი ნაწილაკების (5 მკმ დიამეტრის) რკინის კომერციული ფხვნილისთვის 250°C-ზე და 100-ჯერ უფრო აქტიური 200°C-ზე.

ულტრაბგერითი მომზადებული კატალიზატორების მაგალითები:
მაგ. MoS₂, ნანო-ფე

კატალიზატორის მელიორაცია

მიუხედავად იმისა, რომ კატალიზატორები არ მოიხმარენ ქიმიური რეაქციების დროს, მათი აქტივობა და ეფექტურობა შეიძლება შემცირდეს აგლომერაციისა და დაბინძურების გამო. აქედან გამომდინარე, შეიძლება აღინიშნოს, რომ კატალიზატორები თავდაპირველად აჩვენებენ მაღალ კატალიზურ აქტივობას და ჟანგბადის სელექციურობას. თუმცა, რეაქციის დროს კატალიზატორების დეგრადაცია შეიძლება მოხდეს აგრეგაციის გამო. ულტრაბგერითი დასხივებით კატალიზატორები შეიძლება რეგენერირებული იყოს როგორც კავიტაციური ძალები დაარბია ნაწილაკები და ამოიღეთ ნალექები ზედაპირიდან.

ქვანახშირის რეცხვა: ულტრაბგერითი გამწმენდი და გოგირდის გასუფთავება

ულტრაბგერითი კონდიცირება შეუძლია გააძლიეროს ქვანახშირის ფლოტაციის მეთოდების შესრულება, რომლებიც გამოიყენება გოგირდიზაციისა და დაშრობისთვის. ულტრაბგერითი მეთოდის ყველაზე დიდი უპირატესობა ფერფლისა და გოგირდის ერთდროული მოცილებაა.[1] ულტრაბგერა და მისი აკუსტიკური ნაკადი ცნობილია ნაწილაკებზე ზემოქმედებით. დენის ულტრაბგერითი დეაგლომერაციას ახდენს და ანაწილებს ნახშირის ნაწილაკებს და აპრიალებს მათ ზედაპირს. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი ასუფთავებს ქვანახშირის მატრიქსს, აშორებს გოგირდს და ფერფლს.
რბილობის ნაკადის კონდიცირებით, მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი გამოიყენება რბილობი ნაცრის და გოგირდის გაწმენდის გასაუმჯობესებლად. ბგერითი მოქმედება გავლენას ახდენს რბილობის ბუნებაზე ჟანგბადის შემცველობის და ინტერფეისის დაძაბულობის შემცირებით, ხოლო pH მნიშვნელობისა და ტემპერატურის გაზრდით. ამრიგად, მაღალი გოგირდის ნახშირის ულტრაბგერითი დამუშავება აუმჯობესებს გოგირდწყალს.

ულტრაბგერითი დახმარებით პირიტის ჰიდროფობიურობის შემცირება

ულტრაბგერითი წარმოქმნილი ჟანგბადის რადიკალები ზედმეტად ჟანგავს პირიტის ზედაპირს და რბილობაში არსებულ გოგირდს სულფოქსიდის ერთეულების სახით აჩენს. ამან შეამცირა პირიტის ჰიდროფობიურობა.

ულტრაბგერითი წარმოქმნილი კოლაფსის დროს ინტენსიური პირობები კავიტაცია სითხეებში ბუშტებს შეუძლიათ შექმნან თავისუფალი რადიკალები. ეს ნიშნავს, რომ ე.ი. წყლის გახმოვანება არღვევს მოლეკულურ კავშირებს და წარმოქმნის •OH და •OH თავისუფალ რადიკალებს.

ჰ₂O → •H + •OH
წარმოქმნილ •OH და •H თავისუფალ რადიკალებს შეუძლიათ განიცადონ მეორადი რეაქციები, როგორიცაა:
•H + O₂ → •HO₂
•OH + •OH → H₂ო₂
•HO₂ + •HO₂ → H2O₂ + ო₂
წარმოებული H2O2 არასტაბილურია და სწრაფად გამოყოფს ახალშობილ ჟანგბადს. ასე რომ, წყალში ჟანგბადის შემცველობა იზრდება ულტრაბგერითი კონდიცირების შემდეგ. ახალშობილ ჟანგბადს, როგორც ძალიან აქტიურია, შეუძლია რეაგირება მოახდინოს რბილობში არსებულ მინერალურ ნაწილაკებთან და შეამციროს რბილში ჟანგბადის შემცველობა.
პირიტის დაჟანგვა (FeS₂) ხდება O-ს რეაქციის გამო₂ FeS-თან ერთად₂.
2FeS + 3O₂ + 4 სთ₂O = 2Fe(OH)₂ + 2 სთ₂ᲘᲡᲔ₃
FeS + 2O₂ + 2 სთ₂O = Fe (OH)₂ + H₂ᲘᲡᲔ₄
2FeS + 2O₂ + 2H+ = 2Fe²⁺ + ს₂ო^2- + H₂ო

