에너지 생산을위한 초음파 석탄 트리트먼트

석탄 슬러리의 초음파 처리는 석탄으로부터의 에너지 생산 중에 다양한 공정에 기여합니다. 초음파는 석탄의 액화 과정에서 촉매 수소화를 촉진합니다. 또한, 초음파 처리는 석탄의 표면적 및 추출 성을 향상시킬 수있다. 탈 회화 및 탈황 동안 원치 않는 화학적 부반응을 피할 수 있습니다. – 훨씬 적은 시간에 프로세스를 완료 할 수 있습니다. 거품 부유 선별을 통한 분리 과정에서도 입자의 미세 분산은 초음파 처리를 통해 크게 향상시킬 수 있습니다.

석탄 액화 / 석탄 - 액체 공정

액체 연료는 석탄으로부터 산업적으로 생산 될 수있다. “석탄 액화”. 석탄 액화는 두 가지 경로를 통해 달성 될 수있다. – 직접 (DCL) 및 간접 액화 (ICL).
간접 액화는 일반적으로 석탄의 가스화를 수반하지만, 직접 액화 프로세스는 석탄을 액체로 직접 변환합니다. 따라서 용매 (예 : 테트라 린) 또는 촉매 (예 : MoS₂)은 석탄의 유기 구조를 파괴하기 위해 높은 압력과 온도와 함께 사용됩니다. 액체 탄화수소는 일반적으로 석탄보다 높은 수소 - 탄소 몰비를 가지므로 수소화 또는 탄소 제거 프로세스가 ICL 및 DCL 기술 모두에 필요합니다.

직접 석탄 액화

연구에 따르면 초음파로 전처리 된 석탄의 직접 석탄 액화가 현저하게 개선 될 수 있음이 밝혀졌습니다. 세 종류의 하위 역청탄이 용제로 초음파 처리되었습니다. 초음파 유도 팽창 및 분산 현저하게 높은 액화 수율을 나타냈다.

간접 석탄 액화

석탄은 합성 가스를 메탄, 디메틸 에테르, 피셔 - 트 롭쉬 (Fischer-Tropsch) 디젤 또는 가솔린과 같은 연료와 같은 깨끗한 탄화수소 및 산화 된 운송 연료로 촉매 전환 한 후 간접 석탄 액화 (ICL) 공정을 통해 액체 연료로 전환 될 수 있습니다. 피셔 - 트 롭쉬 합성은 철계 촉매와 같은 촉매의 사용을 필요로한다. 초음파를 통해 입자 분열촉매의 효율이 현저히 향상 될 수있다.

초음파 촉매 활성화

초음파 처리로 입자는 분산 된, 해체 된 과 조각난 - 입자 표면이 더 높아진다. 촉매의 경우 이는 활성 표면이 높아 입자의 촉매 반응성이 증가한다는 의미입니다.
예 : 나노 스케일 Fe 촉매
Sonochemically 준비 nanophase 철은 피셔 - Tropsch 수소화에 대한 활성 촉매이며 수소화 분해 및 alkanes의 dehydrogenation에 대한 주로 인해 자사의 높은 표면적 (> 120mg^-1). CO와 H의 전환율₂ 저 분자량 알칸은 250 ℃에서 미세 입자 (5μm 직경) 상용 철 분말보다 Fe 1g 당 약 20 배 더 높았고 200 ℃에서 100 배 이상의 활성을 나타냈다.

초음파로 준비된 촉매의 예 :
예 : MoS₂, 나노 -Fe

촉매 매립

비록 촉매가 화학 반응 동안 소모되지는 않지만, 응집 및 파울 링으로 인해 촉매의 활성 및 효율이 감소 될 수 있습니다. 따라서, 촉매는 초기에 높은 촉매 활성 및 산소 선택도를 나타낸다는 것을 관찰 할 수있다. 그러나, 반응 동안 촉매의 응집은 응집으로 인해 발생할 수있다. 초음파 조사 촉매는 다음과 같이 재생 될 수 있습니다. 공동 현상의 힘 분산시키다 입자를 제거하고 표면에서 증착물을 제거합니다.

석탄 세척 : 초음파 De-Ashing 및 탈황

초음파 컨디셔닝은 desulphurization 및 deashing에 사용되는 석탄 부양 방법의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 초음파 방식의 가장 큰 장점은 재와 황을 동시에 제거하는 것입니다. [1] 초음파 및 음향 스트리밍은 입자에 미치는 영향으로 잘 알려져 있습니다. 파워 초음파는 석탄 입자를 분해하고 분산시켜 표면을 닦습니다. 또한, 초음파는 유황과 회분을 제거하는 석탄 기지를 청소합니다.
펄프 스트림을 컨디셔닝함으로써, 고출력 초음파가 펄프의 탈 애슁 및 탈황을 개선하기 위해 적용된다. 초음파 처리는 산소 함량 및 계면 장력을 감소시킴으로써 펄프 성질에 영향을 주지만, pH 값 및 온도는 증가시킨다. 따라서, 고황 석탄의 초음파 처리는 탈황을 향상시킵니다.

황철염의 소수성에 의한 초음 파적 인 감소

초음파 생성 된 산소 라디칼은 황철석 표면을 과산화 시켜서 펄프에 존재하는 황을 설폭 시드 단위의 형태로 만든다. 이것은 pyrite의 소수성을 감소시켰다.

초음파가 붕괴되는 동안의 강렬한 조건 캐비테이션 액체의 기포는 자유 라디칼을 생성 할 수 있습니다. 이것은 즉 물의 초음파 처리가 OH와 OH의 자유 라디칼을 생성하는 분자 결합을 파괴 함을 의미합니다.

H₂O → • H + • OH
생성 된 OH 및 H 자유 라디칼은 다음과 같이 2 차 반응을 겪을 수 있습니다 :
• H + O₂ → →호₂
• OH + • • OH → H₂영형₂
• 호₂ + • 호₂ → H2O₂ + O₂
생성 된 H2O2는 불안정하며 신속하게 초기 산소를 배출합니다. 그래서 초음파 컨디셔닝 후에 물의 산소 함량이 증가합니다. 고 활성 산소는 펄프에 존재하는 광물 입자와 반응하여 펄프의 산소 함량을 감소시킬 수있다.
황철광의 산화 (FeS₂)은 O₂ FeS와₂.
2FeS + 3O₂ + 4H₂O = 2Fe (OH)₂ + 2H₂그래서_삼
FeS + 2O₂ + 2H₂O = Fe (OH)₂ + H₂그래서₄
2FeS + 2O₂ + 2H + = 2Fe²⁺ + S₂영형^2- + H₂영형

석탄 추출

석탄의 수소화를 위해 선택된 추출 조건 하에서 수소를 방출 할 수있는 석탄 추출 용 용매가 사용된다. 테 트랄 린은 입증 된 용매이며 추출 중에 나프탈렌으로 산화됩니다. 나프탈렌은 테 트랄 린에서 수소화에 의해 분리되고 전환 될 수있다. 이 공정은 석탄의 유형 및 체류 시간에 따라 특정 온도에서 약 3 시간 동안 압력하에 수행됩니다.

산화 석탄 입자의 초음파 재 활성화

Froth 부유는 소수성의 차이를 이용하여 석탄을 정화하고 수확하는 데 사용되는 분리 공정입니다.
산화 된 석탄은 석탄 표면의 친수성이 증가함에 따라 부유하기가 어렵습니다. 석탄 표면에 부착 된 산소는 극한 페놀 (-OH), 카보 닐 (-C = O) 및 카르복시 (-COOH) 그룹을 형성하여 석탄 표면의 수화를 향상시켜 친수성을 높이고 부양 시약을 흡착된다.
초음파 입자 처리 석탄 입자로부터 산화층을 제거하여 산화 된 석탄 입자의 표면이 재 활성화되도록 사용될 수있다.

석탄 - 물 - 오일 및 석탄 - 수 연료

초음파 연마 과 분산 물 또는 기름에 석탄 입자의 미세 크기 슬러리를 생성하는 데 사용됩니다. 초음파 처리에 의해, 미세한 크기의 입자 분산액이 생성되어 안정한 현탁액이 생성된다. (장기간 안정성을 위해 안정제를 추가해야 할 수도 있습니다.) 이러한 석탄수 및 석탄 - 기름 연료에 물이 존재하면 연소가 더 완전 해지고 유해한 배출물이 감소합니다. 또한, 물에 분산 된 석탄은 취급을 용이하게하는 폭발 방지 장치가됩니다.

참고 문헌 / 문학

1. Ambedkar, B. (2012) : De-Ashing 및 De-Sulfurization을위한 초음파 석탄 세척 : 실험 조사 및 기계 론적 모델링. Springer, 2012.
2. Kang, W .; Xun, H .; Kong, X .; Li, M. (2009) : 고황 유탄 부유물에 대한 초음파 컨디셔닝 후의 펄프 성질의 변화에 ​​따른 영향. 광업 과학 기술 19, 2009. 498-502.