تقليل أكاسيد النيتروجين عن طريق استحلاب الزيت / الماء
أكاسيد النيتروجين (NOx) تشكل خطرا مباشرا على صحة الإنسان والبيئة. تساهم محركات الديزل والبنزين المتنقلة والثابتة إلى حد كبير في NO في جميع أنحاء العالمx الانبعاثات. استحلاب الوقود بالماء هو وسيلة للحد من NOx انبعاثات المحركات. الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية هو وسيلة فعالة لتوليد مستحلبات الوقود / الماء ذات الحجم الدقيق.
تولد السيارات والشاحنات والطائرات والمولدات الكهربائية والرافعات الشوكية ووحدات تكييف الهواء والغلايات كميات كبيرة من الجسيمات (PM) و NOx عن طريق احتراق المنتجات البترولية. لاx يشير إلى مخاليط أكسيد النيتريك (NO) وثاني أكسيد النيتريك (NO2) وكذلك N2يا لا3، ن2O4 و N2O5. أكسيد النيتريك وثاني أكسيد النيتريك المساهمة في انخفاض مستوى الأوزون والضباب الدخاني وتشكل خطرا على البيئة والبشر. يعالج التنظيم البيئي انبعاثات ملوثات الهواء عن طريق تشديد الحدود. تشمل انبعاثات المحرك أيضا ثاني أكسيد الكبريت (SO2) نتيجة لمركبات الكبريت في الوقود. يتم تقليل هذه المشكلة عن طريق إزالة الكبريت بالهيدروجين أو إزالة الكبريت بمساعدة الموجات فوق الصوتية.
يعمل على مستحلب الوقود / الماء
وخلال السنوات الأخيرة، أنجز الكثير من العمل بشأن تأثير الماء على NOx مستويات الانبعاثات. الوقود المختلف: تم اختبار النسب الحجمية للمياه من 1: 1 إلى 19: 1 لخصائص الاحتراق. في معظم الحالات ، تمت إضافة 1 إلى 2 في المائة من الفاعل بالسطح لتثبيت المستحلب.
خلفية عن الاحتراق
يولد احتراق الوقود طاقة حرارية وميكانيكية. يمكن استخدام الجزء الميكانيكي لتشغيل المكابس أو التوربينات للدفع أو توليد الكهرباء. في معظم المحركات ، لا يتم استخدام الطاقة الحرارية. ينتج عن هذا كفاءة ديناميكية حرارية أقل.
حوالي 90٪ من NOx الناتجة عن عملية احتراق الوقود هي لا. يتكون NO بشكل أساسي من أكسدة النيتروجين الجوي (N2). الماء المضاف إلى الوقود يخفض درجة حرارة الاحتراق بسبب تبخر الماء. عندما يتبخر الماء الموجود في مستحلب الوقود والماء ، يتبخر الوقود المحيط أيضا. هذا يزيد من مساحة سطح الوقود. تؤدي درجة الحرارة المنخفضة والتوزيع الأفضل للوقود إلى انخفاض تشكيل NOx.
الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية
وقد تبين إدخال الماء في احتراق الوقود في العديد من الأعمال ل خفض لاx الانبعاثات. يمكن إضافة الماء عن طريق تشكيل مستحلب الوقود / الماء بطريقتين:
- غير مستقر: استحلاب مضمن للماء في الوقود قبل الحقن
- استقرت: صنع مستحلب وقود / ماء مستقر لاستخدامه كبديل للوقود
كانفيلد (1999) يلخص لاx الحد من استخدام المياه والمواد المضافة الأخرى:
- مستحلب غير مستقر
- حجم الماء المضاف: 10 إلى 80٪
- لاx تخفيض بواسطة: 4 إلى 60٪
- مستحلب مستقر
- حجم الماء المضاف: 25 إلى 50٪
- لاx تخفيض بواسطة: 22 إلى 83٪
مستحلب
المستحلب هو خليط من بشكل عام سوائل غير قابلة للامتزاج (مراحل) ، مثل الزيت والماء. أثناء عملية الاستحلاب ، يتم إدخال مرحلة التشتت (مثل الماء) في المرحلة السائلة (مثل الزيت). من خلال تطبيق القص العالي، يتم تقليل حجم الجسيمات (= حجم القطرة) لمرحلة التشتت. كلما كان حجم الجسيمات أصغر ، كلما كان المستحلب المتولدة أكثر استقرارا. يمكن تحقيق استقرار إضافي عن طريق إدخال المواد الخافضة للتوتر السطحي أو المثبتات. انقر على الرسم أعلاه لرؤية نتائج العينة للاستحلاب بالموجات فوق الصوتية ل 10٪ ماء في زيت المحرك (Velocite 3 ، Mobil Oil ، هامبورغ ألمانيا). أجريت هذه الدراسة من قبل بيرند وشوبرت (2000).