ქვანახშირის მოპოვება

ქვანახშირის მოპოვებისთვის გამოიყენება გამხსნელები, რომლებსაც შეუძლიათ წყალბადის გამოყოფა არჩეული მოპოვების პირობებში ნახშირის ჰიდროგენიზაციისთვის. ტეტრალინი არის დადასტურებული გამხსნელი, რომელიც ექსტრაქციის დროს იჟანგება ნაფთალინად. ნაფთალინი შეიძლება გამოიყოს და გარდაიქმნას ჰიდროგენაციით ისევ ტეტრალინში. პროცესი ტარდება ზეწოლის ქვეშ სპეციფიკურ ტემპერატურაზე, ქვანახშირის ტიპზე და დაახლოებით სამ საათში ყოფნის დროზე.

ოქსიდირებული ნახშირის ნაწილაკების ულტრაბგერითი რეაქტივაცია

ქაფიანი ფლოატაცია არის გამოყოფის პროცესი, რომელიც გამოიყენება ნახშირის გასაწმენდად და გასაუმჯობესებლად, მათი ჰიდროფობიურობის განსხვავებების გამოყენებით.
ოქსიდირებული ნახშირი ძნელია ცურვა, რადგან ნახშირის ზედაპირის ჰიდროფილურობა იზრდება. ნახშირის ზედაპირზე მიმაგრებული ჟანგბადი აყალიბებს პოლარულ ფენოლს (-OH), კარბონილის (-C=O) და კარბოქსილის (-COOH) ჯგუფებს, რომლებიც აძლიერებენ ნახშირის ზედაპირის დატენიანებას და, შესაბამისად, ზრდის მის ჰიდროფილურობას, ხელს უშლის ფლოტაციური რეაგენტების წარმოქმნას. ადსორბირებული.
ულტრაბგერითი ნაწილაკების მკურნალობა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნახშირის ნაწილაკებიდან ჟანგვის ფენების მოსაშორებლად, რათა ნახშირის დაჟანგული ნაწილაკების ზედაპირი ხელახლა გააქტიურდეს.

ქვანახშირი-წყალი-ნავთობი და ქვანახშირ-წყალი საწვავი

ულტრაბგერითი სახეხი და დარბევა გამოიყენება წყალში ან ზეთში ნახშირის ნაწილაკების წვრილი ზომის ნალექის შესაქმნელად. ულტრაბგერითი გამომუშავებით, წარმოიქმნება წვრილი ზომის ნაწილაკების დისპერსია და ამით სტაბილური სუსპენზია. (ხანგრძლივი სტაბილურობისთვის შეიძლება საჭირო გახდეს სტაბილიზატორის დამატება.) წყლის არსებობა ქვანახშირის წყალში და ქვანახშირის წყალში ნავთობის საწვავში იწვევს უფრო სრულ წვას და ამცირებს მავნე გამონაბოლქვს. გარდა ამისა, წყალში გაფანტული ქვანახშირი ხდება აფეთქებაგამძლე, რაც ხელს უწყობს დამუშავებას.

ცნობარი/ლიტერატურა

1. Ambedkar, B. (2012): ულტრაბგერითი ქვანახშირის სარეცხი ნაცრის და დე-გოგირდიზაციისთვის: ექსპერიმენტული გამოკვლევა და მექანიკური მოდელირება. სპრინგერი, 2012 წელი.
2. კანგი, ვ. ქსუნი, ჰ. კონგი, X. Li, M. (2009): ეფექტი რბილობი ბუნებაში ულტრაბგერითი კონდიცირების შემდეგ მაღალი გოგირდის ნახშირის ფლოატაციაზე. სამთო მეცნიერება და ტექნოლოგია 19, 2009. 498-502.