NOx-vähennys öljyllä / vesimoduloinnilla

Typpioksidit (NO_X) tiedetään olevan välittömästi vaarallisia ihmisen ja ympäristön terveydelle. Liikkuvat ja kiinteät dieselmoottorit ja bensiinimoottorit edistävät suurelta osin maailmanlaajuista NO: ta_X Päästöjä. Emulgointi poltto aineen vedellä on tapa vähentää ei_X moottoreiden päästöjä. Ultraääniemulgointi on tehokas keino kehittää pienikokoisia polttoaine / vesiemulsioita.

Autot ja kuorma-autot, ilma-alukset, sähkögeneraattorit, trukit, ilmastointilaitteet ja kattilat tuottavat suuria määriä hiukkasia (PM) eikä_X öljytuotteiden polttamalla. EI_X viittaa typpioksidin (NO) ja typpidioksidin (NO₂) sekä N₂VOI EI₃N₂O₄ ja N₂O₅. Typpioksidi ja typpidioksidi edistää alhaisen tason otsonia, savua ja ovat vaarallisia ympäristölle ja ihmisille. Ympäristöasetuksessa käsitellään ilman epäpuhtauspäästöjä vuoteen 2010 mennessä kiristysrajat. Moottorin päästöt sisältävät myös rikkidioksidia (SO₂) polttoaineen rikkiyhdisteiden seurauksena. Tätä ongelmaa hidastaa hydrodesulfurisointi tai ultraäänellä avustaa rikinpoistoprosessista.

Polttoaineen / veden emulsion käyttö

Viime vuosina paljon työtä on tehty veden vaikutus NO: han_X päästötaso. Erilaisia ​​polttoaineita: veden tilavuusosuuksia 1: 1 - 19: 1 on testattu palamisominaisuuksille. Useimmissa tapauksissa emulsion stabilointiin lisättiin 1 - 2 tilavuusprosenttia pinta-aktiivista ainetta.

Polttolaitoksen tausta

Polttoaineen polttaminen tuottaa lämpöä ja mekaanista energiaa. Mekaanista fraktiota voidaan käyttää mäntien tai turbiinien ohjaamiseen propulsioon tai sähköntuotantoon. Useimmissa moottoreissa lämpöenergiaa ei käytetä. Tämä johtaa pienempään termodynaamiseen tehokkuuteen.

N. 90% NO: sta_X polttoaineen palamisprosessista johtuva on NO. NO: ta muodostuu ensisijaisesti ilmakehän typen (N₂). Polttoaineeseen lisätty vesi laskee palamislämpötilaa veden haihtumisesta johtuen. Kun polttoaine-vesi-emulsion vesi haihtuu, myös ympäröivä polttoaine höyrystyy. Tämä lisää polttoaineen pinta-alaa. Alhaisempi lämpötila ja parempi polttoaineen jakautuminen johtavat a pienempi NO: n muodostuminen_X.

ultraääniemulgointi

Veden esittely polttoaineen polttoon on osoitettu monissa töissä laske NO_X päästöt. Vettä voidaan lisätä muodostamalla polttoaine / vesiemulsio kahdella tavalla:

• Stabiloimattomassa: inline-emulgointi vettä polttoaineeseen ennen injektiota
• stabiloitua: stabiilin polttoaine / vesiemulsion valmistaminen käytettäväksi pisaran polttoaineen vaihtoehtona

Canfield (1999) tiivistää NO_X vähentäminen vedellä ja muilla lisäaineilla:

• stabiloimaton emulsio
  • vettä lisää volyymi-%: 10-80%
  • EI_X vähennys: 4-60%
• stabiloitu emulsio
  • vettä lisää volyymi%: 25 - 50%
  • EI_X vähennys: 22 - 83%

Emulsio

Emulsio on yleisesti seos sekoittumattomat nesteet (vaiheet), kuten öljy ja vesi. Emulgointiprosessin aikana dispergoiva faasi (esim. Vesi) johdetaan nestefaasiin (esim. Öljy). Soveltamalla korkea leikkausvoima, dispergoivan faasin hiukkaskoko (= pisarakoon koko) pienenee. Mitä pienempi hiukkaskoko, sitä vakaampi on syntynyt emulsio. Lisävakautta voidaan saavuttaa lisäämällä pinta-aktiivisia aineita tai stabilisaattoreita. Napsauta yllä olevaa kuvaa näyteulostulokset 10-prosenttisen veden ultraääniemulgoinnissa moottoriöljyssä (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg, Saksa). Tämä tutkimus suoritti Behrend ja Schubert (2000).

Ultraääni

Kun nesteitä sonikoidaan suurilla voimakkuuksilla, nestemäiseen väliaineeseen etenevät ääni-aallot johtavat vuorotellen korkeapaine- (puristus-) ja matalapaineisia (harvinainen) syklejä, joiden nopeudet riippuvat taajuudesta. Alhaisen paineen syklin aikana suuritehoiset ultraääni-aallot muodostavat pienet tyhjökuplat tai tyhjiöt nesteeseen. Kun kuplat saavuttavat tilavuuden, jossa ne eivät enää pysty absorboimaan energiaa, ne kutistuvat voimakkaasti korkeapaineisen syklin aikana. Tätä ilmiötä kutsutaan kavitaatioksi. Implosion aikana saavutetaan hyvin korkeita lämpötiloja (n. 5000 K) ja paineita (noin 2 000 m) paikallisesti. Kavitaatiokuplan implosio johtaa myös nestemäisiin suihkukoneisiin, joiden nopeus on jopa 280 m / s.

Ultrasound on todistettu tuottavan hyvin homogeeniset emulsiot vettä öljyssä (w / o) ja öljyä vedessä (o / w) korkea kavitaatio leikkaus. Koska ultrasonikaation parametrit ovat hyvin hallittavissa, hiukkaskoko ja jakautuminen ovat hyvin säädettävissä ja toistettavissa. Tyypillisesti ultraääni syötetään virtaussolureaktorissa. Siksi emulsio voi olla tehdään jatkuvasti in-line. Tästä syystä ultraäänitutkimusta voidaan käyttää stabiloitujen ja stabiloimattomien emulsioiden valmistamiseen.

Alla olevassa taulukossa on yleiset käsittelykapasiteetit eri ultraäänitasoille.

Ultraäänenvaimennus ja vaahdotus

Ultrasound auttaa myös vähentää ilmakuplien määrää emulsioseoksessa. Oikealla olevassa kuvassa näkyy ultrasonication vaikutus (5 sekunnin edistykselliset kuvat vasemmalta oikealle) kuplatasolla. Koska kuplan sisällön vaihtelut aiheuttavat injektion ajoituksen vaihtelua, a kaasunpoisto, ilmanpoisto ja vaahtoaminen ultrasonication parantaa moottorin suorituskykyä.

Ultraääniprosessilaitteet

Hielscher on johtava korkean kapasiteetin ultraäänilaitteiden toimittaja, maailmanlaajuinen. Koska Hielscher tekee ultraääniprosessoreita jopa 16kW tehoa yhtä laitetta kohden, on ei ole rajaa laitokokoon tai jalostuskapasiteetista. Useiden 16kW-järjestelmien klustereita käytetään suurien määrien irtoamispolttoaineiden valmistukseen. Teollisuuden polttoaineenkäsittely ei tarvitse paljon ultraäänienergiaa. Todellinen energiantarve voidaan määrittää käyttämällä 1 kw: n ultraääniprosessoria penkki-yläasteikolla. Kaikki tulokset tällaisista penkki-top-kokeista voivat olla skaalautuu helposti.

Ultrasonication kustannukset

Ultrasonication on tehokas prosessointiteknologia. Ultraäänikäsittelykustannukset johtuvat pääosin investoinneista
ultraäänilaitteille, apuvälineille ja ylläpidolle. Erinomainen energiatehokkuus (katso kartoittaa) Hielscherin ultraäänilaitteista auttaa vähentämään hyödyllisyyskustannuksia.

Kirjallisuus

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Vaikutus jatkuvan faasin viskositeetin emulgointiin ultraäänellä, julkaisussa: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Canfield, A., C. (1999): Dieselpolttoaineen emulsion polttamisen vaikutukset dieselmoottoriin NO_X Päästöt, vuonna: Diplomityö esitellään Floridan yliopiston tutkijakouluun vuonna 1999.