Leistungsultraschall für Wasser-in-Diesel-Emulsionen

Der Einsatz von Wasser-in-Kraftstoff-Emulsionen nimmt aufgrund verschärfter Umweltvorschriften und des härteren Wettbewerbs im Transportmarkt rasch zu. Die Ultraschallemulgierung ermöglicht eine effizientere Nutzung von Kraftstoffen wie Schweröl oder Diesel, indem Wasser in den Basiskraftstoff eingemischt wird. Mit Ultraschall emulgierte Wasser-Kraftstoff-Gemische ermöglichen eine vollständigere Verbrennung und einen sparsameren Kraftstoffverbrauch bei geringeren Emissionen!

Wasser-in-Kraftstoff-Emulsion

Bei der Verbrennung von Kraftstoffen entstehen gefährliche Gase wie Stickoxide (NOx), Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2) sowie Feinstaub (PM), Ruß und Rauch, die der menschlichen Gesundheit und der Umwelt schaden. Die Emission dieser Schadstoffe lässt sich durch die Zugabe von Wasser zum Kraftstoff deutlich reduzieren.
Die Zugabe von 5 – 25% Wasser zu Kraftstoffen wie Schweröl oder Diesel kann die Emission gefährlicher Schadstoffe drastisch reduzieren. Das eingespritzte Wasser senkt die lokale adiabatische Verbrennungstemperatur. Studien haben gezeigt, dass dadurch die NOx-Emissionen um bis zu 40%, die CO2-Emissionen um 5% – 15% und die PM-Emissionen um bis zu 90% gesenkt werden können. Schwarzer Rauch aus der Dieselverbrennung kann vollständig vermieden werden, da der Kraftstoff vollständig verbrannt wird.
Gleichzeitig kann der Kraftstoffverbrauch um ca. 5% reduziert werden. Schonen Sie die Umwelt und sparen Sie Kraftstoff!
Zu den emulgierbaren Brenn- und Kraftstoffen gehören flüssige Kohlenwasserstoffe, Rohöl, Schweröle (HFO), Naphtha, Kerosin, Diesel, Heizöle, Biodiesel und Pflanzenöle.

Ökologische und wirtschaftliche Vorteile:

• geringere NOx-Emissionen
• geringere Rußemissionen
• reduzierter Kraftstoffverbrauch
• vollständigere Verbrennung
• niedrigere Spitzenverbrennungstemperaturen
• weniger Ablagerungen im Kessel

Primäre und sekundäre Zerstäubung in der Sprühflamme eines emulgierten Kraftstoffs.

Ultraschallgestützte Wasser-in-Kraftstoff-Emulsionen

Leistungsultraschall ist eine bekannte und bewährte Technologie zur Herstellung feiner Emulsionen mit Tröpfchen im Mikro- und Nanometerbereich. Die Ultraschallemulgierung basiert auf kavitationsbedingten Scherkräften. Durch Ultraschallkavitation werden die Wasser- und Kraftstofftröpfchen auf Nanogröße verkleinert und miteinander vermischt, sodass eine feine Nano- bzw. Miniemulsion entsteht. Bei der ultraschallgestützten Inline-Emulgierung lassen sich die getrennten Kraftstoff- und Wasserströme präzise einstellen, sodass ein konstantes Verhältnis von Wasser zu Kraftstoff gewährleistet ist.
Die Ultraschallhomogenisatoren können direkt vor der Einspritzpumpe installiert werden, sodass die homogene Wasser-Kraftstoff-Emulsion unmittelbar in den Motor eingespritzt werden kann und eine Lagerung der Kraftstoffemulsion vermieden wird. Wenn die Wasser-Kraftstoff-Emulsion in den Brennraum eingespritzt wird, verdampfen die Wassertröpfchen aufgrund der hohen Temperaturen rasch, da der Siedepunkt von Wasser deutlich niedriger ist als der des Kraftstoffs. Während der Verdampfung platzen die Wassertröpfchen in Form von Mikroexplosionen und zerteilen den Kraftstoff in kleinere Tröpfchen. Dadurch wird das Wasser-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum zerstäubt, sodass sich Kraftstoff und Luft dort besser vermischen und der Kraftstoff vollständig verbrannt werden kann. Die sehr kleinen Tröpfchen bieten eine sehr große Partikeloberfläche, wodurch eine große Wasser-Öl-Grenzfläche mit geringer Grenzflächenspannung entsteht, die die Zerstäubung weiter verbessert. Dies erhöht die Verbrennungseffizienz und führt letztlich zu einer erheblichen Senkung der Kraftstoffkosten, die die Kosten der Emulgierung übersteigt.
Die Ultraschallmischtechnologie ist ein Inline-Verfahren, das sich problemlos an bestehenden Motoren nachrüsten lässt. Am Motor selbst sind keine Änderungen erforderlich.

Hielscher UIP6000hdT-Cluster aus bis zu 12x Ultraschallgeräten. Mit dieser Konfiguration lässt sich ein Inline-Beschallungssystem mit 72kW Leistung für leistungsstarke Inline-Verarbeitung zusammenstellen.

Ultraschallgestützte Emulsionstechnologie

Die Ultraschallemulgierungstechnologie basiert auf Kavitation und Mischen unter hoher Scherung. Ultraschallwellen hoher Intensität werden in das flüssige Medium (Kraftstoff-Wasser-Gemisch) eingekoppelt, erzeugen Tröpfchengrößen im Nanobereich und ermöglichen die Herstellung zweiphasiger Wasser-in-Öl-Emulsionen und dreiphasiger Öl-in-Wasser-in-Öl-Emulsionen.

Installation in:

• BHKW – Blockheizkraftwerken
• Dieselgeneratoren
• Kraftwerken
• Schiffen
• Diesellokomotiven
• an allen Dieselmotoren nachrüstbar
• Bordtechnologie: Seetauglichkeit

Ultraschallgestützte Nanoemulgierung erzeugt stabile Emulsionen

Robuste Ultraschallgeräte für den industriellen Einsatz

Hielscher liefert robuste industrielle Ultraschallgeräte, die hohe Kraftstoffvolumenströme verarbeiten können – auch bei hohen Viskositäten. Hielscher-Ultraschallhomogenisatoren sind für den 24/7-Betrieb unter rauen Bedingungen ausgelegt. Unsere Systeme sind bedienerfreundlich und kompakt, haben keine beweglichen Teile, lassen sich einfach installieren und bedienen und benötigen kaum Wartung.
Die ultraschallgestützte Herstellung von Emulsionskraftstoffen lässt sich sicher über eine Browsersteuerung kontrollieren. Die zwei getrennten Zulaufströme für Wasser und Kraftstoff ermöglichen dabei eine genaue Dosierung des Wasser-Kraftstoff-Verhältnisses sowie die Regelung bzw. Anpassung des Kraftstoffgemischs während des Betriebs entsprechend der aktuellen Motorlast bzw. Motordrehzahl.

Entwicklung, Fertigung und Beratung – Qualität Made in Germany

Hielscher-Ultraschallgeräte sind für höchste Qualitäts- und Konstruktionsstandards bekannt. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die reibungslose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen bewältigen Hielscher-Ultraschallgeräte problemlos.

Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt besonderen Wert auf leistungsstarke Ultraschallgeräte mit modernster Technologie und hoher Benutzerfreundlichkeit. Selbstverständlich sind Hielscher-Ultraschallgeräte CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.

Ultraschallgestützte Herstellung von Emulsionskraftstoffen an Bord von Schiffen

Literatur / Referenzen

• Al-Iwayzy, Saddam H.; Yusaf, Talal; Al-Juboori, Raed A. (2014): Biofuels from the Fresh Water Microalgae Chlorella vulgaris (FWM-CV) for Diesel Engines. Energies 7/2014. 1829-1851.
• Khan, Mohammed Yahaya; Karim, Z. A. Abdul; Hagos, Ftwi Yohaness; Aziz, A. Rashid A.; Tan, Isa M. (2014): Current Trends in Water-in-Diesel Emulsion as a Fuel. The Scientific World Journal 2014.
• Scarpete, Dan (2013): Diesel-Water Emulsion, an Alterantive Fuel to Reduce Diesel Engine Emissions. Machines, Technologies, Materials 7/2013. 13-16.