NOx vähendamine õli/vee emulgeerimise teel

Lämmastikoksiidid (NO_x) on teadaolevalt vahetult ohtlikud inimeste ja keskkonna tervisele. Mobiilsed ja statsionaarsed diisel- ja bensiinimootorid aitavad suuresti kaasa ülemaailmsele NO-le_x Heitkoguste. Kütuse emulgeerimine veega on viis NO vähendamiseks_x mootorite heitkogused. Ultraheli emulgeerimine on tõhus vahend peene suurusega kütuse / vee emulsioonide genereerimiseks.

Autod ja veoautod, lennukid, elektrigeneraatorid, kahveltõstukid, kliimaseadmed ja katlad tekitavad suures koguses tahkeid osakesi (PM) ja NO_x naftasaaduste põletamisel. EI_x tähistab lämmastikoksiidi (NO) ja lämmastikdioksiidi (NO) segusid₂) ja N₂O, EI₃, N₂O₄ ja N₂O₅. Lämmastikoksiid ja lämmastikdioksiid aitavad kaasa madala osoonitaseme, sudu tekkele ning on ohtlikud keskkonnale ja inimestele. Keskkonnaalastes õigusaktides käsitletakse õhusaasteainete heidet järgmiselt: Piirangute karmistamine. Mootori heitkogused hõlmavad ka vääveldioksiidi (SO)₂) väävliühendite sisalduse tõttu kütuses. Seda probleemi vähendab hüdrodesulfureerimine või ultraheli abil desulfureerimine.

Kütuse / vee emulsioonil töötamine

Viimastel aastatel on tehtud palju tööd vee mõju NO-le_x heitkoguste tasemed. Põlemisomaduste suhtes on testitud erinevaid kütuse ja vee mahusuhteid vahemikus 1:1 kuni 19:1. Enamikul juhtudel lisati emulsiooni stabiliseerimiseks 1–2 mahuprotsenti pindaktiivset ainet.

Põlemise taust

Kütuse põlemisel tekib soojus- ja mehaaniline energia. Mehaanilist fraktsiooni saab kasutada kolbide või turbiinide juhtimiseks käitamiseks või elektri tootmiseks. Enamikus mootorites ei kasutata soojusenergiat. Selle tulemuseks on madalam termodünaamiline efektiivsus.

Umbes 90% NO-st_x kütuse põlemisprotsessi tulemusena tekib NO. NO moodustub peamiselt atmosfääri lämmastiku oksüdeerimisel (N₂). Kütusele lisatud vesi alandab vee aurustumise tõttu põlemistemperatuuri. Kui kütuse-vee emulsioonis olev vesi aurustub, aurustub ka ümbritsev kütus. See suurendab kütuse pindala. Madalam temperatuur ja parem kütusejaotus viivad NO madalam moodustumine_x.

Ultraheli emulgeerimine

Vee juhtimine kütuse põlemisse on paljudes töödes näidanud, et alandada NO_x Heitkoguste. Vett saab lisada, moodustades kütuse/vee emulsiooni kahel viisil:

• stabiliseerimata: vee inline emulgeerimine kütusesse enne süstimist
• Stabiliseeritud: stabiilse kütuse/vee emulsiooni tootmine, mida kasutatakse alternatiivse kütusena

" Canfield " (1999) võtab kokku EI_x vähendamine vee ja muude lisandite kasutamisega: t

• stabiliseerimata emulsioon
  • Lisatud vesi vol%: 10 kuni 80%
  • EI_x vähendamine: 4 kuni 60%
• stabiliseeritud emulsioon
  • vett lisatud vol%: 25 kuni 50%
  • EI_x vähendamine: 22 kuni 83%

Emulsioon

Emulsioon on segu üldiselt segunematud vedelikud (faasid), näiteks õli ja vesi. Emulgeerimisprotsessi käigus viiakse dispergeeriv faas (nt vesi) vedelasse faasi (nt õli). Kohaldades kõrge nihe, väheneb dispergeeriva faasi osakeste suurus (= piiskade suurus). Mida väiksem on osakeste suurus, seda stabiilsem on tekkinud emulsioon. Täiendavat stabiilsust on võimalik saavutada pindaktiivsete ainete või stabilisaatorite sisseviimisega. Klõpsake ülaltoodud graafikul näha proovitulemusi 10% vee ultraheli emulgeerimiseks mootoriõlis (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg Saksamaa). Selle uuringu viis läbi Behrend ja Schubert (2000).

Ultraheli

Suure intensiivsusega vedelike ultraheliga töötlemisel põhjustavad vedelasse keskkonda levivad helilained vahelduvaid kõrgsurve (kokkusurumine) ja madala rõhuga (haruldane) tsükleid, mille kiirused sõltuvad sagedusest. Madala rõhu tsükli ajal tekitavad suure intensiivsusega ultraheli lained vedelikus väikesed vaakummullid või tühimikud. Kui mullid saavutavad mahu, mille juures nad ei suuda enam energiat absorbeerida, varisevad nad kõrgsurvetsükli ajal ägedalt kokku. Seda nähtust nimetatakse kavitatsiooniks. Implosiooni ajal saavutatakse kohapeal väga kõrged temperatuurid (umbes 5,000K) ja rõhud (umbes 2,000atm). Kavitatsioonimulli implosioon põhjustab ka vedelikujoad kiirusega kuni 280 m / s.

On tõestatud, et ultraheli genereerib väga homogeensed emulsioonid õlis sisalduva vee (w/o) ja vees oleva õli (o/w) puhul kõrge kavitatsiooniline nihe. Kuna ultraheli parameetrid on hästi kontrollitavad, on osakeste suurus ja jaotus hästi reguleeritav ja korratav. Tavaliselt rakendatakse ultraheli vooluraku reaktoris. Seetõttu võib emulsioon olla tehtud pidevalt in-line. Sel põhjusel saab ultraheli kasutada stabiliseeritud ja stabiliseerimata emulsioonide valmistamiseks.

Allolevas tabelis on näidatud erinevate ultraheli võimsustasemete üldised töötlemisvõimsused.

Ultraheli degaseerimine ja vahutamise eemaldamine

Ultraheli aitab ka vähendada õhumullide hulka emulsioonisegus. Parempoolne pilt näitab ultraheli mõju (5sec. progress pildid vasakult paremale) mullide sisaldusele. Kuna mullide sisalduse muutused põhjustavad süstimise ajastuse kõikumisi, on degaseerimine, õhutamine ja vahu eemaldamine ultraheliga parandab mootori jõudlust.

Ultraheli protsessi seadmed

Hielscher on suure võimsusega ultraheli seadmete juhtiv tarnijaülemaailmne. Kuna Hielscher teeb ultraheli protsessoreid kuni 16kW võimsus ühe seadme kohta, on olemas Taimede suurus ei ole piiratud või töötlemisvõimsus. Mitmete 16kW süsteemide klastreid kasutatakse suurtes kogustes drop-in kütuste tootmiseks. Tööstusliku kütuse töötlemine ei vaja palju ultraheli energiat. Tegelikku energiavajadust saab määrata 1kW ultraheli protsessori abil pink-top skaalal. Kõik selliste pink-top katsete tulemused võivad olla kergesti skaleeritav.

Ultraheli kulud

Ultraheli on tõhus töötlemistehnoloogia. Ultraheli töötlemise kulud tulenevad peamiselt investeeringust
ultraheli seadmete, kommunaalkulude ja hoolduse jaoks. Silmapaistev Energiatõhususe (vt Diagrammi) Hielscheri ultraheli seadmetest aitab vähendada kommunaalkulusid.

Kirjandus

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

Canfield, A., C. (1999): Diisli-vee emulsiooni põlemise mõju diiselmootorile NO_x Heitkogused, in: Florida ülikooli doktorikoolile esitatud magistritöö, 1999.