Ultraääniemulsiot vesi-dieselpolttoon

Dieselkäyttöisiä generaattoreita, laivamoottoreita ja rautatiemoottoreita voidaan käyttää tehokkaammin, kun käytetään vesi-dieselemulsioita. Vesi-dieselemulsiopolttoaineet vähentävät polttoaineenkulutusta, alentavat palamislämpötilaa, palavat puhtaammin ja vähentävät päästöjä, kuten NOx: ää ja nokea. Ultraääniemulgointi on luotettava, yksinkertainen ja tehokas menetelmä korkealaatuisten vesi-dieselpolttoaineiden tuottamiseksi.

Vesi-dieselin ultraääniemulgointi

Vesi-dieselemulsiot (WiDE; W/D-emulsiopolttoaine) ovat modifioitu dieselpolttoainevaihtoehto, joka sisältää jopa 15% vettä. Tunnetaan myös nimellä vesipolttoaine, vesi-dieselemulsioissa vesipisarat emulgoidaan ultraäänellä jatkuvaan dieselfaasiin. Nesteiden voimakas sonikaatio tuottaa akustista kavitaatiota. Kavitaatioleikkausvoimat häiritsevät pisaroita ja tuottavat homogeenisen emulsion muuten sekoittumattomista vesi- ja dieselfaaseista.

Vesi-diesel-emulsio

WiDE (W? D-emulsio) määritellään vesipisaroiden luonnollisesti sekoittumattomien nesteiden seokseksi (dispergoitunut? sisäinen faasi) dieselissä (jatkuva? ulkoinen faasi). Emulgointiainetta lisätään pieninä pitoisuuksina emulsioiden stabiilisuuden parantamiseksi ja sekoitusenergian tarpeen alentamiseksi.

kaksivaiheinen emulsio

Kaksivaiheinen emulsio kuvaa veden seosta dieselissä ilman pinta-aktiivista ainetta. Kaksivaiheisessa WiDE: ssä veden ja dieselin syöttövirrat emulgoidaan ultraäänellä aivan moottorin edessä. Ultraääni kaksivaiheinen vesi-dieselemulsio menee suoraan ultraäänivirtaussolureaktorista polttomoottoriin. Ilman pinta-aktiivista ainetta emulsiota ei tehdä varastointiin, vaan suoraan polttamiseen.

Tapaustutkimus vesi-dieselemulsiopolttoaineesta

Asennus

(2018) tutkivat vesi-dieselemulsiopolttoaineen (WiDE) vaikutusta yksisylinteriseen, suoraruiskutusdieselmoottoriin. Vesi ja diesel varastoitiin eri yksiköissä, joista ne on kvantitatiivisesti siirretty sekoitusjärjestelmään. Sekoitusjärjestelmä koostui korkean leikkaussekoittimen ja ultraäänihomogenisaattorin yhdistelmästä. Leikkaussekoitin tarjosi karkean esiseoksen vettä ja dieseliä, kun taas sonikaatiota käytettiin hienokokoiseen, yhtenäiseen emulsioon. Vesi-dieselemulsio valmistettiin 5% vedellä. Homogeeninen WiDE-polttoaine siirrettiin suoraan sekoitusjärjestelmästä moottoriin. Valmistettu WiDE-polttoaine ei sisältänyt pinta-aktiivisia aineita, joten sitä kutsuttiin pitkäaikaiseksi epästabiiliksi emulsiopolttoaineeksi (UW/D). Dieselmoottori testattiin neljässä eri kuormitustilanteessa (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) ja vakionopeudella 3000 rpm. Vaikutusten, kuten polttoaineen suorituskyvyn ja päästöjen, vertailemiseksi samalla moottorilla testattiin myös pinta-aktiivista emulsiopolttoainetta (stabiili emulsio (SW/D)) ja siistiä dieselpolttoainetta (D2). 5% vettä käytetään sekä epästabiiliin emulsioon että stabiiliin emulsioon.

Tulokset

Moottoritesti osoittaa, että vesi-dieselemulsiopolttoaine ilman pinta-aktiivista ainetta (UW/D) parantaa moottoria merkittävästi lisäämällä jarrujen lämpötehokkuutta (BTE) 3,59 % ja vähentämällä jarrukohtaista polttoaineenkulutusta (BSFC) 3,89 % verrattuna siistiin dieselpolttoaineeseen. Emulsiopolttoaineet, sekä stabiloidut (SW? D) että stabiloimattomat (UW? D), lisäsivät moottorin lämpötehokkuutta mikroräjähdysilmiön vuoksi. Mikroräjähdysilmiö aiheuttaa emulgoituneiden vesipisaroiden nopean haihtumisen. Koska pienet vesipisarat ympäröivät öljyä, voimakas haihtumisprosessi häiritsee pisaroita väkivaltaisesti erittäin hienoiksi hiukkasiksi, mikä edistää ilman ja polttoaineen sekoittumista. Pisaroiden hajoaminen ja sekoittuminen ilmaan lisää palamistehokkuutta merkittävästi.
Tulokset osoittavat, että vesi-dieselemulsiopolttoaineen tuottaminen ja siirtäminen reaaliajassa moottoriin ilman pinta-aktiivista ainetta toimii erittäin hyvin. Ultraäänellä valmistetun vesi-dieselseoksen välitön siirto eliminoi varastoidun emulsiopolttoaineen stabilointiongelman sekä riippuvuuden pinta-aktiivisesta aineesta. Epästabiili vesi-dieselemulsiopolttoaine (UW/D) säilytti emulsiomuotonsa luotettavasti saavuttamatta sedimentaatiovaihetta 25 sekunnissa (ks. kuva alla).

Ultraäänellä emulgoidun ater-in-dieselemulsiopolttoaineen pisarakäyttäytyminen ajan myötä a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s ja d) 132 s. (suurennus 1000×) – Ithnin ym. 2018

Verrattuna siistiin dieselpolttoaineeseen vesi-dieselemulsiopolttoaineella on merkittävästi pienempi typen oksidien (NOx) ja hiukkasten (PM) pakokaasupäästöt, keskimäärin 31,66% ja 16,33%.

Kaiken kaikkiaan ultraäänellä valmistetut emulsiot – onko aine epästabiili tai stabiloitu pinta-aktiivisella aineella – auttaa säästämään dieselpolttoainetta ja vähentämään pakokaasupäästöjä.
Vihreämmät pakokaasupäästöt ja polttoainesäästöt ultraäänellä!

Primaarinen ja sekundaarinen sumutus emulgoidun polttoaineen sumutusliekissä.

Kolmivaiheinen emulsio

Kolmivaiheinen emulsio, joka tunnetaan myös nimellä kolmivaiheinen emulsio, koostuu vedestä, öljystä ja pinta-aktiivisesta aineesta. Veden ultraääniemulgoinnin aikana dieselfaasiin lisätään pinta-aktiivista ainetta. Emulgointiaine pidentää emulsion stabiilisuutta ja mahdollistaa vesi-dieselpolttoaineen varastoinnin. W? D-emulsion stabiilisuus riippuu emulgointiaineesta, ultraääniprosessin parametreista ja lämpötilasta. Pinta-aktiivisen aineen ja sonikaatioparametrien oikealla yhdistelmällä voidaan saavuttaa WiDE: n merkittävä pitkäaikainen vakaus.

Ultraääniemulgointijärjestelmän asennus ja jälkiasennus on yksinkertaista, turvallista ja edullista. W? D-emulsiopolttoaineita voidaan käyttää yhdessä minkä tahansa tavanomaisen dieselmoottorin kanssa (esim. generaattorit, rautatiemoottorit, laivamoottorit) ilman muutoksia.

Mikä tekee WiDE-polttoaineista tehokkaampia? – Mikroräjähdysilmiö

Water-in-Diesel-emulsiopolttoaineet koostuvat suspendoituneista vesihiukkasista jatkuvassa dieselfaasissa. Poltettaessa emulsiopolttoaineen hienokokoiset vesipisarat saavuttavat ylikuumentuneen vaiheensa nopeammin kuin diesel ja aiheuttavat höyryn laajenemisen hajoamisen (spontaanin räjähdyksen) palamisen aikana, jolloin syntyy erittäin hienoja hiukkasia. Koska minuuttihiukkasten pinta-ala on kasvanut imuilman kanssa, ilman ja polttoaineen sekoittuminen paranee merkittävästi ja lisää siten palamistehokkuutta. (Ivanov, Nevedov 1965)

Korkean suorituskyvyn ultraääniemulgointijärjestelmät

Hielscher Ultrasonics toimittaa korkean suorituskyvyn ultraääniprosessoreita korkealaatuisten (nano-) emulsioiden jatkuvaan tuotantoon. Erinomainen ultraäänisuorituskyky, kestävyys ja pieni jalanjälki tekevät Hielscher Ultrasonicators ihanteellinen sekoitusjärjestelmä vesi-dieselemulsiopolttoaineille. Jos haluat tuottaa emulsiopolttoaineita suoraan ruiskutettavaksi polttomoottoriin tai stabiileja emulsiopolttoaineita varastointia ja myöhempää polttamista varten, Hielscher Ultrasonicsilla on sopivin asennus sovellukseesi. Pienemmistä ultraääniemulsiojärjestelmistä integroitavaksi rautatievetureihin ja sisävesialuksiin suurten vesipolttoainemäärien tuottamiseen voimalaitoksille ja valtaville merialuksille – Ultraääniprosessorien klusterimme mahdollistavat minkä tahansa tilavuuden emulsiopolttoaineen käsittelyn.
Korkean ultraäänitehon, luotettavuuden ja kestävyyden lisäksi Hielscher Ultrasonics’ Teollisia ultraääniprosessoreita voidaan ohjata ja seurata tarkasti. Lämpötila- ja paineanturit lähettävät tiedot generaattorille, jossa kaikki tärkeät prosessiparametrit, kuten amplitudi, netto- ja kokonaisenergia, lämpötila ja paine, tallennetaan sisäänrakennetulle SD-kortille. Älykäs ohjelmisto-ohjaus mahdollistaa tarkkojen prosessiparametrien määrittämisen ja asettamisen standardoidulle emulsiopolttoaineelle, joka on jatkuvasti korkealaatuista. Vaippainen ultraäänivirtausreaktori voidaan jäähdyttää tehokkaasti ja mahdollistaa emulsion käsittely tietyissä lämpötiloissa. Ultraäänilaitteidemme kestävyys mahdollistaa 24/7 toiminnan raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä.
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: