에너지 생산을 위한 초음파 석탄 처리
석탄 슬러리의 초음파 처리는 석탄으로부터 에너지를 생산하는 동안 다양한 공정에 기여합니다. 초음파는 석탄의 액화 동안 촉매 수소화를 촉진합니다. 또한, 초음파 처리는 석탄의 표면적과 추출 성을 향상시킬 수 있습니다. de-ashing 및 desulfurization 중 원치 않는 화학적 부반응을 피할 수 있습니다. – 훨씬 더 짧은 시간에 프로세스를 완료합니다. 거품 부유 선광을 통한 분리 과정 중에도, 입자의 미세한 분산은 초음파 처리에 의해 크게 향상 될 수 있습니다.
석탄 액화 / 석탄-액체 공정
액체 연료는 석탄의 과정을 통해 산업적으로 생산할 수 있습니다. “석탄 액화”. 석탄 액화는 두 가지 경로를 통해 달성할 수 있습니다 – 직접(DCL) 및 간접 액화(ICL).
간접 액화는 일반적으로 석탄의 가스화를 포함하지만 직접 액화 공정은 석탄을 직접 액체로 변환합니다. 따라서 용매(예: 테트라린) 또는 촉매(예: MoS2)는 석탄의 유기 구조를 파괴하기 위해 상승된 압력 및 온도와 함께 사용됩니다. 액체 탄화수소는 일반적으로 석탄보다 수소-탄소 몰 비율이 높기 때문에 ICL 및 DCL 기술 모두에서 수소화 또는 탄소 제거 공정이 필요합니다.
직접 석탄 액화
연구에 따르면 초음파로 전처리 된 석탄의 직접 석탄 액화가 현저하게 개선 될 수 있습니다. 세 가지 다른 유형의 낮은 계급의 역청탄이 용매에서 초음파 처리되었습니다. 초음파로 인한 부종과 분산 그 결과 액화 수율이 현저히 높아졌습니다.
간접 석탄 액화
석탄은 가스화를 통한 간접 석탄 액화(ICL) 공정을 통해 액체 연료로 전환한 후 합성 가스를 청정 탄화수소 및 메탄올, 디메틸 에테르, Fischer-Tropsch 디젤 또는 가솔린과 같은 산소 수송 연료로 촉매 변환하여 액체 연료로 전환할 수 있습니다. Fischer-Tropsch 합성은 철 기반 촉매와 같은 촉매의 사용을 필요로합니다. 초음파를 통해 입자 단편화, 촉매의 효율이 크게 향상될 수 있습니다.
초음파 촉매 활성화
초음파 처리에 의해, 입자는 일 수 있습니다 분산, 응집 해제 그리고 조각난 – 결과적으로 더 높은 입자 표면. 촉매의 경우, 이는 더 높은 활성 표면을 의미하며, 이는 입자의 촉매 반응성을 증가시킵니다.
예: 나노 스케일 Fe 촉매
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). CO와 H의 전환율2 저분자량에 알칸은 250°C에서 미세 입자(직경 5μm) 상업용 철 분말보다 Fe 그램당 약 20배 높았고 200°C에서 100배 이상 활성이었습니다.
초음파로 준비된 촉매의 예:
예: MoS2, 나노 철
촉매 재생(Catalyst reclamation)
촉매는 화학 반응 중에 소모되지 않지만 응집 및 오염으로 인해 활성과 효율이 감소할 수 있습니다. 따라서, 촉매는 초기에 높은 촉매 활성과 산소 선택성을 나타내는 것을 관찰할 수 있다. 그러나, 반응 중에는 응집으로 인해 촉매의 분해가 발생할 수 있습니다. 초음파 조사에 의하여 촉매는 로 재생될 수 있습니다 캐비테이셔널 세력 흩어지다 입자를 제거하고 표면에서 침전물을 제거합니다.
헤비 듀티 애플리케이션을 위한 2x60kW의 고출력 초음파 시스템
석탄 세척: 초음파 De-Ashing 및 탈황
초음파 조절은 탈황 및 탈염에 사용되는 석탄 부유 선광 방법의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 초음파법의 가장 큰 장점은 재와 유황을 동시에 제거할 수 있다는 것입니다. [1] 초음파와 그 음향 스트리밍은 입자에 미치는 영향으로 잘 알려져 있습니다. 파워 초음파는 석탄 입자를 응집시켜 분산시키고 표면을 연마합니다. 또한 초음파는 석탄 매트릭스를 청소하여 유황과 재를 제거합니다.
