Ultraääniemulsiot dieseliin

Dieselillä toimivia generaattoreita, laivanmoottoreita ja rautatiemoottoreita voidaan käyttää tehokkaammin, kun käytetään dieselemulsioita. Vesi-diesel emulsio polttoaineet vähentävät polttoaineenkulutusta, alentaa palamislämpötilaa, polttaa puhtaampia ja vähentää päästöjä, kuten NOx ja noki. Ultraääniemulgointi on luotettava, yksinkertainen ja tehokas menetelmä korkealaatuisten dieselpolttoaineiden tuottamiseksi.

Ultraääni emulgointi vesi-in-Diesel

Vesi-in-Diesel emulsiot (WiDE; W/D-emulsiopolttoaine) on muutettu dieselpolttoainevaihtoehto, joka sisältää jopa 15 % vettä. Tunnetaan myös nimellä aqua-fuel, vesi-dieselemulsioissa vesipisarat ovat ultraäänellä emulgoituja jatkuvaan dieselfaasin. Voimakas sonikaatio nesteitä tuottaa akustinen kavitaatio. Kavitaatioleikkausvoimat häiritsevät pisaran ja tuottavat homogeenisen emulsion muutoin sekoittumattomista vesi- ja dieselvaiheista.

Vesi dieselemulsio

WiDE (W/D emulsio) määritellään sekoitus luonnostaan sekoittumattomia vesipisaroita (dispergoitu / sisäinen vaihe) dieselissä (jatkuva /ulkoinen vaihe). Emulgointiainetta lisätään pieninä pitoisuuksina emulsioiden stabiiliuden parantamiseksi ja sekoitusenergian tarpeen alentamiseksi.

Kaksivaiheinen emulsio

Kaksivaiheinen emulsio kuvaa veden sekoitusta dieselissä ilman pinta-aktiivista ainetta. Kaksivaiheisen WiDE:n osalta vesi- ja dieselruokintavirrat emulgoituvat ultraäänellä moottorin etukäteen. Ultraääni kaksivaiheinen vesi-in-diesel emulsio menee suoraan ultraääni virtaus-solu reaktoripolttomoottoriin. Ilman pinta-aktiivista ainetta emulsiota ei ole valmistettu varastointiin, vaan suoraan palamiseen.

Tapaustutkimus vesi-dieselemulsiopolttoaineesta

Asetukset

Ithnin et al. (2018) tutki vesidieselemulsiopolttoaineen (WiDE) vaikutusta yhteen sylinteriin, suoraruiskutusdieselmoottoriin. Vettä ja dieseliä varastoitiin eri yksiköissä, joista ne on siirretty kvantitatiivisesti sekoitusjärjestelmään. Sekoitusjärjestelmä koostui korkean leikkaussekoittimen ja ultraäänihomogenisaattorin yhdistelmästä. Leikkaus sekoitin tarjosi raakaa esisekoitusta 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, minkä vuoksi sitä kutsutaan pitkäaikaiseksi epävakaaksi emulsiopolttoaineeksi (UW/D). Dieselmoottoria testattiin neljässä eri kuormitusolosuhteissa (1 kW (25 %), 2 kW (50 %), 3 kW (74 %), 4 kW (100 %)) ja vakionopeudella 3000 rpm. Polttoaineen suorituskyvyn ja päästöjen kaltaisten vaikutusten vertailemiseksi samalla moottorilla testattiin myös pinta-aktiivisten emulsioiden stabiloitua emulsiopolttoainetta (stabiili emulsio (SW/D)) ja siistiä dieselpolttoainetta (D2). 5% vettä käytetään sekä epästabiili emulsio ja stabiili emulsio.

Tulokset

Moottoritesti osoittaa, että vesidiesel-emulsiopolttoaine ilman pinta-aktiivista ainetta (UW/D) parantaa merkittävästi moottoria, kun jarrujen lämpöhyötysuhde (BTE) on 3,59 prosenttia suurempi ja jarruspesifisen polttoaineenkulutuksen (BSFC) 3,89 prosentin vähennys verrattuna siistiin dieselpolttoaineeseen. Emulsiopolttoaineet, sekä stabiloitu (SW/D) että epästabiloitu (UW/D), lisäsivät moottorin lämpöhyötysuhdetta mikroräjähdysilmiön vuoksi. Mikroräjähdysilmiö aiheuttaa emulgoitujen vesipisaroiden nopean haihtumisen. Koska minuutti vesipisaroita ympäröi öljy, voimakas haihtumisprosessi häiritsee pisaroita voimakkaasti erittäin pieniksi hiukkasiksi, mikä edistää ilman ja polttoaineen sekoittamista. Pisarahäiriö ja sekoittuminen ilmaan lisäävät palamistehokkuutta merkittävästi.
Tulokset osoittavat, että vesidiesel-emulsiopolttoaineen tuottamisen ja siirtämisen käsite reaaliaikaisesti moottoriin ilman pinta-aktiivista ainetta toimii erittäin hyvin. Ultraäänellä valmistetun vesi-diesel-seoksen välitön siirto poistaa varastoidun emulsiopolttoaineen stabilointiongelman sekä riippuvuuden pinta-aktiivisesta aineesta. Epävakaa vesi-diesel-emulsiopolttoaine (UW/D) säilytti luotettavasti emulsiomuotonsa saavuttamatta sedimentaatiovaiheeseen 25 sekunnin kuluessa (ks. kuva alla).

