Ultraljud kol behandlingar för energiproduktion

Ultraljudsbehandling av kolslam bidrar till olika processer under energiproduktionen från kol. Ultraljud främjar den katalytiska hydrogeneringen under kondenseringen av kol. Dessutom kan ultraljudsbehandling förbättra ytan och utvinningsbarheten av kol. Oönskade kemiska sidoreaktioner under avaskning och avsvavling kan undvikas – Att slutföra processen på mycket kortare tid. Även under separationsprocessen via skumflotation kan den fina dispersionen av partiklar förbättras avsevärt genom ultraljudsbehandling.

Kolförvätskning/ Kol-till-vätska-process

Flytande bränslen kan framställas industriellt av kol genom en process av “Förvätskning av kol”. Förvätskning av kol kan uppnås på två sätt – direkt (DCL) och indirekt kondensering (ICL).
Medan den direkta kondenseringen i allmänhet innebär förgasning av kol, omvandlar den direkta kondenseringsprocessen kol direkt till vätska. Därför bör lösningsmedel (t.ex. tetralin) eller katalysatorer (t.ex. MoS₂) används i kombination med förhöjda tryck och temperaturer för att bryta upp kolets organiska struktur. Eftersom flytande kolväten i allmänhet har ett högre molförhållande mellan väte och kol än kol, krävs en hydrerings- eller kolavstötningsprocess i både ICL- och DCL-teknik.

Direkt kondensering av kol

Studier har visat att den direkta kolförvätskningen av ultraljudsförbehandlade kol kan förbättras markant. Tre olika typer av bituminöst kol av lägre rang har sonikerats i lösningsmedel. Ultraljudet inducerade svullnad och Spridning resulterade i anmärkningsvärt högre förvätskningsutbyten.

Indirekt förvätskning av kol

Kol kan omvandlas till flytande bränslen genom indirekta kolförvätskningsprocesser (ICL) genom förgasning följt av katalytisk omvandling av syntesgas till rena kolväten och syresatta transportbränslen som metanol, dimetyleter, Fischer-Tropsch diesel- eller bensinliknande bränslen. Fischer-Tropsch-syntesen kräver användning av katalysatorer såsom järnbaserade katalysatorer. Via ultraljud Fragmentering av partiklarkan katalysatorernas effektivitet förbättras avsevärt.

Aktivering av ultraljudskatalysator

Genom ultraljudsbehandling kan partiklar Spridda, deagglomererad och fragmenterad – vilket resulterar i en högre partikelyta. För katalysatorer innebär detta högre aktiv yta, vilket ökar partiklarnas katalytiska reaktivitet.
Exempel: Fe-katalysator i nanoskala
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). Omvandlingshastigheter för CO och H₂ till lågmolekylära alkaner var cirka 20 gånger högre per gram Fe än för kommersiella järnpulver med fina partiklar (5 μm diameter) vid 250 °C och mer än 100 gånger mer aktiva vid 200 °C.

Exempel på ultraljudspreparerade katalysatorer:
t.ex. MoS₂, nano-Fe

Återvinning av katalysator

Även om katalysatorer inte förbrukas under kemiska reaktioner kan deras aktivitet och effektivitet minska på grund av agglomeration och nedsmutsning. Därför kan det observeras att katalysatorer initialt visar en hög katalytisk aktivitet och syreselektivitet. Under reaktionen kan dock nedbrytning av katalysatorerna inträffa på grund av aggregering. Genom ultraljudsbestrålning kan katalysatorer regenereras som kavitationell Styrkor skingra partiklarna och avlägsna avlagringar från ytan.

Coal Wash: Ultraljudsavmålning och avsvavling

Ultraljudskonditionering kan förbättra prestandan hos kolflotationsmetoder, som används för avsvavling och avaskning. Den största fördelen med ultraljudsmetoden är det samtidiga avlägsnandet av aska och svavel. [1] Ultraljud och dess akustiska strömning är välkända för sina effekter på partiklar. Kraftultraljud deagglomererar och dispergerar kolpartiklar och polerar deras yta. Dessutom rengör ultraljud kolmatrisen och tar bort svavel och aska.
Genom att konditionera massaströmmen appliceras ultraljud med hög effekt för att förbättra avaskningen och avsvavlingen av massan. Ultraljudsbehandling påverkar pulpan natur genom att minska syrehalten och gränsytan spänningen, samtidigt som pH-värdet och temperaturen ökar. Därmed förbättrar ultraljudsbehandlingen av högsvavligt kol avsvavlingen.

