Ultrazvukové emulze pro spalování vody v naftě

Generátory energie, lodní motory a železniční motory, které jsou poháněny naftou, mohou být provozovány efektivněji, pokud se používají emulze voda v naftě. Emulzní paliva voda-nafta snižují spotřebu paliva, snižují teplotu spalování, čistí spalování a snižují emise, jako jsou NOx a saze. Ultrazvuková emulgace je spolehlivá, jednoduchá a účinná metoda výroby vysoce kvalitních paliv voda v motorové naftě.

Ultrazvuková emulgace vody v naftě

Emulze voda v naftě (WiDE; W/D emulzní palivo) jsou modifikovanou alternativou motorové nafty, která obsahuje až 15 % vody. Také známý jako aqua-palivo, v emulzích voda-nafta, kapičky vody jsou ultrazvukem emulgovány do kontinuální naftové fáze. Intenzivní sonikace kapalin generuje akustickou kavitaci. Kavitační smykové síly narušují kapky a vytvářejí homogenní emulzi jinak nemísitelných fází vody a nafty.

Emulze voda v naftě

WiDE (W/D emulze) je definována jako směs přirozeně nemísitelných kapalin z vodních kapek (dispergovaná/vnitřní fáze) v naftě (kontinuální/vnější fáze). Emulgační činidlo se přidává v nízkých koncentracích, aby se zlepšila stabilita emulzí a snížila se potřeba energie míchání.

Dvoufázová emulze

Dvoufázová emulze popisuje směs vody v naftě bez použití jakékoli povrchově aktivní látky. U dvoufázového WiDE jsou proudy vody a nafty ultrazvukem emulgovány přímo před motorem. Ultrazvuková dvoufázová emulze vody v naftě jde přímo z ultrazvukového reaktoru s průtokovými články do spalovacího motoru. Bez povrchově aktivní látky není emulze určena pro skladování, ale pro přímé spalování.

Případová studie emulzního paliva voda-nafta

Nastavení

Ithnin et al. (2018) studovali vliv emulzního paliva voda v naftě (WiDE) na jednoválcový vznětový motor s přímým vstřikováním. Voda a nafta byly skladovány v různých jednotkách, ze kterých byly kvantitativně převedeny do směšovacího systému. Míchací systém spočíval v kombinaci mixéru s vysokým smykem a ultrazvukového homogenizátoru. Smykový mixér poskytoval surovou předsměs vody a nafty, zatímco sonikace byla použita pro jemnou, jednotnou emulzi. Emulze voda-nafta byla připravena s 5% vody. Homogenní WiDE palivo bylo přímo přenášeno ze směšovacího systému do motoru. Připravené palivo WiDE neobsahovalo žádné povrchově aktivní látky, proto bylo označeno jako dlouhodobě nestabilní emulzní palivo (UW/D). Vznětový motor byl testován ve čtyřech různých stavech zatížení (1 kW (25 %), 2 kW (50 %), 3 kW (74 %), 4 kW (100 %)) a s konstantními otáčkami 3000 ot./min. Aby bylo možné porovnat účinky, jako je výkon paliva a emise, bylo na stejném motoru testováno také emulzní palivo stabilizované povrchově aktivní látkou (stabilní emulze (SW/D)) a čistá motorová nafta (D2). 5 % vody se používá jak pro nestabilní, tak pro stabilní emulzi.

Výsledky

Test motoru ukazuje, že emulzní palivo voda-nafta bez povrchově aktivní látky (UW/D) vede k výraznému zlepšení motoru s 3,59% zvýšením tepelné účinnosti brzd (BTE) a 3,89% snížením specifické spotřeby brzdného paliva (BSFC) ve srovnání s čistou naftou. Emulzní paliva, a to jak stabilizovaná (SW/D), tak nestabilizovaná (UW/D), zvýšila tepelnou účinnost motoru v důsledku jevu mikroexploze. Jev mikroexploze způsobuje rychlé odpařování emulgovaných kapiček vody. Vzhledem k tomu, že nepatrné kapky vody jsou obklopeny olejem, intenzivní proces odpařování prudce narušuje kapičky na velmi jemné částice, což podporuje míchání vzduchu a paliva. Narušení kapek a smíchání se vzduchem výrazně zvyšuje účinnost spalování.
Výsledky ukazují, že koncept výroby a přenosu emulzního paliva voda-nafta v reálném čase do motoru bez použití povrchově aktivní látky funguje velmi dobře. Okamžitý přenos ultrazvukem připravené směsi vody a nafty eliminuje problém stabilizace skladovaného emulzního paliva a také závislost na povrchově aktivní látce. Nestabilní emulzní palivo voda-nafta (UW/D) si spolehlivě udrželo svůj emulzní tvar, aniž by dosáhlo sedimentačního stupně během 25 sekund (viz obrázek níže).