펄프 스트림을 조절함으로써 고출력 초음파가 적용되어 펄프의 재 제거 및 탈황을 개선합니다. 초음파 처리는 산소 함량과 계면 장력을 감소시키고 pH 값과 온도를 증가시킴으로써 펄프 특성에 영향을 미칩니다. 이에 의해, 고유황 석탄의 초음파 처리는 탈황을 향상시킵니다.
초음파 보조 황철석의 소수성 감소
초음파로 생성된 산소 라디칼은 황철석 표면을 과도하게 산화시키고 펄프에 존재하는 황을 황폭사이드 단위의 형태로 보이게 합니다. 이것은 황철석의 소수성을 감소시켰다.
초음파로 생성 된 붕괴 중 강렬한 조건 공동 현상 액체의 기포는 자유 라디칼을 생성할 수 있습니다. 이것은 즉, 물의 초음파 처리가 분자 결합을 끊어 •OH 및 •OH의 자유 라디칼을 생성한다는 것을 의미합니다.
생성된 •OH 및 •H 자유 라디칼은 다음과 같이 2차 반응을 거칠 수 있습니다.
•오 + •오 → H2O2
•HO2 + •호2 → H2O2 + O2
생성된 H2O2는 불안정하고 초기 산소를 빠르게 배출합니다. 따라서 물 속의 산소 함량은 초음파 조절 후에 증가합니다. 초기 산소는 활동성이 높기 때문에 펄프에 존재하는 미네랄 입자와 반응하여 펄프의 산소 함량을 감소시킬 수 있습니다.
황철석의 산화(FeS2)는 O의 반응으로 인해 발생합니다.2 FeS와 함께2.
FeS + 2O2 + 2시간2O = 철(OH)2 + H2그렇게4
2페에스 + 2O2 + 2H+ = 2철2+ + 에스2O2- + H2O
석탄 추출
석탄 적출을 위해 석탄의 수소첨가를 위한 선정한 적출 조건 하에서 수소를 풀어 놓을 수 있는 용매는 이용됩니다. Tetralin은 추출 중에 나프탈렌으로 산화되는 입증된 용매입니다. 나프탈렌은 분리되어 테트라린에서 다시 수소첨가에 의해 변환될 수 있습니다. 이 공정은 석탄의 종류와 약 3시간의 체류 시간에 따라 특정 온도에서 압력 하에서 수행됩니다.
산화된 석탄 입자의 초음파 재활성화
거품 부상은 소수성의 차이를 이용하여 석탄을 정제하고 선광하는 데 사용되는 분리 공정입니다.
산화된 석탄은 석탄 표면의 친수성이 증가하기 때문에 부유하기 어렵습니다. 석탄 표면에 부착된 산소는 극성 페놀(-OH), 카르보닐(-C=O) 및 카르복실(-COOH)기를 형성하여 석탄 표면의 수화를 향상시키고 친수성을 증가시켜 부유 시약이 흡착되는 것을 방지합니다.
초음파 입자 처리 산화된 석탄 입자의 표면이 재활성화되도록 석탄 입자에서 산화층을 제거하는 데 사용할 수 있습니다.
석탄-물-기름 및 석탄-물 연료
초음파의 연 삭 그리고 분산 물이나 기름에서 석탄 입자의 미세한 슬러리를 생성하는 데 사용됩니다. 초음파에 의해, 미세한 크기의 입자 분산과 그에 따라 안정적인 현탁액이 생성됩니다. (장기간 안정성을 위해 안정제를 추가해야 할 수 있습니다.) 이러한 석탄-물 및 석탄-물-오일 연료에 물이 존재하면 보다 완전한 연소가 발생하고 유해한 배출이 줄어듭니다. 게다가, 물에서 이산된 석탄은 취급을 용이하게하는 폭발 방지 됩니다.
참고문헌/참고문헌
- Ambedkar, B. (2012) : 탈염 및 탈황을위한 초음파 석탄 세척 : 실험 조사 및 기계 모델링. 스프링거, 2012.
- 강, W.; 슌, H.; 콩, X.; Li, M. (2009) : 고 유황 석탄 부상에 대한 초음파 조절 후 펄프 특성의 변화로 인한 영향. 광업 과학 기술 19, 2009. 498-502.
알아 둘 만한 가치가 있는 사실
초음파 조직 균질화기는 종종 프로브 초음파 발생기, 음파 용해기, 초음파 분열기, 초음파 분쇄기, 소노 파쇄기, 초음파 분쇄기, 세포 분열기, 초음파 분산기 또는 용해기라고합니다. 다른 용어는 초음파 처리에 의해 충족 될 수있는 다양한 응용 프로그램의 결과입니다.