Ultraljudsassisterad minskning av hydrofobiciteten hos pyrit

Ultraljudsgenererade syreradikaler överoxiderar pyritytan och gör att svavel som finns i massan ser ut att vara i form av sulfoxidenheter. Detta minskade pyritens hydrofobicitet.

De intensiva förhållandena under kollapsen av den ultraljudsgenererade Kavitation Bubblor i vätskor kan skapa fria radikaler. Detta innebär att dvs ultraljudsbehandling av vatten bryter molekylbindningarna som producerar fria radikaler av •OH och •OH.

H₂O → •H + •OH
De fria radikalerna •OH och •H som genereras kan genomgå sekundära reaktioner enligt följande:
•H + O₂ → •HO₂
•OH + •OH → H₂O₂
•H.O.₂ + •HO₂ → H2O₂ + O₂
Den H2O2 som produceras är instabil och släpper snabbt ut begynnande syre. Så syrehalten i vattnet ökar efter ultraljudskonditionering. Det begynnande syret, som är mycket aktivt, kan reagera med mineralpartiklar som finns i massan och minska syrehalten i pulpan.
Oxidationen av pyrit (FeS₂) inträffar på grund av reaktionen av O₂ med FeS₂.
2FeS + 3O₂ + 4H₂O = 2Fe(OH)₂ + 2H₂SÅ₃
FeS + 2O₂ + 2H₂O = Fe(OH)₂ + H₂SÅ₄
2FeS + 2O₂ + 2H+ = 2Fe²⁺ + S₂O^2- + H₂O

Utvinning av kol

För kolextraktion används lösningsmedel som under de valda extraktionsförhållandena kan frigöra väte för hydrering av kol. Tetralin är ett beprövat lösningsmedel som oxideras till naftalen under extraktionen. Naftalen kan separeras och omvandlas, genom hydrogenering igen i tetralin. Processen utförs under tryck vid specifika temperaturer beroende på typ av kol och uppehållstider på cirka tre timmar.

Ultraljud reaktivering av oxiderade kolpartiklar

Skumflytning är en separationsprocess som används för att rena och fördela kol genom att dra nytta av skillnader i deras hydrofobicitet.
Oxiderade kol är svåra att flyta, eftersom kolytans hydrofilicitet ökar. Det bundna syret på kolytan bildar polära fenoler (-OH), karbonyl (-C=O) och karboxylgrupper (-COOH), som förbättrar hydratiseringen av kolytan och därmed ökar dess hydrofilicitet, vilket förhindrar att flotationsreagenser adsorberas.
Ett ultraljud Behandling av partiklar Kan användas för att avlägsna oxidationsskikt från kolpartiklar så att ytan på oxiderade kolpartiklar återaktiveras.

Kol-vatten-olja och kol-vattenbränslen

ultraljuds Malning och Spridning används för att generera finstora uppslamningar av kolpartiklar i vatten eller olja. Genom ultraljud genereras en finstor partikeldispersion och därmed en stabil suspension. (För långsiktig stabilitet kan tillsats av en stabilisator krävas.) Förekomsten av vatten i dessa kol-vatten- och kol-vatten-oljebränslen resulterar i en mer fullständig förbränning och minskar skadliga utsläpp. Dessutom blir kol dispergerat i vatten explosionssäkert vilket underlättar hanteringen.

Referens/ Litteratur

1. Ambedkar, B. (2012): Ultraljud koltvätt för avaskning och avsvavling: experimentell undersökning och mekanistisk modellering. Springer, 2012.
2. Kang, W.; Xun, H.; Kong, X.; Li, M. (2009): Effekter från förändringar i massanaturen efter ultraljudskonditionering på högsvavlig kolflottning. Gruvvetenskap och -teknik 19, 2009. 498-502.