NOx-vähendamine nafta / vee emulgeerimisega

Lämmastikoksiidid (NO_x) on teadaolevalt inimeste ja keskkonna tervisele viivitamatult ohtlikud. Mobiilsed ja statsionaarsed diiselmootorid ja bensiinimootorid aitavad suuresti kaasa kogu maailmas_x Heitkoguste. Kütuse Emulgeerimine veega on võimalus vähendada NO_x mootorite heitkogused. Ultraheli emulgeerimine on efektiivne vahend peene suurusega kütuse / vee emulsioonide tekitamiseks.

Autod ja veoautod, lennukid, elektrigeneraatorid, tõstukid, kliimaseadmed ja katelde suurtes kogustes tahkete osakeste (PM) ja NO_x naftatoodete põletamise teel. EI_x viitab lämmastikoksiidi (NO) ja lämmastikdioksiidi (NO₂) ja N-ga₂O, EI₃, N₂O₄ ja N₂O₅. Lämmastikoksiid ja lämmastikdioksiid aitavad kaasa madala taseme osoonile, smogile ja on ohtlikud keskkonnale ja inimestele. Keskkonnaregulatsioon käsitleb õhku saasteainete heitkoguseid aastaks 2010 karmistamispiirangud. Mootori heidete hulka kuuluvad ka vääveldioksiid (SO₂) kütuse väävliühendite tulemusena. Seda probleemi vähendab hüdrodesulfureerimine või ultraheli abil desulfureerimine.

Jookseb kütuse / vee emulsioonil

Viimastel aastatel on tehtud palju tööd vee mõju NO_x heitetasemed. Erinev kütus: põlemisomadustega on testitud veemüra suhet vahemikus 1: 1 kuni 19: 1. Enamikul juhtudel lisati emulsioonide stabiliseerimiseks 1 kuni 2 mahuprotsenti pindaktiivset ainet.

Põlemise taust

Kütuse põletamine tekitab soojus- ja mehaanilist energiat. Mehaanilist fraktsiooni saab juhtida kolvide või turbiinide käivitamiseks või elektritootmiseks. Enamikes mootorites ei kasutata soojusenergiat. Selle tulemuseks on madalam termodünaamiline efektiivsus.

Ligikaudu 90% NO-st_x kütuse põlemisprotsessi tulemusena on NO. NO moodustab peamiselt atmosfääri lämmastiku oksüdeerumine (N₂) Kütuse lisamine vähendab vee aurustumise tõttu põlemistemperatuuri. Kui kütuseveemulsiooni vesi aurustub, aurustub ka ümbritsev kütus. See suurendab kütuse pindala. Madalam temperatuur ja parem kütuse jaotumine viivad a madalam NO moodustumine_x.

Ultraheli emulgeerimine

Paljudes töödeks on näidatud vee sisseviimine kütuse põletamisse alandage NO_x heited. Vesi võib lisada, moodustades kütuse / vee emulsiooni kahel viisil:

• ebastabiilne: vesi siseneb emulsiooni kütusesse enne süstimist
• stabiliseerunud: stabiilse kütuse / vee emulsiooni tootmine, mida kasutatakse kütusena alternatiivina

Canfield (1999) võtab kokku NO_x vee ja muude lisandite kasutamise vähendamine:

• ebastabiilne emulsioon
  • veega lisatud maht%: 10 kuni 80%
  • EI_x vähendamine: 4 kuni 60%
• stabiliseeritud emulsioon
  • vee lisamine mahuprotsentides: 25 kuni 50%
  • EI_x vähendamine: 22 kuni 83%

Emulsioon

Emulsioon on üldiselt segu segunematud vedelikud (faasid), nagu õli ja vesi. Emulgeerimisprotsessi käigus viiakse dispergeeruv faas (nt vesi) vedelasse faasi (nt õli). Kohaldades kõrge nihkega, vähendatakse dispergeeruva faasi osakeste suurust (= piiskade suurus). Mida väiksem on osakese suurus, seda stabiilsem on tekkinud emulsioon. Pindaktiivsete ainete või stabilisaatorite kasutuselevõtuga saab saavutada täiendavat stabiilsust. Klõpsake graafikul ülal et näha mootoriõlis ultraheli emulsiooni 10% vett (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg, Saksamaa). See uuring viidi läbi Behrend ja Schubert (2000).

Ultraheli

Suure intensiivsusega vedelike sonicating korral põhjustavad vedelas keskkonnas levivad helilained vahelduvaid kõrgsurvelisi (tihendusrõhke) ja madala rõhu (eraldusvõime) tsükleid, sõltuvalt sagedusest sõltuvad määrad. Madala rõhu tsükli ajal tekitavad suure intensiivsusega ultraheli lained vedelikus väikesed vaakummullid või tühjad ruumid. Kui mullid saavutavad mahu, mille abil nad enam energiat neelavad, kerkivad nad kõrgsurvetsükli ajal ägedalt. Seda nähtust nimetatakse kavitatsiooniks. Sulgemise ajal on väga kõrge temperatuur (ligikaudu 5000 K) ja rõhk (ligikaudu 2000 kraadi). Kavitumismulli kaotamine toob kaasa ka vedelikujuga kuni 280m / s kiiruse.

On tõestatud, et genereerib ultraheli väga homogeenne emulsioon vees õlis (w / o) ja õli vees (o / w) poolt kõrge cavitational nihke. Kuna ultraheli parameetrid on hästi kontrollitavad, on osakeste suurus ja jaotumine hästi reguleeritav ja korratav. Tavaliselt rakendatakse ultraheli vooluklaasreaktoris. Seetõttu võib emulsioon olla valmistatud pidevalt in-line. Sel põhjusel võib ultraheli saada stabiilsete ja mittetabiilsete emulsioonide valmistamiseks.

Alljärgnev tabel näitab erinevate ultraheli võimsuse üldist töötlemisvõimsust.

Ultraheli degaseerimine ja defoaming

Ultraheli aitab ka vähendada õhumullide hulka emulsioonisegus. Parempoolne pilt näitab ultraviolettmulli sisu mõju (5-sekundiline edenemine pildilt vasakult paremale). Kuna mullsisalduse muutused põhjustavad sissevoolu ajastamise kõikumisi, a degaseerimine, deaeration ja defoaming ultraheliga parandab mootori jõudlust.

Ultraheli protsessiseadmed

Hielscher on juhtiv tarnija suure võimsusega ultraheli seadmeid, kogu maailmas. Nagu Hielscher teeb ultraheli protsessorid kuni 16kW võimsus ühe seadme kohta, seal on piiramata tehase suurust või töötlemisvõimsus. Mitmete 16kW-süsteemide klastreid kasutatakse suuremahuliste kütusekoguste tootmiseks. Tööstusliku kütuse töötlemine ei vaja palju ultraheli energiat. Tegelikku energianõudlust saab määrata 1 kW ultraheli protsessoriga pink-top skaalal. Selliste pingeliste uuringute tulemused võivad olla kõik suurendatakse lihtsalt kergesti.

Ultraheli kulud

Ultraheli kasutamine on efektiivne töötlemistehnoloogia. Ultraheli töötlemise kulud tulenevad peamiselt investeeringust
ultraheli seadmete jaoks, kommunaalteenuste kulud ja hooldus. Tasumata energiatõhusus (vt diagramm) Hielscheri ultraheli seadmetest aitab vähendada kommunaalteenuste kulusid.

Kirjandus

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Pideva faasi viskoossuse mõju ultraheliga emulgeerimisele: ultraheli Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Canfield, A., C. (1999): Diislikütuse emulsiooni põlemise mõju diiselmootorile NO_x Heitkogused: magistritöö, mis esitati Florida ülikooli lõpetuskoolile, 1999.