Chování kapek ultrazvukem emulgovaného emulgovaného paliva v naftě v čase a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s a d) 132 s. (zvětšení 1000×) – Ithnin et al. 2018

Ve srovnání s čistou motorovou naftou má emulzní palivo voda v naftě výrazně snížené emise oxidů dusíku (NOx) a pevných částic (PM) s průměrným snížením o 31,66 %, resp. 16,33 %.

Celkově, ultrazvukem připravené emulze – zda je nestabilní nebo stabilizovaný povrchově aktivní látkou – Pomozte šetřit motorovou naftu a snížit emise výfukových plynů.
Ekologičtější emise výfukových plynů a úspora paliva s ultrazvukem!

Primární a sekundární rozprašování v rozprašovacím plameni emulgovaného paliva.

Emulze ternární fáze

Emulze ternární fáze, známá také jako třífázová emulze, se skládá z vody, oleje a povrchově aktivní látky. Během ultrazvukové emulgace vody do naftové fáze se přidává povrchově aktivní látka. Emulgační činidlo prodlužuje stabilitu emulze a umožňuje skladování vody v motorové naftě. Stabilita emulze W/D závisí na emulgátoru, parametrech ultrazvukového procesu a teplotě. Při správné kombinaci parametrů povrchově aktivní látky a sonikace lze dosáhnout významné dlouhodobé stability WiDE.

Instalace a dodatečná montáž ultrazvukového emulgačního systému je jednoduchá, bezpečná a levná. Emulzní paliva W/D lze bez úprav použít v kombinaci s jakýmikoli konvenčními dieselovými motory (např. generátory energie, železniční motory, lodní motory).

V čem jsou paliva WiDE účinnější? – Fenomén mikroexplozí

Emulzní paliva voda v naftě se skládají ze suspendovaných částic vody v kontinuální naftové fázi. Při spalování se jemné kapičky vody v emulzním palivu dostanou do přehřátého stádia rychleji než nafta a během spalování dojde k rozpadu pary (spontánní explozi) expanze, při níž vznikají velmi jemné částice. Díky zvětšenému povrchu drobných částic v kombinaci s nasávaným vzduchem se výrazně zlepšuje míchání vzduchu a paliva, a tím se zvyšuje účinnost spalování. (Ivanov, Nevedov 1965)

Vysoce výkonné ultrazvukové emulgační systémy

Hielscher Ultrasonics dodává vysoce výkonné ultrazvukové procesory pro kontinuální výrobu vysoce kvalitních (nano-) emulzí. Vynikající ultrazvukový výkon, robustnost a malá stopa činí z Hielscher Ultrasonicators ideální míchací systém pro emulzní paliva voda v naftě. Ať už chcete vyrábět emulzní paliva pro přímé vstřikování do spalovacího motoru nebo stabilní emulzní paliva pro skladování a pozdější spalování, Hielscher Ultrasonics má nejvhodnější nastavení pro vaši aplikaci. Od menších ultrazvukových emulzních systémů pro integraci do železničních lokomotiv a vnitrozemských námořních plavidel až po výrobu velkých objemů vodního paliva pro elektrárny a obrovská námořní plavidla – Naše shluky ultrazvukových procesorů umožňují zpracování emulzního paliva libovolného objemu.
Kromě vysokého ultrazvukového výkonu, spolehlivosti a robustnosti, Hielscher Ultrasonics’ Průmyslové ultrazvukové procesory lze přesně řídit a monitorovat. Teplotní a tlakové senzory přenášejí data do generátoru, kde se všechny důležité parametry procesu, jako je amplituda, čistá a celková energie, teplota a tlak, zaznamenávají na vestavěnou SD kartu. Inteligentní softwarové řízení umožňuje stanovit a nastavit přesné parametry procesu pro standardizované emulzní palivo trvale vysoké kvality. Opláštěný ultrazvukový průtokový reaktor může být účinně chlazen a umožňuje zpracovávat emulzi při specifikovaných teplotách. Robustnost našich ultrazvukových zařízení umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročných a náročných prostředích.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators: