Phương pháp điều trị than siêu âm cho sản xuất năng lượng

Sonication của bùn than góp phần vào các quá trình khác nhau trong quá trình sản xuất năng lượng từ than. Siêu âm thúc đẩy quá trình hydro hóa xúc tác trong quá trình hóa lỏng than. Hơn nữa, sonication có thể cải thiện diện tích bề mặt và khả năng khai thác than. Các phản ứng phụ hóa học không mong muốn trong quá trình khử tro và khử lưu huỳnh có thể tránh được – hoàn thành quá trình trong thời gian ngắn hơn nhiều. Ngay cả trong quá trình tách thông qua tuyển nổi bọt, sự phân tán kích thước mịn của các hạt có thể được tăng cường đáng kể bằng sonication.

Quy trình hóa lỏng than / Than thành lỏng

Nhiên liệu lỏng có thể được sản xuất công nghiệp từ than bằng quy trình “hóa lỏng than”. Hóa lỏng than có thể đạt được thông qua hai con đường – hóa lỏng trực tiếp (DCL) và gián tiếp (ICL).
Trong khi hóa lỏng gián tiếp thường liên quan đến việc khí hóa than, quá trình hóa lỏng trực tiếp chuyển đổi than trực tiếp thành chất lỏng. Do đó, dung môi (ví dụ tetralin) hoặc chất xúc tác (ví dụ: MoS₂) được sử dụng kết hợp với áp suất và nhiệt độ cao để phá vỡ cấu trúc hữu cơ của than. Vì hydrocarbon lỏng thường có tỷ lệ mol hydro-carbon cao hơn than, nên cần có quá trình hydro hóa hoặc loại bỏ carbon trong cả công nghệ ICL và DCL.

Hóa lỏng than trực tiếp

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự hóa lỏng than trực tiếp của than được xử lý trước siêu âm có thể được cải thiện rõ rệt. Ba loại than bitum cấp thấp khác nhau đã được sonicated trong dung môi. Siêu âm gây sưng và Phân tán dẫn đến năng suất hóa lỏng cao hơn đáng kể.

Hóa lỏng than gián tiếp

Than có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng bằng các quá trình hóa lỏng than gián tiếp (ICL) thông qua khí hóa, sau đó chuyển đổi xúc tác khí tổng hợp thành hydrocarbon sạch và nhiên liệu vận chuyển oxy hóa như metanol, dimethyl ether, nhiên liệu diesel Fischer-Tropsch hoặc nhiên liệu giống xăng. Quá trình tổng hợp Fischer-Tropsch đòi hỏi phải sử dụng các chất xúc tác như chất xúc tác dựa trên sắt. Qua siêu âm phân mảnh hạt, hiệu quả của các chất xúc tác có thể được cải thiện đáng kể.

Kích hoạt chất xúc tác siêu âm

Bằng cách xử lý siêu âm, các hạt có thể được Phân tán, khử kết tụ và phân mảnh – dẫn đến bề mặt hạt cao hơn. Đối với chất xúc tác, điều này có nghĩa là bề mặt hoạt động cao hơn, làm tăng phản ứng xúc tác của các hạt.
Ví dụ: Chất xúc tác Fe quy mô nano
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). Tỷ lệ quy đổi CO và H₂ đến các ankan trọng lượng phân tử thấp cao hơn khoảng 20 lần trên mỗi gam Fe so với bột sắt thương mại hạt mịn (đường kính 5 μm) ở 250 ° C và hoạt động mạnh hơn 100 lần ở 200 ° C.

Ví dụ cho các chất xúc tác chuẩn bị siêu âm:
ví dụ: MoS₂, nano-Fe

Cải tạo chất xúc tác

Mặc dù chất xúc tác không được tiêu thụ trong các phản ứng hóa học, hoạt động và hiệu quả của chúng có thể giảm do sự kết tụ và bám bẩn. Do đó, có thể quan sát thấy rằng các chất xúc tác ban đầu cho thấy hoạt tính xúc tác cao và tính chọn lọc oxy. Tuy nhiên, trong quá trình thoái hóa phản ứng của các chất xúc tác có thể xảy ra do sự kết tụ. Bằng chất xúc tác chiếu xạ siêu âm có thể được tái tạo như Xâm thực Lực lượng phân tán các hạt và loại bỏ sự lắng đọng khỏi bề mặt.

Rửa than: Siêu âm De-Ashing và khử lưu huỳnh

Điều hòa siêu âm có thể tăng cường hiệu suất của các phương pháp tuyển nổi than, được sử dụng để khử lưu huỳnh và deashing. Ưu điểm lớn nhất của phương pháp siêu âm là loại bỏ đồng thời tro và lưu huỳnh. [1] Siêu âm và luồng âm thanh của nó nổi tiếng với tác dụng của chúng đối với các hạt. Siêu âm điện deagglomerates và phân tán các hạt than và đánh bóng bề mặt của chúng. Hơn nữa, siêu âm làm sạch ma trận than loại bỏ lưu huỳnh và tro.
Bằng cách điều hòa dòng bột giấy, siêu âm công suất cao được áp dụng để cải thiện việc khử tro và khử lưu huỳnh của bột giấy. Sonication ảnh hưởng đến bản chất bột giấy bằng cách giảm hàm lượng oxy và sức căng giữa các mặt, đồng thời tăng giá trị pH và nhiệt độ. Qua đó, việc xử lý siêu âm than lưu huỳnh cao giúp cải thiện quá trình khử lưu huỳnh.

Ultrasonically hỗ trợ giảm kỵ nước của pyrite

Các gốc oxy được tạo ra bằng siêu âm quá oxy hóa bề mặt pyrite và làm cho lưu huỳnh tồn tại trong bột giấy dường như ở dạng đơn vị sulfoxide. Điều này làm giảm tính kỵ nước của pyrit.

Các điều kiện dữ dội trong sự sụp đổ của siêu âm được tạo ra Cavitation Bong bóng trong chất lỏng có khả năng tạo ra các gốc tự do. Điều này có nghĩa là tức là sonication của nước phá vỡ các liên kết phân tử tạo ra các gốc tự do của • OH và • OH.

H₂O → •H + •OH
Các gốc tự do •OH và •H được tạo ra có thể trải qua các phản ứng thứ cấp, như sau:
•H + O₂ → • HO₂
•OH + •OH → H₂O₂
•HỒ₂ + • HO₂ → H2O₂ + O₂
H2O2 được tạo ra không ổn định và thải oxy ra đời nhanh chóng. Vì vậy, hàm lượng oxy trong nước tăng lên sau khi điều hòa siêu âm. Oxy non trẻ, hoạt động mạnh, có thể phản ứng với các hạt khoáng tồn tại trong bột giấy và làm giảm hàm lượng oxy trong bột giấy.
Quá trình oxy hóa pyrit (FeS₂) xảy ra do phản ứng của O₂ với FeS₂.
2FeS + 3O₂ + 4H₂O = 2Fe (OH)₂ + 2H₂Như vậy₃
FeS + 2O₂ + 2H₂O = Fe (OH)₂ + H₂Như vậy₄
2FeS + 2O₂ + 2H+ = 2Fe²⁺ + S₂O^2- + H₂O

Khai thác than

Đối với khai thác than, dung môi được sử dụng, có thể giải phóng trong các điều kiện khai thác đã chọn, hydro để hydro hóa than. Tetralin là một dung môi đã được chứng minh, được oxy hóa thành naphthalene trong quá trình chiết xuất. Naphthalene có thể được tách ra và được chuyển đổi, bằng cách hydro hóa một lần nữa trong tetralin. Quá trình này được thực hiện dưới áp suất ở nhiệt độ cụ thể tùy thuộc vào loại than và thời gian cư trú khoảng ba giờ.

Siêu âm kích hoạt lại các hạt than oxy hóa

Nổi bọt là một quá trình tách được sử dụng để làm sạch và mang lại lợi ích cho than bằng cách tận dụng sự khác biệt về tính kỵ nước của chúng.
Than oxy hóa rất khó nổi, vì tính ưa nước của bề mặt than tăng lên. Oxy gắn trên bề mặt than tạo thành các nhóm phenol phân cực (-OH), carbonyl (-C = O) và carboxyl (-COOH), giúp tăng cường hydrat hóa bề mặt than và do đó, làm tăng tính ưa nước của nó, ngăn thuốc thử tuyển nổi bị hấp phụ.
Siêu âm xử lý hạt có thể được sử dụng để loại bỏ các lớp oxy hóa từ các hạt than để bề mặt của các hạt than bị oxy hóa được kích hoạt lại.

Than-nước-dầu và than-nước nhiên liệu

Siêu âm Mài và Phân tán được sử dụng để tạo ra bùn kích thước mịn của các hạt than trong nước hoặc dầu. Bằng cách siêu âm, một sự phân tán hạt kích thước tốt và do đó một hệ thống treo ổn định được tạo ra. (Để ổn định trong thời gian dài, việc bổ sung chất ổn định có thể được yêu cầu.) Sự hiện diện của nước trong các nhiên liệu than-nước và than-nước-dầu này dẫn đến quá trình đốt cháy hoàn toàn hơn và giảm lượng khí thải độc hại. Hơn nữa, than phân tán trong nước trở thành chất chống cháy nổ tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý.

Tài liệu tham khảo / Văn học

1. Ambedkar, B. (2012): Rửa than siêu âm để khử tro và khử lưu huỳnh: điều tra thực nghiệm và mô hình cơ học. Mùa xuân, 2012.
2. Kang, W.; Xun, H.; Kong, X.; Li, M. (2009): Ảnh hưởng từ những thay đổi trong bản chất bột giấy sau khi điều hòa siêu âm trên nổi than lưu huỳnh cao. Khoa học và Công nghệ mỏ 19, 2009. 498-502.