Ultraskaņas ogļu apstrāde enerģijas ražošanai
Ogļu vircas ultraskaņas apstrāde veicina dažādus procesus enerģijas ražošanas laikā no oglēm. Ultraskaņa veicina katalītisko hidrogenēšanu ogļu sašķidrināšanas laikā. Turklāt ultraskaņas apstrāde var uzlabot ogļu virsmas laukumu un ekstrahējamību. Var izvairīties no nevēlamām ķīmiskām blakusreakcijām atpelnošanas un desulfurizācijas laikā – procesa pabeigšana daudz īsākā laikā. Pat atdalīšanas procesa laikā, izmantojot putu flotāciju, daļiņu smalka izmēra izkliedi var ievērojami uzlabot ar ultraskaņu.
Ogļu sašķidrināšana/ ogļu pārvēršanas šķidrumā process
Šķidro kurināmo var rūpnieciski ražot no oglēm, izmantojot “ogļu sašķidrināšana”. Ogļu sašķidrināšanu var panākt, izmantojot divus ceļus – tiešā (DCL) un netiešā sašķidrināšana (ICL).
Lai gan netiešā sašķidrināšana parasti ietver ogļu gazifikāciju, tiešais sašķidrināšanas process ogles tieši pārvērš šķidrumā. Tāpēc šķīdinātāji (piemēram, tetralīns) vai katalizatori (piemēram, MoS2) lieto kombinācijā ar paaugstinātu spiedienu un temperatūru, lai izjauktu ogļu organisko struktūru. Tā kā šķidrajiem ogļūdeņražiem parasti ir augstāka ūdeņraža un oglekļa molārā attiecība nekā oglēm, gan ICL, gan DCL tehnoloģijās ir nepieciešams hidrogenēšanas vai oglekļa atgrūšanas process.
Tieša ogļu sašķidrināšana
Pētījumi liecina, ka ultrasoniski iepriekš apstrādātu ogļu tiešo ogļu sašķidrināšanu var ievērojami uzlabot. Trīs dažādi zemāka ranga bitumena ogļu veidi ir apstrādāti ar ultraskaņu šķīdinātājā. Ultraskaņas izraisīts pietūkums un Izkliedēt rezultējās ar ievērojami augstāku sašķidrināšanas ražu.
Netieša ogļu sašķidrināšana
Ogles var pārvērst šķidrajā degvielā, izmantojot netiešās ogļu sašķidrināšanas (ICL) procesus, izmantojot gazifikāciju, kam seko singas katalītiskā pārvēršana tīros ogļūdeņražos un ar skābekli bagātinātā transporta degvielā, piemēram, metanolā, dimetilēterī, Fišera-Tropša dīzeļdegvielā vai benzīnam līdzīgā degvielā. Fišera-Tropša sintēzei nepieciešams izmantot katalizatorus, piemēram, dzelzs katalizatorus. Izmantojot ultraskaņu daļiņu sadrumstalotība, katalizatoru efektivitāti var ievērojami uzlabot.

UIP16000 – Visspēcīgākais ultraskaņas lieljaudas ultrasonikators UIP16000 (16kW)
Ultraskaņas katalizatora aktivizēšana
Ar ultraskaņas apstrādi daļiņas var būt Izkliedētas, deaglomerēts un Sadrumstalota – kā rezultātā veidojas augstāka daļiņu virsma. Katalizatoriem tas nozīmē augstāku aktīvo virsmu, kas palielina daļiņu katalītisko reaktivitāti.
Piemērs: Nano mēroga Fe katalizators
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 un H konversijas likmes2 līdz mazai molekulmasai alkāni bija aptuveni 20 reizes lielāki uz F gramu nekā smalkām daļiņām (5 μm diametrā) tirdzniecībā ar dzelzs pulveri 250 °C temperatūrā un vairāk nekā 100 reizes aktīvāki 200 °C temperatūrā.
Piemēri ultrasoniski sagatavotiem katalizatoriem:
piemēram, IZM2, nano-Fe
Katalizatora meliorācija
Lai gan katalizatori ķīmisko reakciju laikā netiek patērēti, to aktivitāte un efektivitāte var samazināties aglomerācijas un piesārņojuma dēļ. Tāpēc var novērot, ka katalizatoriem sākotnēji ir augsta katalītiskā aktivitāte un skābekļa selektivitāte. Tomēr reakcijas laikā katalizatoru degradācija var notikt agregācijas dēļ. Ar ultraskaņas apstarošanu katalizatorus var atjaunot kā kavitācijas Spēki Disperģētu daļiņas un noņem nogulsnes no virsmas.
Ogļu mazgāšana: ultraskaņas atpelnošana un desulfurizācija
Ultraskaņas kondicionēšana var uzlabot ogļu flotācijas metožu veiktspēju, ko izmanto desulfurizācijai un atpelnošanai. Ultraskaņas metodes lielākā priekšrocība ir vienlaicīga pelnu un sēra noņemšana. [1] Ultraskaņa un tās akustiskā straumēšana ir labi pazīstama ar savu ietekmi uz daļiņām. Jaudas ultraskaņa deagglomerē un izkliedē ogļu daļiņas un pulē to virsmu. Turklāt ultraskaņa attīra ogļu matricu, noņemot sēru un pelnus.
Kondicionējot celulozes plūsmu, tiek izmantota lieljaudas ultraskaņa, lai uzlabotu celulozes atpelnošanu un desulfurizāciju. Ultraskaņas apstrāde ietekmē celulozes raksturu, samazinot skābekļa saturu un starpfaciālo spriedzi, vienlaikus palielinot pH vērtību un temperatūru. Tādējādi augsta sēra ogļu ultraskaņas apstrāde uzlabo desulfurizāciju.
Ultrasoniski atbalstīts pirīta hidrofobitātes samazinājums
Ultrasoniski radītie skābekļa radikāļi pārmērīgi oksidē pirīta virsmu un padara celulozē esošo sēru, šķiet, sulfoksīda vienību formā. Tas samazināja pirīta hidrofobitāti.
Intensīvie apstākļi ultrasoniski radītā sabrukuma laikā Kavitāciju Burbuļi šķidrumos spēj radīt brīvos radikāļus. Tas nozīmē, ka, t.i., ūdens apstrāde ar ultraskaņu pārrauj molekulu saites, kas rada brīvos radikāļus •OH un •OH.
Radītie brīvie radikāļi •OH un •H var tikt pakļauti sekundārām reakcijām:
•OH + •OH → H2O2
•H. O.2 + •HO2 → H2O2 + O2
Saražotais H2O2 ir nestabils un ātri izvada topošo skābekli. Tātad skābekļa saturs ūdenī palielinās pēc ultraskaņas kondicionēšanas. Topošais skābeklis, kas ir ļoti aktīvs, var reaģēt ar minerālu daļiņām, kas atrodas celulozē, un samazināt skābekļa saturu celulozē.
Pirīta oksidācija (FeS2) rodas O reakcijas dēļ2 ar FeS2.
FeS + 2O2 + 2H2O = Fe(OH)2 + H2TIK4
2FeS + 2O2 + 2H+ = 2Fe2+ + S2O2- + H2O
Ogļu ieguve
Ogļu ekstrakcijai tiek izmantoti šķīdinātāji, kas izvēlētajos ekstrakcijas apstākļos var atbrīvot ūdeņradi ogļu hidrogenēšanai. Tetralīns ir pierādīts šķīdinātājs, kas ekstrakcijas laikā oksidējas līdz naftalīnam. Naftalīnu var atdalīt un pārveidot, atkal hidrogenējot tetralīnā. Process tiek veikts zem spiediena noteiktā temperatūrā atkarībā no ogļu veida un uzturēšanās laika apmēram trīs stundas.
Oksidēto ogļu daļiņu ultraskaņas reaktivācija
Putu pludiņš ir atdalīšanas process, ko izmanto, lai attīrītu un bagātinātu ogles, izmantojot to hidrofobitātes atšķirības.
Oksidētās ogles ir grūti peldēt, jo palielinās ogļu virsmas hidrofilitāte. Pievienotais skābeklis uz ogļu virsmas veido polārā fenola (-OH), karbonila (-C=O) un karboksila (-COOH) grupas, kas uzlabo ogļu virsmas hidratāciju un tādējādi palielina tās hidrofilitāti, novēršot flotācijas reaģentu adsorbciju.
Ultraskaņas daļiņu apstrāde var izmantot, lai noņemtu oksidācijas slāņus no ogļu daļiņām, lai oksidēto ogļu daļiņu virsma tiktu atkārtoti aktivizēta.
Ogļu-ūdens-eļļas un ogļu-ūdens kurināmais
Ultraskaņas Slīpēšanas un Izkliedēt tiek izmantots, lai radītu smalka izmēra ogļu daļiņu vircas ūdenī vai eļļā. Ar ultrasonication tiek radīta smalka izmēra daļiņu dispersija un tādējādi stabila suspensija. (Lai nodrošinātu ilgstošu stabilitāti, var būt nepieciešams pievienot stabilizatoru.) Ūdens klātbūtne šajās ogļu-ūdens un ogļu-ūdens-eļļas degvielās nodrošina pilnīgāku sadegšanu un samazina kaitīgās emisijas. Turklāt ūdenī izkliedētās ogles kļūst par sprādziendrošām, kas atvieglo apstrādi.
Uzziņa/ Literatūra
- Ambedkars, B. (2012): Ultraskaņas ogļu mazgāšana atpelnošanai un sēra atdalīšanai: eksperimentālā izmeklēšana un mehāniskā modelēšana. Springers, 2012. gads.
- Kangs, V.; Ksuns, H.; Kongs, X.; Li, M. (2009): Ietekme no celulozes dabas izmaiņām pēc ultraskaņas kondicionēšanas uz ogļu peldēšanu ar augstu sēra saturu. Kalnrūpniecības zinātne un tehnoloģija 19, 2009. 498-502.
Fakti, kurus ir vērts zināt
Ultraskaņas audu homogenizatori bieži tiek saukti par zondes sonikatoru, skaņas lizeru, ultraskaņas traucētāju, ultraskaņas dzirnaviņu, sono-ruptoru, sonifikatoru, skaņas dismembratoru, šūnu traucētāju, ultraskaņas izkliedētāju vai šķīdinātāju. Dažādie termini izriet no dažādām lietojumprogrammām, kuras var izpildīt ar ultraskaņu.