Enerji Üretimi için Ultrasonik Kömür İşlemleri

Kömür bulamaçlarının sonikasyonu, kömürden enerji üretimi sırasında çeşitli işlemlere katkıda bulunur. Ultrason, kömürün sıvılaştırılması sırasında katalitik hidrojenasyonu teşvik eder. Ayrıca, sonikasyon kömürün yüzey alanını ve ekstrakte edilebilirliğini artırabilir. Kül giderme ve kükürt giderme sırasında istenmeyen kimyasal yan reaksiyonlar önlenebilir – süreci çok daha kısa sürede tamamlamak. Köpük yüzdürme yoluyla ayırma işlemi sırasında bile, parçacıkların ince boyutlu dağılımı sonikasyon ile önemli ölçüde arttırılabilir.

Kömür Sıvılaştırma / Kömürden Sıvıya proses

Sıvı yakıtlar, endüstriyel olarak kömürden şu işlemlerle üretilebilir: “Kömür Sıvılaştırma”. Kömür sıvılaştırma iki yolla gerçekleştirilebilir – doğrudan (DCL) ve dolaylı sıvılaştırma (ICL).
Dolaylı sıvılaştırma genellikle kömürün gazlaştırılmasını içerirken, doğrudan sıvılaştırma işlemi kömürü doğrudan sıvıya dönüştürür. Bu nedenle, çözücüler (örneğin tetralin) veya katalizörler (örneğin MoS₂) kömürün organik yapısını parçalamak için yüksek basınç ve sıcaklıklarla birlikte kullanılır. Sıvı hidrokarbonlar genellikle kömürden daha yüksek bir hidrojen-karbon molar oranına sahip olduğundan, hem ICL hem de DCL teknolojilerinde bir hidrojenasyon veya karbon reddetme işlemi gereklidir.

Doğrudan Kömür Sıvılaştırma

Çalışmalar, ultrasonik olarak ön işleme tabi tutulmuş kömürlerin doğrudan kömür sıvılaştırılmasının belirgin şekilde iyileştirilebileceğini göstermiştir. Üç farklı türde düşük rütbeli bitümlü kömür çözücü içinde sonikleştirilmiştir. Ultrasonun neden olduğu şişlik ve dispersiyon önemli ölçüde daha yüksek sıvılaşma verimleri ile sonuçlandı.

Dolaylı Kömür Sıvılaştırma

Kömür, gazlaştırma yoluyla dolaylı kömür sıvılaştırma (ICL) işlemleriyle sıvı yakıtlara dönüştürülebilir, ardından sentez gazının temiz hidrokarbonlara ve metanol, dimetil eter, Fischer-Tropsch dizel veya benzin benzeri yakıtlar gibi oksijenli taşıma yakıtlarına katalitik dönüşümü takip edilir. Fischer-Tropsch sentezi, demir bazlı katalizörler gibi katalizörlerin kullanılmasını gerektirir. Ultrasonik ile parçacık parçalanması, katalizörlerin verimliliği önemli ölçüde artırılabilir.

Ultrasonik Katalizör Aktivasyonu

Ultrasonik tedavi ile parçacıklar olabilir Dağınık, deaglomeraated ve Parça -lanmış - daha yüksek bir parçacık yüzeyi ile sonuçlanır. Katalizörler için bu, parçacıkların katalitik reaktivitesini artıran daha yüksek aktif yüzey anlamına gelir.
Örnek: Nano ölçekli Fe katalizörü
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 ve H'nin dönüşüm oranları₂ düşük moleküler ağırlıklı alkanlar, 250 ° C'de ince parçacıklı (5 μm çaplı) ticari demir tozuna göre gram Fe başına yaklaşık 20 kat daha yüksekti ve 200 ° C'de 100 kat daha aktifti.

Ultrasonik olarak hazırlanmış katalizörler için örnekler:
örneğin MoS₂, nano-Fe

Katalizör ıslahı

Katalizörler kimyasal reaksiyonlar sırasında tüketilmese de, topaklanma ve kirlenme nedeniyle aktiviteleri ve verimlilikleri düşebilir. Bu nedenle, katalizörlerin başlangıçta yüksek bir katalitik aktivite ve oksijenat seçiciliği gösterdiği gözlemlenebilir. Bununla birlikte, reaksiyon sırasında katalizörlerin bozulması, agregasyon nedeniyle meydana gelebilir. Ultrasonik ışınlama ile katalizörler şu şekilde rejenere edilebilir: kavitasyonel Kuvvetleri dağıtmak parçacıklar ve yüzeydeki birikintileri giderir.

Kömür yıkama: ultrasonik kül giderme ve kükürt giderme

Ultrasonik şartlandırma, kükürt giderme ve boşaltma için kullanılan kömür yüzdürme yöntemlerinin performansını artırabilir. Ultrasonik yöntemin en büyük avantajı, kül ve kükürtün aynı anda uzaklaştırılmasıdır. [1] Ultrason ve akustik akışı partiküller üzerindeki etkileriyle iyi bilinmektedir. Power Ultrason, kömür parçacıklarını temizler ve dağıtır ve yüzeylerini parlatır. Ayrıca, ultrason kömür matrisini temizleyerek kükürt ve külü giderir.
Hamur akışını şartlandırarak, hamurun külden arındırılmasını ve kükürtten arındırılmasını iyileştirmek için yüksek güçlü ultrason uygulanır. Sonikasyon, pH değerini ve sıcaklığı arttırırken, oksijen içeriğini ve arayüzey gerilimini azaltarak hamur yapısını etkiler. Böylece, yüksek kükürtlü kömürün ultrasonik muamelesi, kükürt gidermeyi iyileştirir.

