Tehoultraääni vesi-dieselemulsioiden valmistuksessa

Vesi-polttoaine-emulsioiden käyttö lisääntyy nopeasti tiukentuneiden ympäristömääräysten ja kuljetusmarkkinoiden kiristyneen kilpailun vuoksi. Ultraääniemulgointitekniikka mahdollistaa polttoaineiden, kuten raskaiden polttoaineiden tai dieselin, tehokkaamman käytön sekoittamalla vettä peruspolttoaineeseen. Ultraäänellä emulgoidut vesipolttoaineet palavat täydellisemmin ja vähentävät polttoaineenkulutusta samalla, kun polttoaineiden palamisesta syntyy vähemmän päästöjä!

Vesi-polttoaine-emulsio

Polttoaineiden palaminen tuottaa vaarallisia kaasuja, kuten ”nitrous oxides (NOx)”, hiilivetyjä (HC), hiilimonoksidia (CO) ja hiilidioksidia (CO2), sekä hiukkasia (PM), nokea ja savua, jotka ovat haitallisia ihmisten terveydelle ja ympäristölle. Näiden epäpuhtauksien päästöjä voidaan vähentää merkittävästi lisäämällä polttoaineeseen vettä.
Veden lisääminen polttoaineeseen, kuten raskaaseen polttoöljyyn tai dieseliin, 5 – 25 %:n osuudella voi vähentää vaarallisten epäpuhtauksien päästöjä huomattavasti. Ruiskutettu vesi alentaa paikallista adiabaattista palamislämpötilaa. Tutkimukset ovat osoittaneet, että näin NOx-päästöjä voidaan vähentää jopa 40 %, CO2-päästöjä 5 % – 15 % ja PM-päästöjä jopa 90 %. Dieselin palamisesta syntyvä musta savu voidaan poistaa kokonaan, koska polttoaine palaa täydellisesti.
Samalla polttoaineenkulutusta voidaan vähentää noin 5 %. Säästä ympäristöä ja polttoainetta!
Emulgoitaviin polttoaineisiin kuuluvat nestemäiset hiilivedyt, raakaöljy, raskaat polttoaineet (HFO), teollisuusbensiini, kerosiini, diesel, lämmitysöljyt, biodiesel ja kasviöljyt.

Ympäristöhyödyt ja taloudelliset hyödyt:

• pienemmät NOx-päästöt
• pienemmät nokipäästöt
• pienempi polttoaineenkulutus
• täydellisempi palaminen
• matalammat palamisen huippulämpötilat
• vähemmän kattilan likaantumista

Primaarinen ja sekundaarinen sumuuntuminen emulgoidun polttoaineen suihkuliekissä.

Ultraäänellä valmistetut vesi-polttoaine-emulsiot

Tehoultraääni on tunnettu ja hyväksi todettu tekniikka hienojakoisten emulsioiden valmistukseen, joissa pisaroiden koko on mikro- ja nanometriluokkaa. Ultraääniemulgointitekniikka perustuu kavitaation aiheuttamiin leikkausvoimiin. Ultraäänikavitaatio pienentää vesi- ja polttoainepisarat nanokokoon ja sekoittaa ne keskenään niin, että syntyy hienojakoinen nano- tai miniemulsio. Jatkuvassa virtauksessa tapahtuvassa ultraääniemulgoinnissa erillisiä polttoaine- ja vesivirtoja voidaan säätää tarkasti veden ja polttoaineen vakiosuhteen varmistamiseksi.
Ultraäänihomogenisaattorit voidaan asentaa välittömästi ennen ruiskutuspumppua, jolloin homogeeninen vesi-polttoaine-emulsio voidaan ruiskuttaa suoraan moottoriin ja polttoaine-emulsion varastointi vältetään. Kun vesi-polttoaine-emulsio ruiskutetaan palotilaan, vesipisarat höyrystyvät nopeasti korkeiden lämpötilojen vuoksi, sillä veden kiehumispiste on paljon alhaisempi kuin polttoaineen. Höyrystymisen aikana vesipisarat hajoavat mikroräjähdyksinä ja pilkkovat polttoaineen pienemmiksi pisaroiksi. Näin vesipolttoaine sumuuntuu palotilassa, jolloin polttoaine ja ilma sekoittuvat siellä paremmin ja polttoaine voi palaa täydellisesti. Erittäin pienillä pisaroilla on erittäin suuri hiukkaspinta-ala, minkä seurauksena muodostuu laaja veden ja öljyn välinen rajapinta, jonka rajapintajännitys on pieni. Tämä parantaa sumuuntumista entisestään. Palamisen hyötysuhde kasvaa, mikä johtaa lopulta merkittävään polttoainekustannusten alenemiseen, joka ylittää emulgoinnin kustannukset.
Ultraäänisekoitustekniikka on jatkuvassa virtauksessa toimiva prosessi, joka voidaan helposti jälkiasentaa olemassa oleviin moottoreihin. Itse moottori ei vaadi muutoksia.

Hielscher UIP6000hdT -laiteryhmä, joka koostuu enintään 12 ultraäänilaitteesta. Tällä kokoonpanolla voidaan muodostaa tehokas, 72 kW:n ultraäänikäsittelyjärjestelmä suorituskykyiseen käsittelyyn jatkuvassa virtauksessa.

Ultraääneen perustuva emulsiotekniikka

Ultraäänellä tapahtuvan emulgoinnin tekniikka perustuu kavitaatioon ja suurilla leikkausvoimilla tapahtuvaan sekoitukseen. Voimakkaat ultraääniaallot kytketään nestemäiseen väliaineeseen (polttoaine-vesiseokseen), jolloin syntyy nanokokoisia pisaroita ja voidaan valmistaa kaksifaasisia vesi-öljyssä-emulsioita ja kolmifaasisia öljy-vesi-öljyssä-emulsioita.

Asennuskohteet:

• CHP – sähkön ja lämmön yhteistuotantoyksiköt
• dieselgeneraattorit
• voimalaitokset
• merialukset
• dieselveturit
• jälkiasennettavissa kaikkiin dieselmoottoreihin
• aluksella käytettävä tekniikka: merikelpoisuus

Ultraäänellä tapahtuva nanoemulgointi tuottaa stabiileja emulsioita

Ultraäänilaitteet raskaaseen käyttöön

Hielscher toimittaa raskaaseen teollisuuskäyttöön tarkoitettuja ultraäänilaitteita, jotka pystyvät käsittelemään suuria polttoaineen tilavuusvirtoja – myös suurilla viskositeeteilla. Yrityksen Hielscher ultraäänihomogenisaattorit on rakennettu käyttöön 24/7 vaativissa olosuhteissa. Järjestelmämme ovat käyttäjäystävällisiä ja kompakteja, niissä ei ole liikkuvia osia, ne on helppo asentaa ja niitä on helppo käyttää, ja ne tarvitsevat tuskin lainkaan huoltoa.
Emulsiopolttoaineen ultraäänituotantoa voidaan ohjata turvallisesti selaimen kautta. Veden ja polttoaineen kaksi erillistä syöttövirtaa mahdollistavat veden ja polttoaineen suhteen tarkan annostelun sekä polttoaineseoksen säätämisen ja mukauttamisen käytön aikana moottorin senhetkisen kuormituksen ja käyntinopeuden mukaan.

Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Saksassa valmistettua laatua

Yrityksen Hielscher ultraäänilaitteet tunnetaan korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Yrityksen Hielscher ultraäänilaitteet selviytyvät helposti ankarista olosuhteista ja vaativista ympäristöistä.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka painottaa erityisesti suorituskykyisiä ultraäänilaitteita, joissa yhdistyvät uusin tekniikka ja käyttäjäystävällisyys. Yrityksen Hielscher ultraäänilaitteet ovat luonnollisesti CE-vaatimusten mukaisia ja täyttävät vaatimukset, jotka UL, CSA ja RoHs asettavat.

Emulsiopolttoaineiden valmistus ultraäänellä merialuksilla

Kirjallisuus / lähteet

• Al-Iwayzy, Saddam H.; Yusaf, Talal; Al-Juboori, Raed A. (2014): Biofuels from the Fresh Water Microalgae Chlorella vulgaris (FWM-CV) for Diesel Engines. Energies 7/2014. 1829-1851.
• Khan, Mohammed Yahaya; Karim, Z. A. Abdul; Hagos, Ftwi Yohaness; Aziz, A. Rashid A.; Tan, Isa M. (2014): Current Trends in Water-in-Diesel Emulsion as a Fuel. The Scientific World Journal 2014.
• Scarpete, Dan (2013): Diesel-Water Emulsion, an Alterantive Fuel to Reduce Diesel Engine Emissions. Machines, Technologies, Materials 7/2013. 13-16.