Ultrazvočni premogovni postopki za proizvodnjo energije

Ultrazvočna razbijanje premogovih gnojevk prispeva k različnim procesom med proizvodnjo energije iz premoga. Ultrazvok spodbuja katalitsko hidrogenacijo med utekočinjenjem premoga. Poleg tega lahko ultrazvočna obdelava izboljša površino in ekstrakcijo premoga. Lahko se izognemo neželenim kemičnim stranskim reakcijam med odstranjevanjem pepela in razžvepljevanjem – izvedba procesa v veliko krajšem času. Tudi med postopkom ločevanja s peno flotacijo se lahko z ultrazvočno razbijenostjo znatno poveča disperzija drobne velikosti.

Postopek utekočinjanja premoga/premoga v tekočino

Tekoča goriva se lahko industrijsko proizvajajo iz premoga s postopkom “Utekočinjanje premoga”. Utekočinjanje premoga je mogoče doseči na dve poti – neposredno (DCL) in posredno utekočinjanje (ICL).
Medtem ko posredno utekočinjanje na splošno vključuje uplinjanje premoga, postopek neposrednega utekočinjanja pretvori premog neposredno v tekočino. Zato topila (npr. tetralin) ali katalizatorji (npr. MoS₂) se uporabljajo v kombinaciji s povišanimi tlaki in temperaturami za razbijanje organske strukture premoga. Ker imajo tekoči ogljikovodiki na splošno višje molsko razmerje med vodikom in ogljikom kot premog, je v tehnologijah ICL in DCL potreben postopek hidrogeniranja ali zavračanja ogljika.

Neposredno utekočinjanje premoga

Študije so pokazale, da je mogoče neposredno utekočinjanje premoga ultrazvočno predhodno obdelanega premoga izrazito izboljšati. Tri različne vrste bituminoznega premoga nižje stopnje so bile sonikirane v topilu. Ultrazvok je povzročil oteklino in Razpršitvijo je povzročil izredno višje donose utekočinjenja.

Posredno utekočinjanje premoga

Premog se lahko pretvori v tekoča goriva s postopki posrednega utekočinjanja premoga (ICL) s uplinjanjem, ki mu sledi katalitska pretvorba sintetičnega plina v čiste ogljikovodike in kisikova transportna goriva, kot so metanol, dimetil eter, Fischer-Tropschova dizelska ali bencinska goriva. Fischer-Tropschova sinteza zahteva uporabo katalizatorjev, kot so katalizatorji na osnovi železa. Preko ultrazvočnih Razdrobljenost delcev, se lahko učinkovitost katalizatorjev znatno izboljša.

Aktivacija ultrazvočnega katalizatorja

Z ultrazvočno obdelavo se lahko delci Razpršene, deaglomeriran in Razdrobljena – kar ima za posledico višjo površino delcev. Za katalizatorje to pomeni višjo aktivno površino, kar poveča katalitsko reaktivnost delcev.
Primer: Fe katalizator v nanomerilu
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). Menjalni tečaji CO in H₂ do nizke molekulske mase so bili alkani približno 20-krat višji na gram Fe kot za drobne delce (premer 5 μm) komercialni železov prah pri 250 °C in več kot 100-krat bolj aktivni pri 200 °C.

Primeri ultrazvočno pripravljenih katalizatorjev:
npr. MoS₂, nano-Fe

Predelava katalizatorja

Čeprav se katalizatorji med kemičnimi reakcijami ne porabijo, se lahko njihova aktivnost in učinkovitost zmanjšata zaradi aglomeracije in obraščanja. Zato lahko opazimo, da katalizatorji sprva kažejo visoko katalitično aktivnost in selektivnost kisika. Vendar pa lahko med reakcijo pride do razgradnje katalizatorjev zaradi agregacije. Z ultrazvočnim obsevanjem se katalizatorji lahko regenerirajo kot kavitacijska Sile Razpršijo delce in odstranite usedline s površine.

Pranje premoga: ultrazvočno odstranjevanje pepela in razžvepljevanje

Ultrazvočno kondicioniranje lahko izboljša učinkovitost metod flotacije premoga, ki se uporabljajo za razžveplanje in čiščenje pepelja. Največja prednost ultrazvočne metode je hkratno odstranjevanje pepela in žvepla. [1] Ultrazvok in njegovo akustično pretakanje sta dobro znana po svojih učinkih na delce. Močni ultrazvok deaglomerira in razprši delce premoga in polira njihovo površino. Poleg tega ultrazvok očisti premogovno matrico in odstrani žveplo in pepel.
S kondicioniranjem toka celuloze se uporablja ultrazvok visoke moči za izboljšanje razpepeljenja in razžvepljevanja celuloze. Ultrazvočna razbijanje vpliva na naravo celuloze z zmanjšanjem vsebnosti kisika in medfazne napetosti, hkrati pa poveča pH vrednost in temperaturo. S tem ultrazvočna obdelava premoga z visoko vsebnostjo žvepla izboljša razžveplanje.

Ultrazvočno podprto zmanjšanje hidrofobnosti pirita

Ultrazvočno ustvarjeni kisikovi radikali prekomerno oksidirajo površino pirita in povzročijo, da je žveplo, ki obstaja v celulozi, v obliki sulfoksidnih enot. To je zmanjšalo hidrofobnost pirita.

Intenzivni pogoji med propadom ultrazvočno ustvarjenega Kavitacija Mehurčki v tekočinah lahko ustvarijo proste radikale. To pomeni, da ultrazvočno razbijanje vode prekine molekulske vezi in proizvede proste radikale •OH in •OH.

H₂O → •H + •OH
Nastali prosti radikali •OH in •H lahko podvržejo sekundarnim reakcijam, kot sledi:
•H + O₂ → •HO₂
•OH + •OH → H₂O₂
•H. O.₂ + •HO₂ → H2O₂ + O₂
Proizvedeni H2O2 je nestabilen in hitro odvaja nastajajoči kisik. Tako se vsebnost kisika v vodi poveča po ultrazvočnem kondicioniranju. Nastajajoči kisik, ki je zelo aktiven, lahko reagira z mineralnimi delci, ki obstajajo v celulozi, in zmanjša vsebnost kisika v celulozi.
Oksidacija pirita (FeS₂) nastane zaradi reakcije O₂ s FeS₂.
2FeS + 3O₂ + 4 ure₂O = 2Fe (OH)₂ + 2H₂TAKO₃
FeS + 2O₂ + 2H₂O = Fe(OH)₂ + H₂TAKO₄
2FeS + 2O₂ + 2H+ = 2Fe²⁺ + S₂O^2- + H₂O

Pridobivanje premoga

Za ekstrakcijo premoga se uporabljajo topila, ki lahko v izbranih pogojih ekstrakcije sproščajo vodik za hidrogeniranje premoga. Tetralin je dokazano topilo, ki se med ekstrakcijo oksidira v naftalen. Naftalen se lahko loči in pretvori s hidrogeniranjem v tetralin. Postopek se izvaja pod tlakom pri določenih temperaturah, odvisno od vrste premoga in zadrževalnega časa približno tri ure.

Ultrazvočna reaktivacija oksidiranih delcev premoga

Plavanje pene je postopek ločevanja, ki se uporablja za čiščenje in oplemenitevanje premoga z izkoriščanjem razlik v njihovi hidrofobnosti.
Oksidirani premog je težko plavati, saj se poveča hidrofilnost površine premoga. Pritrjeni kisik na površini premoga tvori polarne fenolne (-OH), karbonilne (-C = O) in karboksilne (-COOH) skupine, ki povečujejo hidracijo površine premoga in tako povečajo njegovo hidrofilnost, kar preprečuje adsorpcijo flotacijskih reagentov.
Ultrazvočni obdelava delcev se lahko uporablja za odstranjevanje oksidacijskih plasti iz premogovih delcev, tako da se površina oksidiranih delcev premoga ponovno aktivira.

Premog-voda-olje in premog-vodna goriva

Ultrazvočno mletje in Razpršitvijo se uporablja za ustvarjanje drobnih gnojevk premogovih delcev v vodi ali olju. Z ultrazvokom nastane disperzija delcev fine velikosti in s tem stabilna suspenzija. (Za dolgotrajno stabilnost bo morda potreben dodatek stabilizatorja.) Prisotnost vode v teh premogovno-vodnih in premogovih-vodno-oljnih gorivih povzroči popolnejše zgorevanje in zmanjša škodljive emisije. Poleg tega premog, razpršen v vodi, postane protieksplozijski, kar olajša ravnanje.

Sklic/ Literatura

1. Ambedkar, B. (2012): Ultrazvočno pranje premoga za odstranjevanje pepela in razžvepljevanje: eksperimentalna preiskava in mehanistično modeliranje. Springer, 2012.
2. Kang, W.; Xun, H.; Kong, X.; Li, M. (2009): Učinki sprememb v naravi celuloze po ultrazvočnem kondicioniranju na plavanje premoga z visoko vsebnostjo žvepla. Rudarska znanost in tehnologija 19, 2009. 498-502.