Trajtimet e qymyrit me ultratinguj për prodhimin e energjisë

Trajtimi i suspensioneve të qymyrit me ultratinguj kontribuon në procese të ndryshme gjatë prodhimit të energjisë nga qymyri. Ultratingujt nxisin hidrogjenimin katalitik gjatë lëngëzimit të qymyrit. Për më tepër, trajtimi me ultratinguj mund të përmirësojë sipërfaqen dhe ekstraktueshmërinë e qymyrit. Reaksionet kimike anësore të padëshiruara gjatë largimit të hirit dhe desulfurizimit mund të shmangen – duke e përfunduar procesin në shumë më pak kohë. Edhe gjatë procesit të ndarjes nëpërmjet flotacionit me shkumë, shpërndarja e grimcave në përmasa të imëta mund të përmirësohet ndjeshëm nga trajtimi me ultratinguj.

Lëngëzimi i qymyrit/ Procesi i shndërrimit të qymyrit në lëng

Lëndët djegëse të lëngshme mund të prodhohen në mënyrë industriale nga qymyri përmes procesit të “Lëngëzimit të qymyrit”. Lëngëzimi i qymyrit mund të realizohet nëpërmjet dy rrugëve – lëngëzimit të drejtpërdrejtë (DCL) dhe atij të tërthortë (ICL).
Ndërsa lëngëzimi i tërthortë përgjithësisht përfshin gazifikimin e qymyrit, procesi i lëngëzimit të drejtpërdrejtë e shndërron qymyrin drejtpërdrejt në lëng. Prandaj, tretësit (p.sh. tetralina) ose katalizatorët (p.sh. MoS₂) përdoren në kombinim me trysni dhe temperatura të larta për të zbërthyer strukturën organike të qymyrit. Meqë hidrokarburet e lëngshme përgjithësisht kanë një raport molar hidrogjen–karbon më të lartë se qymyri, në të dyja teknologjitë, ICL dhe DCL, nevojitet një proces hidrogjenimi ose largimi të karbonit.

Lëngëzimi i drejtpërdrejtë i qymyrit

Studimet kanë treguar se lëngëzimi i drejtpërdrejtë i qymyrit të paratrajtuar me ultratinguj mund të përmirësohet dukshëm. Tri lloje të ndryshme qymyri bituminoz të rangut më të ulët janë trajtuar me ultratinguj në tretës. Fryrja dhe shpërndarja e shkaktuara nga ultratingujt sollën rendimente dukshëm më të larta të lëngëzimit.

Lëngëzimi i tërthortë i qymyrit

Qymyri mund të shndërrohet në lëndë djegëse të lëngshme përmes proceseve të lëngëzimit të tërthortë të qymyrit (ICL), nëpërmjet gazifikimit të ndjekur nga shndërrimi katalitik i gazit të sintezës në hidrokarbure të pastra dhe lëndë djegëse të oksigjenuara për transportin, si metanoli, eteri dimetilik dhe lëndët djegëse Fischer-Tropsch të ngjashme me naftën ose benzinën. Sinteza Fischer-Tropsch kërkon përdorimin e katalizatorëve, si katalizatorët me bazë hekuri. Nëpërmjet fragmentimit të grimcave me ultratinguj, efikasiteti i katalizatorëve mund të përmirësohet ndjeshëm.

Aktivizimi i katalizatorëve me ultratinguj

Nëpërmjet trajtimit me ultratinguj, grimcat mund të shpërndahen, çaglomerojnë dhe fragmentohen – duke sjellë një sipërfaqe më të madhe të grimcave. Për katalizatorët, kjo nënkupton një sipërfaqe aktive më të madhe, e cila rrit reaktivitetin katalitik të grimcave.
Shembull: Katalizator Fe në shkallë nanometrike
Hekuri nanofazor i përgatitur në mënyrë sonokimike është një katalizator aktiv për hidrogjenimin Fischer–Tropsch të CO dhe për hidrogjenolizën dhe dehidrogjenimin e alkaneve, kryesisht për shkak të sipërfaqes së tij të madhe (>120mg^-1). Shpejtësitë e shndërrimit të CO dhe H₂ në alkane me masë molekulare të ulët ishin afërsisht 20 herë më të larta për gram Fe sesa për pluhurin tregtar të hekurit me grimca të imëta (me diametër 5 μm) në 250°C, ndërsa në 200°C aktiviteti ishte më shumë se 100 herë më i lartë.

Shembuj të katalizatorëve të përgatitur me ultratinguj:
p.sh. MoS₂, nano-Fe

Rigjenerimi i katalizatorëve

Edhe pse katalizatorët nuk konsumohen gjatë reaksioneve kimike, aktiviteti dhe efikasiteti i tyre mund të ulen për shkak të aglomerimit dhe ndotjes nga depozitimet. Prandaj, mund të vërehet se katalizatorët fillimisht shfaqin aktivitet të lartë katalitik dhe selektivitet të lartë ndaj përbërjeve të oksigjenuara. Megjithatë, gjatë reaksionit, katalizatorët mund të degradojnë për shkak të agregimit. Me anë të rrezatimit me ultratinguj, katalizatorët mund të rigjenerohen, pasi forcat e kavitacionit i shpërndajnë grimcat dhe largojnë depozitimet nga sipërfaqja.

Larja e qymyrit: Largimi i hirit dhe desulfurizimi me ultratinguj

Kondicionimi me ultratinguj mund të përmirësojë performancën e metodave të flotacionit të qymyrit, të cilat përdoren për desulfurizimin dhe largimin e hirit. Përparësia më e madhe e metodës me ultratinguj është largimi i njëkohshëm i hirit dhe squfurit.[1] Ultratingujt dhe rrjedhja e tyre akustike janë të mirënjohur për efektet e tyre mbi grimcat. Ultratingujt me fuqi të lartë i çaglomerojnë dhe i shpërndajnë grimcat e qymyrit dhe ua lëmojnë sipërfaqen. Për më tepër, ultratingujt pastrojnë matricën e qymyrit duke larguar squfurin dhe hirin.
Gjatë kondicionimit të rrjedhës së pulpës, zbatohen ultratinguj me fuqi të lartë për të përmirësuar largimin e hirit dhe desulfurizimin e pulpës. Trajtimi me ultratinguj ndikon në vetitë e pulpës duke ulur përmbajtjen e oksigjenit dhe tensionin ndërfaqësor, ndërsa rrit vlerën e pH-së dhe temperaturën. Kështu, trajtimi me ultratinguj i qymyrit me përmbajtje të lartë squfuri përmirëson desulfurizimin.

Ulja e hidrofobicitetit të piritit me ndihmën e ultratingujve

Radikalet e oksigjenit të krijuara me ultratinguj e mbioksidojnë sipërfaqen e piritit dhe bëjnë që squfuri i pranishëm në pulpë të shfaqet në formën e njësive sulfokside. Kjo uli hidrofobicitetin e piritit.

Kushtet intensive gjatë kolapsit të kavitacionit të krijuar me ultratinguj, pra të flluskave të tij në lëngje, mund të krijojnë radikale të lira. Kjo do të thotë se, për shembull, trajtimi i ujit me ultratinguj këput lidhjet molekulare, duke prodhuar radikale të lira •OH dhe •OH.

H₂O → •H + •OH
Radikalet e lira •OH dhe •H të krijuara mund t’u nënshtrohen reaksioneve dytësore, si më poshtë:
•H + O₂ → •HO₂
•OH + •OH → H₂O₂
•HO₂ + •HO₂ → H2O₂ + O₂
H2O2 i prodhuar është i paqëndrueshëm dhe çliron shpejt oksigjen të sapoformuar. Kështu, përmbajtja e oksigjenit në ujë rritet pas kondicionimit me ultratinguj. Oksigjeni i sapoformuar, duke qenë shumë aktiv, mund të reagojë me grimcat minerale të pranishme në pulpë dhe të ulë përmbajtjen e oksigjenit në pulpë.
Oksidimi i piritit (FeS₂) ndodh për shkak të reaksionit të O₂ me FeS₂.
2FeS + 3O₂ + 4H₂O = 2Fe(OH)₂ + 2H₂SO₃
FeS + 2O₂ + 2H₂O = Fe(OH)₂ + H₂SO₄
2FeS + 2O₂ + 2H+ = 2Fe²⁺ + S₂O^2- + H₂O

Ekstraktimi i qymyrit

Për ekstraktimin e qymyrit përdoren tretës që, në kushtet e zgjedhura të ekstraktimit, mund të çlirojnë hidrogjen për hidrogjenimin e qymyrit. Tetralina është një tretës i provuar, i cili oksidohet në naftalen gjatë ekstraktimit. Naftaleni mund të ndahet dhe të shndërrohet përsëri në tetralinë nëpërmjet hidrogjenimit. Procesi kryhet nën trysni, në temperatura specifike në varësi të llojit të qymyrit dhe me kohë qëndrimi prej rreth tri orësh.

Riaktivizimi me ultratinguj i grimcave të oksiduara të qymyrit

Flotacioni me shkumë është një proces ndarjeje që përdoret për të pastruar dhe pasuruar qymyrin duke shfrytëzuar dallimet në hidrofobicitet.
Qymyret e oksiduara janë të vështira për t’u ndarë me flotacion, sepse hidrofiliciteti i sipërfaqes së qymyrit rritet. Oksigjeni i lidhur në sipërfaqen e qymyrit formon grupe polare fenolike (-OH), karbonile (-C=O) dhe karboksile (-COOH), të cilat shtojnë hidratimin e sipërfaqes së qymyrit dhe, si rrjedhojë, rrisin hidrofilicitetin e tij, duke penguar adsorbimin e reagentëve të flotacionit.
Një trajtim i grimcave me ultratinguj mund të përdoret për të larguar shtresat e oksidimit nga grimcat e qymyrit, në mënyrë që sipërfaqja e grimcave të oksiduara të qymyrit të riaktivizohet.

Lëndët djegëse qymyr–ujë–vaj dhe qymyr–ujë

Proceset e bluarjes dhe shpërndarjes me ultratinguj përdoren për të prodhuar suspensione me grimca të imëta qymyri në ujë ose vaj. Me anë të trajtimit me ultratinguj krijohet një shpërndarje e grimcave në përmasa të imëta dhe, si rrjedhojë, një suspension i qëndrueshëm. (Për qëndrueshmëri afatgjatë, mund të nevojitet shtimi i një stabilizuesi.) Prania e ujit në këto lëndë djegëse qymyr–ujë dhe qymyr–ujë–vaj sjell një djegie më të plotë dhe ul emetimet e dëmshme. Për më tepër, qymyri i shpërndarë në ujë bëhet i mbrojtur nga shpërthimi, gjë që lehtëson manipulimin e tij.

Referencat / Literatura

1. Ambedkar, B. (2012): Larja e qymyrit me ultratinguj për largimin e hirit dhe desulfurizimin: Hulumtim eksperimental dhe modelim mekanistik. Springer, 2012.
2. Kang, W.; Xun, H.; Kong, X.; Li, M. (2009): Efektet e ndryshimeve në vetitë e pulpës pas kondicionimit me ultratinguj mbi flotacionin e qymyrit me përmbajtje të lartë squfuri. Mining Science and Technology 19, 2009. 498–502.