Pisaran käyttäytyminen ultraäänellä emulgoitunut ater-in-diesel emulsio polttoaineen ajan myötä a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s ja d) 132 s. (suurennus 1000×) – Ithnin et al. 2018

Verrattuna siistiin dieselpolttoaineeseen vesi-dieselemulsiopolttoaineella on merkittävästi pienempi pakokaasupäästöt typen oksideja (NOx) ja hiukkasia (PM) ja keskimääräinen vähennys 31,66% ja hiukkaset (PM) keskimäärin 31,66% ja hiukkaset (PM) ja keskimääräinen vähennys 31,66% ja hiukkaset (PM) ja keskimääräinen vähennys 31,66% ja hiukkaset (PM) ja keskimääräinen vähennys 31,66% ja 16,33% vastaavasti.

Kaiken kaikkiaan ultraäänellä valmistetut emulsiot – epästabiili tai pinta-aktiivinen aine vakiintuu – dieselpolttoaineen säästämiseksi ja pakokaasupäästöjen vähentämiseksi.
Vihreämpi pakokaasupäästöt ja polttoaineen säästöt ultraääni!

Ensisijainen ja toissijainen atomisaatio emulgoidussa polttoaineessa sprayliekissä.

Ternaarisen faasin emulsio

Ternaarinen faasiemulsio, joka tunnetaan myös kolmivaiheemulsiona, koostuu vedestä, öljystä ja pinta-aktiivisesta ainesta. Veden ultraääniemulgoinnin aikana dieselvaiheeseen lisätään pinta-aktiivinen aine. Emulgointiaine pidentää emulsion stabiilisuutta ja mahdollistaa vesi-in-dieselpolttoaineen säilymisen. W / D emulsion stabiilisuus riippuu emulgointiaine, ultraääni prosessi parametrit ja lämpötila. Pinta-aktiivisten aineiden ja sonikaatioparametrien oikealla yhdistelmällä voidaan saavuttaa Merkittävä pitkän aikavälin WiDE:n vakaus.

Ultraääniemulgointijärjestelmän asennus ja jälkiasennus on yksinkertainen, turvallinen ja edullinen. W/D-emulsiopolttoaineita voidaan käyttää yhdessä minkä tahansa tavanomaisen dieselmoottorin (esim. generaattorit, rautatiemoottorit, laivamoottorit) kanssa ilman muutoksia.

Mikä tekee WiDE-polttoaineista tehokkaampia? – Mikroräjähdysilmiö

Vesi-in-Diesel emulsio polttoaineet koostuvat suspendoituneen veden hiukkasia jatkuvassa dieselfaasissa. Kun poltetaan, emulsiopolttoaineen hienokokoiset vesipisarat saavuttavat ylikuumennunneen vaiheen nopeammin kuin diesel ja luovat höyrynlaajenemisen hajoamisen (spontaani räjähdys) palamisen aikana, luoden erittäin pieniä hiukkasia. Minuuttihiukkasten pinta-alan kohoamisen ja imuilman ansiosta ilman ja polttoaineen sekoittaminen paranee merkittävästi ja lisää siten palamistehokkuutta. (Ivanov, Nevedov 1965)

Tehokkaat ultraääniemulgointijärjestelmät

Hielscher Ultrasonics toimittaa korkean suorituskyvyn ultraääniprosessoreita korkealaatuisten (nano)emulsioiden jatkuvaan tuotantoon. Ylivoimainen ultraäänisuorituskyky, kestävyys ja pieni jalanjälki tekevät Hielscher Ultrasonicatorsista ihanteellisen sekoitusjärjestelmän vesi-diesel-emulsiopolttoaineille. Wether haluat tuottaa emulsiopolttoaineita suoraan injektioosaksi polttomoottori tai vakaa emulsio polttoaineita varastointiin ja myöhemmin palaminen, Hielscher Ultrasonics on sopivin asetukset sovellukseesi. Pienemmistä ultraääniemulsiojärjestelmistä rautatievetureiden ja sisävesialusten integroimiseksi voimalaitosten ja valtavien merialusten suurten vesipolttoainemäärien tuotantoon asti – ultraääniprosessoreiden klustereiden avulla emulsiopolttoaineen käsittely missä tahansa tilavuudessa.
Korkean ultraäänilähdön, luotettavuuden ja kestävyyden lisäksi Hielscher Ultrasonics’ teollisuuden ultraääniprosessorit voidaan tarkasti valvoa ja seurata. Lämpötila- ja paineanturit lähettävät tiedot generaattoriin, jossa kaikki tärkeät prosessiparametrit, kuten amplitudi, netto- ja kokonaisenergia, lämpötila ja paine, kirjataan sisäänrakennetulle SD-kortille. Älykäs ohjelmiston ohjaus mahdollistaa määrittää tarkat prosessiparametrit standardoidulle emulsiopolttoaineelle, joka on jatkuvasti laadukasta. Vaippainen ultraäänivirtausreaktori voidaan tehokkaasti jäähdyttää ja antaa emulsion prosessoimiseksi määrätyissä lämpötiloissa. Ultraäänilaitteistomme kestävyys mahdollistaa 24/7-käytön raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä.
Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista: