Tecnología de ultrasonido de Hielscher

NOx-Reduction por Oil / Water-Emulsification

Los óxidos de nitrógeno (NOx) Son conocidos por ser un peligro inmediato para la salud humana y del medio ambiente. motores diesel y gasolina móviles y estacionarias están contribuyendo en gran medida al NO en todo el mundox de la UE. La emulsificación del combustible con agua es una forma de reducir las emisiones de NOx las emisiones de los motores. La emulsificación ultrasónica es un medio eficaz para la generación de finos de tamaño de combustible / agua-emulsiones.

Coches y camiones, aviones, generadores eléctricos, carretillas elevadoras, equipos de aire acondicionado y calderas generan grandes cantidades de partículas (PM) y de NOx por la combustión de productos de petróleo. NOx se refiere a mezclas de óxido nítrico (NO) y dióxido nítrico (NO2), Así como N2O, NO3, N2O4 y N2O5. El óxido nítrico y dióxido nítrico contribuir al bajo nivel de ozono, la contaminación y son peligrosos para el medio ambiente y los seres humanos. La regulación ambiental se ocupa de las emisiones de contaminantes atmosféricos por apriete límites. emisiones de los motores no también incluyen dióxido de azufre (SO2) Como resultado de compuestos de azufre en el combustible. Este problema se reduce en la hidrodesulfuración o desulfuración asistida por ultrasonidos.

Que se ejecuta en combustible / agua y emulsión

Dentro de los últimos años, se ha trabajado mucho en el hecho influencia del agua en NOx niveles de emisión. Varios de combustible: relaciones volumétricas de agua de 1: 1 a 19: 1 se han probado para propiedades de combustión. En la mayoría de los casos, se añadió 1 a 2 por ciento en volumen de tensioactivo para la estabilización de la emulsión.

Antecedentes de la combustión

La combustión de combustible genera energía térmica y mecánica. La fracción mecánico se puede utilizar para conducir los pistones o turbinas para la propulsión o la generación de electricidad. En la mayoría de los motores, no se utiliza la energía térmica. Esto se traduce en una menor eficiencia termodinámica.

Aprox. 90% de la NOx resultante del proceso de combustión de combustible es NO. El NO se forma principalmente por la oxidación del nitrógeno atmosférico (N2). Agua añadida al combustible reduce la temperatura de combustión debido a la evaporación de agua. Cuando el agua en la emulsión de agua del combustible se evapora, el combustible circundante se vaporiza, también. Esto aumenta el área de la superficie del combustible. La temperatura más baja y la mejor distribución de combustible están llevando a una menor formación de NOx.

La emulsificación ultrasónica

Introducir agua en la combustión de combustible se ha demostrado en muchos trabajos a bajar el NOx las emisiones. El agua se puede añadir mediante la formación de una emulsión de combustible / agua de dos maneras:

  • no estabilizado: emulsificación inline de agua en el combustible antes de la inyección
  • estabilizado: fabricación de una emulsión de combustible / agua estable para ser utilizado como una alternativa de combustible drop-in

Canfield (1999) resume el NOx reducción por el uso de agua y otros aditivos:

  • emulsión estabilizada
    • agua añadida vol%: 10 a 80%
    • Nox reducción por: 4 a 60%
  • emulsión estabilizada
    • agua añadida vol%: 25 a 50%
    • Nox reducción por: De 22 a 83%

Emulsión

Una emulsión es una mezcla de generalmente líquidos inmiscibles (fases), tales como aceite y agua. Durante el proceso de emulsificación, la fase dispersa (por ejemplo agua) se introduce en la fase líquida (por ejemplo, aceite). Mediante la aplicación de fuerzas de alto cizallamento, El tamaño de partícula (= tamaño de las gotitas) de la fase dispersa se reduce. El tamaño de partícula más pequeño, más estable es la emulsión generada. estabilidad adicional se puede conseguir mediante la introducción de agentes tensioactivos o estabilizadores. Haga clic en el gráfico anterior para ver resultados de la muestra para la emulsificación por ultrasonidos de 10% de agua en aceite de motor (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg Alemania). Este estudio fue realizado por Behrend y Schubert (2000).

