Redukce NOx emulgací olej/voda

Oxidy dusíku (NE_x) jsou známy jako bezprostředně nebezpečné pro lidské zdraví a zdraví životního prostředí. Mobilní a stacionární dieselové a benzínové motory významně přispívají k celosvětové NE_x emise. Emulgace paliva vodou je způsob, jak snížit NO_x emisí z motorů. Ultrazvuková emulgace je účinným prostředkem pro výrobu jemných emulzí paliva / vody.

Osobní a nákladní automobily, letadla, elektrické generátory, vysokozdvižné vozíky, klimatizační jednotky a kotle generují velké množství prachových částic (PM) a NO_x spalováním ropných produktů. NE_x odkazuje na směsi oxidu dusnatého (NO) a oxidu dusnatého (NO₂), jakož i N₂O, NE₃, N₂O₄ a N₂O₅. Oxid dusnatý a oxid dusnatý přispívají k nízké hladině ozonu, smogu a jsou nebezpečné pro životní prostředí a člověka. Nařízení v oblasti životního prostředí se zabývá emisemi látek znečišťujících ovzduší tím, že Limity zpřísňování. Emise z motorů zahrnují také oxid siřičitý (SO₂) v důsledku sloučenin síry v palivu. Tento problém je snížen hydrodesulfurizací nebo ultrazvukem asistované odsíření.

Provoz na emulzi palivo/voda

V posledních letech bylo vykonáno mnoho práce na Vliv vody na NO_x úrovně emisí. Spalovací vlastnosti byly testovány v různých objemových poměrech paliva a vody od 1:1 do 19:1. Ve většině případů byla přidána 1 až 2 objemová procenta povrchově aktivní látky pro stabilizaci emulze.

Základní informace o spalování

Spalováním paliva vzniká tepelná a mechanická energie. Mechanická frakce může být použita k pohonu pístů nebo turbín pro pohon nebo výrobu elektřiny. U většiny motorů se tepelná energie nevyužívá. To má za následek nižší termodynamickou účinnost.

cca 90 % NO_x vyplývající z procesu spalování paliva je NO. NO vzniká především oxidací atmosférického dusíku (N₂). Voda přidaná do paliva snižuje teplotu spalování v důsledku odpařování vody. Když se voda v emulzi palivo-voda odpaří, odpaří se i okolní palivo. Tím se zvětšuje povrchová plocha paliva. Nižší teplota a lepší distribuce paliva vedou k a nižší tvorba NO_x.

Ultrazvuková emulgace

Zavedení vody do spalování paliva bylo prokázáno v mnoha pracích, že snižte NO_x emise. Voda může být přidána vytvořením emulze palivo/voda dvěma způsoby:

• Nestabilizovaný: inline emulgace vody do paliva před vstřikováním
• stabilizovaný: Výroba stabilní emulze palivo/voda, která má být použita jako alternativa paliva pro použití

1999 - Canfield (1999) shrnuje NO_x Snížení použitím vody a dalších přísad:

• nestabilizovaná emulze
  • Množství přidané vody%: 10 až 80 % obj.
  • NE_x Snížení o: 4 až 60 %
• stabilizovaná emulze
  • Přidána voda%: 25 až 50%
  • NE_x Snížení o: 22 až 83 %

emulze

Emulze je směsí obecně nemísitelné kapaliny (fáze), jako je olej a voda. Během procesu emulgace se disperzní fáze (např. voda) zavádí do kapalné fáze (např. olej). Použitím Vysoké smykové tření, velikost částic (= velikost kapek) disperzní fáze se zmenší. Čím menší je velikost částic, tím stabilnější je generovaná emulze. Dodatečné stability lze dosáhnout zavedením povrchově aktivních látek nebo stabilizátorů. Klikněte na obrázek výše zobrazit výsledky vzorků pro ultrazvukovou emulgaci 10% vody v motorovém oleji (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg, Německo). Tuto studii provedl Behrend a Schubert (2000).

Ultrazvuk

Při sonikaci kapalin s vysokou intenzitou mají zvukové vlny, které se šíří do kapalného média, za následek střídání vysokotlakých (kompresních) a nízkotlakých (zředění) cyklů, přičemž rychlosti závisí na frekvenci. Během nízkotlakého cyklu vytvářejí ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou v kapalině malé vakuové bubliny nebo dutiny. Když bubliny dosáhnou objemu, ve kterém již nemohou absorbovat energii, během vysokotlakého cyklu se prudce zhroutí. Tento jev se nazývá kavitace. Během imploze jsou lokálně dosahovány velmi vysoké teploty (cca 5 000 K) a tlaky (cca 2 000 atm). Imploze kavitační bubliny má také za následek trysky kapaliny o rychlosti až 280 m/s.

Bylo prokázáno, že ultrazvuk generuje velmi homogenní emulze vody v oleji (w/o) a oleje ve vodě (o/w) vysoký kavitační smyk. Vzhledem k tomu, že parametry ultrazvuku jsou dobře kontrolovatelné, velikost a distribuce částic je dobrá nastavitelné a opakovatelné. Ultrazvuk se obvykle používá v reaktoru s průtokovými buňkami. Proto může být emulze Vyrobeno kontinuálně in-line. Z tohoto důvodu může být ultrazvuku použit pro výrobu stabilizovaných a nestabilizovaných emulzí.

Níže uvedená tabulka ukazuje obecné zpracovatelské kapacity pro různé úrovně výkonu ultrazvuku.

Ultrazvukové odplyňování a odpěňování

Ultrazvuk také pomáhá Snižte množství vzduchových bublin v emulzní směsi. Obrázek vpravo ukazuje účinek (5sec. průběhové obrázky zleva doprava) ultrazvuku na obsah bublin. Vzhledem k tomu, že kolísání obsahu bublin způsobuje kolísání v načasování vstřikování, a Odplyňování, odvzdušňování a odpěňování ultrazvukem zlepšuje výkon motoru.

Ultrazvukové procesní zařízení

Hielscher je Přední dodavatel vysokokapacitních ultrazvukových přístrojůsvětový. Vzhledem k tomu, že Hielscher vyrábí ultrazvukové procesory až do 16kW Napájení na jedno zařízeníexistuje žádné omezení velikosti rostliny nebo zpracovatelské kapacity. Klastry několika 16kW systémů se používají k výrobě velkých objemů drop-in paliv. Zpracování průmyslových paliv Nepotřebuje mnoho ultrazvukové energie. Skutečnou potřebu energie lze určit pomocí ultrazvukového procesoru o výkonu 1 kW ve stolní váze. Všechny výsledky z těchto zkušebních studií mohou být Snadné škálování.

Náklady na ultrazvuku

Ultrazvuku je účinná technologie zpracování. Náklady na ultrazvukové zpracování vyplývají především z investice
u ultrazvukových zařízení, nákladů na energie a údržbu. Vynikající Energetická účinnost (viz graf) ultrazvukových zařízení Hielscher pomáhá snižovat náklady na energie.

Literatura

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Vliv viskozity kontinuální fáze na emulgaci ultrazvukem, in: Ultrazvuková sonochemie 7 (2000) 77-85.

Canfield, A., C. (1999): Účinky spalování emulze diesel-voda na vznětový motor NO_x Emise, in: Diplomová práce předložená na postgraduální škole University of Florida, 1999.