Αναγωγή NOx με γαλακτωματοποίηση ελαίου/νερού

Οξείδια του αζώτου (NO_x) είναι γνωστό ότι είναι άμεσα επικίνδυνα για την υγεία του ανθρώπου και του περιβάλλοντος. Οι κινητοί και σταθεροί κινητήρες ντίζελ και βενζίνης συμβάλλουν σε μεγάλο βαθμό στο παγκόσμιο ΟΧΙ_x Εκπομπές. Η γαλακτωματοποίηση του καυσίμου με νερό είναι ένας τρόπος μείωσης του ΝΟ_x εκπομπές κινητήρων. Η γαλακτωματοποίηση υπερήχων είναι ένα αποτελεσματικό μέσο για τη δημιουργία καυσίμου λεπτού μεγέθους / νερού-γαλακτώματα.

Αυτοκίνητα και φορτηγά, αεροσκάφη, ηλεκτρικές γεννήτριες, περονοφόρα ανυψωτικά μηχανήματα, μονάδες κλιματισμού και λέβητες παράγουν μεγάλες ποσότητες αιωρούμενων σωματιδίων (PM) και NO_x με την καύση προϊόντων πετρελαίου. ΌΧΙ_x αναφέρεται σε μείγματα μονοξειδίου του αζώτου (NO) και μονοξειδίου του αζώτου (NO₂) καθώς και N₂O, ΟΧΙ₃, Ν₂O₄ και N₂O₅. Μονοξείδιο του αζώτου και διοξείδιο του αζώτου συμβάλλουν σε χαμηλά επίπεδα όζοντος, αιθαλομίχλης και είναι επικίνδυνα για το περιβάλλον και τον άνθρωπο. Η περιβαλλοντική ρύθμιση αντιμετωπίζει τις εκπομπές ατμοσφαιρικών ρύπων με τους εξής τρόπους: όρια σύσφιξης. Οι εκπομπές κινητήρων περιλαμβάνουν επίσης το διοξείδιο του θείου (SO₂) ως αποτέλεσμα ενώσεων θείου στο καύσιμο. Το πρόβλημα αυτό μειώνεται με υδρογονοαποθείωση ή υπερήχων υποβοηθούμενη αποθείωση.

Λειτουργία με γαλάκτωμα καυσίμου/νερού

Τα τελευταία χρόνια, έχει γίνει πολλή δουλειά σχετικά με την επίδραση του νερού στο ΝΟ_x επίπεδα εκπομπών. Διάφορες ογκομετρικές αναλογίες καυσίμου: νερού από 1:1 έως 19:1 έχουν δοκιμαστεί για ιδιότητες καύσης. Στις περισσότερες περιπτώσεις, προστέθηκε επιφανειοδραστική ουσία 1 έως 2 τοις εκατό όγκου για σταθεροποίηση γαλακτώματος.

Ιστορικό για την καύση

Η καύση καυσίμου παράγει θερμική και μηχανική ενέργεια. Το μηχανικό κλάσμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κίνηση εμβόλων ή στροβίλων για πρόωση ή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Στους περισσότερους κινητήρες, η θερμική ενέργεια δεν χρησιμοποιείται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερη θερμοδυναμική απόδοση.

Περίπου 90% του ΟΧΙ_x που προκύπτει από τη διαδικασία καύσης καυσίμου είναι ΟΧΙ. Το ΝΟ σχηματίζεται κυρίως από την οξείδωση του ατμοσφαιρικού αζώτου (Ν₂). Το νερό που προστίθεται στο καύσιμο μειώνει τη θερμοκρασία καύσης λόγω της εξάτμισης του νερού. Όταν το νερό στο γαλάκτωμα καυσίμου-νερού εξατμίζεται, το περιβάλλον καύσιμο εξατμίζεται επίσης. Αυτό αυξάνει την επιφάνεια του καυσίμου. Η χαμηλότερη θερμοκρασία και η καλύτερη κατανομή καυσίμου οδηγούν σε χαμηλότερος σχηματισμός ΝΟ_x.

Υπερήχων γαλακτωματοποίηση

Η εισαγωγή νερού στην καύση καυσίμου έχει αποδειχθεί σε πολλά έργα ότι χαμηλώστε το ΟΧΙ_x Εκπομπές. Το νερό μπορεί να προστεθεί σχηματίζοντας ένα γαλάκτωμα καυσίμου/νερού με δύο τρόπους:

• Μη σταθεροποιημένο: ενσωματωμένη γαλακτωματοποίηση νερού στο καύσιμο πριν από την ένεση
• Σταθεροποιημένο: κατασκευή σταθερού γαλακτώματος καυσίμου/νερού που θα χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτικό καύσιμο σταγόνας

Κάνφιλντ (1999) συνοψίζει το ΟΧΙ_x μείωση με τη χρήση νερού και άλλων προσθέτων:

• μη σταθεροποιημένο γαλάκτωμα
  • Προσθήκη νερού vol%: 10 έως 80%
  • ΌΧΙ_x μείωση κατά: 4 έως 60%
• σταθεροποιημένο γαλάκτωμα
  • Προσθήκη νερού vol%: 25 έως 50%
  • ΌΧΙ_x μείωση κατά: 22 έως 83%

γαλάκτωμα

Ένα γαλάκτωμα είναι ένα μείγμα γενικά μη αναμίξιμα υγρά (φάσεις), όπως λάδι και νερό. Κατά τη διαδικασία γαλακτωματοποίησης, η φάση διασποράς (π.χ. νερό) εισάγεται στην υγρή φάση (π.χ. έλαιο). Με την εφαρμογή του υψηλή διάτμηση, το μέγεθος των σωματιδίων (= μέγεθος σταγονιδίων) της φάσης διασποράς μειώνεται. Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των σωματιδίων, τόσο πιο σταθερό είναι το παραγόμενο γαλάκτωμα. Πρόσθετη σταθερότητα μπορεί να επιτευχθεί με την εισαγωγή επιφανειοδραστικών ουσιών ή σταθεροποιητών. Κάντε κλικ στο παραπάνω γράφημα για να δείτε τα αποτελέσματα του δείγματος για την υπερηχητική γαλακτωματοποίηση 10% νερού σε λάδι κινητήρα (Velocite 3, Mobil Oil, Αμβούργο Γερμανία). Η μελέτη αυτή διεξήχθη από την Behrend και Schubert (2000).

Υπέρηχος

Όταν κατεργασία με υπερήχους υγρά σε υψηλές εντάσεις, τα ηχητικά κύματα που διαδίδονται στα υγρά μέσα έχουν ως αποτέλεσμα εναλλασσόμενους κύκλους υψηλής πίεσης (συμπίεσης) και χαμηλής πίεσης (αραίωση), με ρυθμούς ανάλογα με τη συχνότητα. Κατά τη διάρκεια του κύκλου χαμηλής πίεσης, τα υψηλής έντασης υπερηχητικά κύματα δημιουργούν μικρές φυσαλίδες κενού ή κενά στο υγρό. Όταν οι φυσαλίδες επιτύχουν έναν όγκο στον οποίο δεν μπορούν πλέον να απορροφήσουν ενέργεια, καταρρέουν βίαια κατά τη διάρκεια ενός κύκλου υψηλής πίεσης. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται σπηλαίωση. Κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης πολύ υψηλές θερμοκρασίες (περίπου 5.000K) και πιέσεις (περίπου 2.000atm) επιτυγχάνονται τοπικά. Η κατάρρευση της φυσαλίδας σπηλαίωσης οδηγεί επίσης σε υγρούς πίδακες ταχύτητας έως 280m / s.

Ο υπέρηχος έχει αποδειχθεί ότι παράγει πολύ ομοιογενή γαλακτώματα νερού σε λάδι (w/o) και πετρελαίου σε νερό (o/w) από την υψηλή σπηλαίωση διάτμηση. Καθώς οι παράμετροι της υπερήχων είναι καλά ελεγχόμενες, το μέγεθος και η κατανομή των σωματιδίων είναι καλά ρυθμιζόμενο και επαναλαμβανόμενο. Συνήθως, ο υπέρηχος εφαρμόζεται σε αντιδραστήρα κυψελών ροής. Ως εκ τούτου, το γαλάκτωμα μπορεί να είναι Γίνεται συνεχώς σε σειρά. Για το λόγο αυτό, υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή σταθεροποιημένων και μη σταθεροποιημένων γαλακτωμάτων.

Ο παρακάτω πίνακας δείχνει γενικές ικανότητες επεξεργασίας για διάφορα επίπεδα ισχύος υπερήχων.

Υπερήχων απαέρωση και αποαφρισμός

Ο υπέρηχος βοηθά επίσης να μειώστε την ποσότητα φυσαλίδων αέρα στο μείγμα γαλακτώματος. Η εικόνα στα δεξιά δείχνει το αποτέλεσμα (5sec. εικόνες προόδου από αριστερά προς τα δεξιά) της υπερήχων στο περιεχόμενο φυσαλίδων. Καθώς οι διακυμάνσεις στην περιεκτικότητα σε φυσαλίδες προκαλούν διακυμάνσεις στο χρόνο της ένεσης, ένα απαέρωση, απαέρωση και αποαφρισμός Με υπερήχους βελτιώνει την απόδοση του κινητήρα.

Εξοπλισμός διαδικασίας υπερήχων

Hielscher είναι το Κορυφαίος προμηθευτής συσκευών υπερήχων υψηλής χωρητικότηταςπαγκοσμίως. Όπως Hielscher κάνει υπερήχων επεξεργαστές μέχρι 16kW Ισχύς ανά μεμονωμένη συσκευήυπάρχει Δεν υπάρχει όριο στο μέγεθος των φυτών ή ικανότητα επεξεργασίας. Συστάδες πολλών συστημάτων 16kW χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μεγάλων όγκων καυσίμων drop-in. Επεξεργασία βιομηχανικών καυσίμων δεν χρειάζεται πολύ υπερηχητική ενέργεια. Η πραγματική ενεργειακή απαίτηση μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας έναν επεξεργαστή υπερήχων 1kW σε κλίμακα πάγκου. Όλα τα αποτελέσματα από τέτοιες δοκιμές πάγκου μπορούν να είναι Εύκολη κλιμάκωση.

Κόστος υπερήχων

Υπερήχους είναι μια αποτελεσματική τεχνολογία επεξεργασίας. Το κόστος επεξεργασίας υπερήχων προκύπτει κυρίως από την επένδυση
Για συσκευές υπερήχων, κόστος κοινής ωφέλειας και συντήρηση. Το εξαιρετικό ενεργειακή απόδοση (βλ. χάρτης) των συσκευών υπερήχων Hielscher βοηθά στη μείωση του κόστους χρησιμότητας.

Λογοτεχνία

Behrend, Ο., Schubert, Η. (2000): Επίδραση του ιξώδους συνεχούς φάσης στη γαλακτωματοποίηση με υπερήχους, σε: Υπερήχων Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Canfield, Α., Γ. (1999): Επιπτώσεις της καύσης γαλακτώματος ντίζελ-νερού στον κινητήρα ντίζελ NO_x Εκπομπές, σε: Μεταπτυχιακή Διατριβή που παρουσιάστηκε στο μεταπτυχιακό σχολείο του Πανεπιστημίου της Φλόριντα, 1999.