الموجات فوق الصوتيه
عند صوتنة السوائل بكثافة عالية ، تؤدي الموجات الصوتية التي تنتشر في الوسائط السائلة إلى تناوب دورات الضغط العالي (الضغط) والضغط المنخفض (التخلخل) ، مع معدلات تعتمد على التردد. خلال دورة الضغط المنخفض ، تخلق الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة فقاعات فراغ صغيرة أو فراغات في السائل. عندما تصل الفقاعات إلى حجم لم تعد قادرة على امتصاص الطاقة عنده ، فإنها تنهار بعنف خلال دورة الضغط العالي. وتسمى هذه الظاهرة التجويف. أثناء الانفجار الداخلي ، يتم الوصول إلى درجات حرارة عالية جدا (حوالي 5000 كلفن) وضغوط (حوالي 2000 ضغط جوي) محليا. ينتج عن انفجار فقاعة التجويف أيضا نفاثات سائلة تصل سرعتها إلى 280 م / ث.
وقد ثبت أن الموجات فوق الصوتية تولد مستحلبات متجانسة جدا من الماء في الزيت (وزن / س) والزيت في الماء (س / ث) بواسطة القص التجويف العالي. نظرا لأن معلمات الموجات فوق الصوتية يمكن التحكم فيها بشكل جيد ، فإن حجم الجسيمات وتوزيعها جيد قابل للتعديل والتكرار. عادة ، يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية في مفاعل خلية التدفق. لذلك ، يمكن أن يكون المستحلب صنع بشكل مستمر في الخط. لهذا السبب ، يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية لصنع مستحلبات مستقرة وغير مستقرة.
يوضح الجدول أدناه قدرات المعالجة العامة لمختلف مستويات الطاقة بالموجات فوق الصوتية.
معدل التدفق
|
الطاقة المطلوبة
|
---|---|
100 ل 400 لتر / ساعة
|
1kW ، على سبيل المثال UIP1000hd
|
400 ل 1600 لتر / ساعة
|
4kW ، على سبيل المثال UIP4000
|
1.5 ل 6.5m³ / ساعة
|
16 كيلو واط ، على سبيل المثال UIP16000
|
10 ل 40m³ / ساعة
|
96 كيلو واط ، على سبيل المثال 6xUIP16000
|
100 ل 400m³ / ساعة
|
960 كيلو واط ، على سبيل المثال 60xUIP16000
|
التفريغ بالموجات فوق الصوتية وإزالة الرغوةp0200.jpg)
الموجات فوق الصوتية تساعد أيضا على تقليل كمية فقاعات الهواء في خليط مستحلب. تظهر الصورة الموجودة على اليمين تأثير (5sec. صور التقدم من اليسار إلى اليمين) للموجات فوق الصوتية على محتوى الفقاعة. نظرا لأن الاختلافات في محتوى الفقاعة تسبب تقلبات في توقيت الحقن ، فإن التفريغ وإزالة الهواء وإزالة الرغوة عن طريق الموجات فوق الصوتية يحسن أداء المحرك.
معدات عملية بالموجات فوق الصوتية
هيلشر هو المورد الرئيسي لأجهزة الموجات فوق الصوتية عالية السعةعالمي. كما يجعل Hielscher المعالجات بالموجات فوق الصوتية تصل إلى 16 كيلو واط الطاقة لكل جهاز واحد، هناك لا يوجد حد في حجم النبات أو قدرة المعالجة. يتم استخدام مجموعات من عدة أنظمة 16kW لتصنيع كميات كبيرة من الوقود المنسدل. معالجة الوقود الصناعي لا يحتاج إلى الكثير من الطاقة بالموجات فوق الصوتية. يمكن تحديد متطلبات الطاقة الفعلية باستخدام معالج بالموجات فوق الصوتية 1kW في مقياس مقاعد البدلاء. يمكن أن تكون جميع النتائج من هذه التجارب على مقاعد البدلاء توسيع نطاقها بسهولة.
تكاليف الموجات فوق الصوتية
الموجات فوق الصوتية هي تقنية معالجة فعالة. تكاليف المعالجة بالموجات فوق الصوتية تنتج أساسا من الاستثمار
لأجهزة الموجات فوق الصوتية وتكاليف المرافق والصيانة. المعلقة كفاءة الطاقة (انظر جدول) من أجهزة الموجات فوق الصوتية Hielscher يساعد على تقليل تكاليف المرافق.
أدب
Behrend، O.، Schubert، H. (2000)تأثير لزوجة الطور المستمر على الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية ، في: الموجات فوق الصوتية Sonochemistry 7 (2000) 77-85.:
كانفيلد ، أ. ، سي. (1999): آثار احتراق مستحلب الديزل والماء على محرك الديزل NOx الانبعاثات ، في: رسالة ماجستير مقدمة إلى كلية الدراسات العليا بجامعة فلوريدا ، 1999.