ultrasonidos


Cuando se sonican líquidos a alta intensidad, las ondas sonoras propagadas en el medio generan ciclos fluctuantes de alta presión (compresión) y de baja presión (rarefacción), cuyo ritmo depende de su frecuencia. Durante el ciclo de baja presión, las ondas ultrasónicas de alta intensidad crean pequeñas burbujas de vacío o ambientes de baja presión dentro del líquido. Cuando estas burbujas han aumentado su tamaño hasta un volumen en que ya no pueden absorber más energía, colapsarán violentamente durante un ciclo de alta presión. Este fenómeno se denomina cavitación. Durante la implosión, se alcanzan localmente temperaturas (aprox., 5000 K) y presiones (aprox., 2000 atm) muy elevadas. La implosión de las burbuja de cavitación también produce la propulsión de corrientes de líquidos a una velocidad de hasta 280 m/s.

El ultrasonido se ha demostrado para generar emulsiones muy homogéneos de agua en aceite (W / O) y aceite en agua (o / w) por el cavitación de alta cizalladura. Como los parámetros de ultrasonidos son bien controlable, el tamaño y la distribución de partículas es bien ajustable y repetible. Típicamente, el ultrasonido se aplica en un reactor de célula de flujo. Por lo tanto, la emulsión puede ser hecho continuamente en línea. Por esta razón, ultrasonicación puede ser utilizado para la fabricación de emulsiones estabilizadas y no estabilizadas.

La siguiente tabla muestra las capacidades de procesamiento generales para diversos niveles de potencia de ultrasonidos.

Tasa de flujo
Potencia necesaria
100 a 400L/hr
1 kW, por ejemplo, UIP1000hd
400 a 1600L / hr
4kW, por ejemplo UIP4000
1,5 a 6.5m³/hora
16kW, por ejemplo UIP16000
10 a 40m³/hora
96kW, por ejemplo 6xUIP16000
100 a 400m³/hora
960kW, por ejemplo 60xUIP16000

La desgasificación y antiespumante ultrasónica(Instrucciones para ampliarla!) De ultrasonidos de desgasificación de aceite utilizando un procesador ultrasónico UP200S (200 vatios)

El ultrasonido no también ayudan a reducir la cantidad de burbujas de aire en la mezcla de emulsión. La imagen de la derecha muestra el efecto (5 seg. Progresar imágenes de izquierda a derecha) de ultrasonidos sobre el contenido de burbujas. Como las variaciones en las fluctuaciones de causa de contenido de burbujas en el tiempo de inyección, una desgasificación, desgasificación y antiespumante mediante ultrasonidos mejora el rendimiento del motor.

El equipo ultrasónico del Proceso

Hielscher es el proveedor líder de dispositivos de ultrasonidos de alta capacidad, en todo el mundo. Como Hielscher hace procesadores ultrasónicos de hasta 16 kW potencia por solo dispositivo, Ahi esta hay límite en tamaño de la planta o la capacidad de procesamiento. Los racimos de varios sistemas de 16kW están siendo utilizados la fabricación de grandes volúmenes de combustibles de abandono en. procesamiento de combustible industrial no necesita mucha energía ultrasónica. El requisito real de energía puede ser determinada utilizando un procesador ultrasónico de 1 kW en escala de banco-top. Todos los resultados de tales ensayos de banco superior se puede fácilmente escalable.

Los costos de Ultrasonidos

(Haga clic para ampliar) La eficiencia energética total es importante para el procesamiento de líquidos por ultrasonidos. La eficiencia describe la cantidad de energía que se transfiere desde la toma de corriente hasta el líquido. Nuestros homogeneizadores ultrasónicos tienen una eficiencia global superior al 80 %.Ultrasonidos es una tecnología de procesamiento de efectivo. los costos de procesamiento de ultrasonidos genera principalmente por la inversión
para dispositivos ultrasónicos, costos de servicios públicos y mantenimiento. Lo extraordinario eficiencia energética (ver gráfico) De los dispositivos de ultrasonidos Hielscher ayuda a reducir los costos de servicios públicos.

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Referencias

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound, in: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Canfield, A., C. (1999): Efectos de Diesel-agua combustión en motor diesel NOx Las emisiones, en: Proyectos Fin de Carrera presentados a la escuela de graduados de la Universidad de Florida, 1999.