Piritin hidrofobikliğinin ultrasonik destekli azalması

Ultrasonik olarak üretilen oksijen radikalleri, pirit yüzeyini aşırı oksitler ve hamurda bulunan kükürtün sülfoksit birimleri şeklinde görünmesini sağlar. Bu, piritin hidrofobikliğini azalttı.

Ultrasonik olarak üretilen çökme sırasındaki yoğun koşullar Kavitasyon Sıvılardaki kabarcıklar serbest radikaller oluşturabilir. Bu, yani suyun sonikasyonunun, •OH ve •OH'nin serbest radikallerini üreten molekül bağlarını kırdığı anlamına gelir.

H₂O → •H + •OH
Üretilen •OH ve •H serbest radikalleri, aşağıdaki gibi ikincil reaksiyonlara uğrayabilir:
•H + O₂ → •HO₂
•OH + •OH → H₂O₂
•HO₂ + •HO₂ → H2O₂ + O₂
Üretilen H2O2 kararsızdır ve yeni ortaya çıkan oksijeni hızlı bir şekilde boşaltır. Böylece ultrasonik şartlandırmadan sonra sudaki oksijen içeriği artar. Oldukça aktif olan yeni oluşan oksijen, hamurda bulunan mineral parçacıkları ile reaksiyona girebilir ve hamurun oksijen içeriğini azaltabilir.
Piritin oksidasyonu (FeS₂) O'nun reaksiyonu nedeniyle oluşur₂ FeS ile₂.
2FeS + 3O₂ + 4H₂O = 2Fe(OH)₂ + 2H₂ÖYLE₃
FeS + 2O₂ + 2H₂O = Fe(OH)₂ + H₂ÖYLE₄
2FeS + 2O₂ + 2H+ = 2Fe²⁺ + S₂O^2- + H₂O

Kömür Çıkarma

Kömür ekstraksiyonu için, seçilen ekstraksiyon koşulları altında kömürün hidrojenasyonu için hidrojeni serbest bırakabilen çözücüler kullanılır. Tetralin, ekstraksiyon sırasında naftaline oksitlenen kanıtlanmış bir çözücüdür. Naftalin, tetralin içinde tekrar hidrojenasyon yoluyla ayrılabilir ve dönüştürülebilir. İşlem, kömürün türüne ve yaklaşık üç saatlik kalma sürelerine bağlı olarak belirli sıcaklıklarda basınç altında gerçekleştirilir.

Oksitlenmiş Kömür Parçacıklarının Ultrasonik Reaktivasyonu

Köpük yüzdürme, hidrofobikliklerindeki farklılıklardan yararlanarak kömürü saflaştırmak ve zenginleştirmek için kullanılan bir ayırma işlemidir.
Kömür yüzeyinin hidrofilikliği arttığı için oksitlenmiş kömürlerin yüzdürülmesi zordur. Kömür yüzeyine bağlı oksijen, kömür yüzeyinin hidrasyonunu artıran ve böylece hidrofilikliğini artırarak yüzdürme reaktiflerinin adsorbe edilmesini önleyen polar fenol (-OH), karbonil (-C=O) ve karboksil (-COOH) grupları oluşturur.
Ultrasonik bir Partikül Tedavisi oksitlenmiş kömür parçacıklarının yüzeyinin yeniden aktif hale getirilmesi için kömür parçacıklarından oksidasyon katmanlarını çıkarmak için kullanılabilir.

Kömür-Su-Yağ ve Kömür-Su Yakıtları

Ultrasonik Taşlama ve dispersiyon su veya yağda kömür parçacıklarının ince boyutlu bulamaçlarını oluşturmak için kullanılır. Ultrasonication ile, ince boyutlu bir parçacık dispersiyonu ve böylece kararlı bir süspansiyon üretilir. (Uzun süreli stabilite için, bir stabilizatör eklenmesi gerekebilir.) Bu kömür-su ve kömür-su-yağ yakıtlarında su bulunması daha tam bir yanma ile sonuçlanır ve zararlı emisyonları azaltır. Ayrıca, suda dağılan kömür, kullanımı kolaylaştıran patlamaya dayanıklı hale gelir.

Referans/ Literatür

1. Ambedkar, B. (2012): Kül giderme ve kükürt giderme için ultrasonik kömür yıkama: deneysel araştırma ve mekanistik modelleme. Springer, 2012.
2. Kang, W.; Xun, H.; Kong, X.; Li, M. (2009): Yüksek kükürtlü kömür yüzdürme üzerinde ultrasonik şartlandırmadan sonra hamur yapısındaki değişikliklerin etkileri. Maden Bilimi ve Teknolojisi 19, 2009. 498-502.