NOx-ի նվազեցում նավթի/ջրի-էմուլսացման միջոցով

Ազոտի օքսիդներ (NO_x) հայտնի է որպես անհապաղ վտանգավոր մարդու և շրջակա միջավայրի առողջության համար: Շարժական և անշարժ դիզելային և բենզինային շարժիչները մեծապես նպաստում են համաշխարհային NO-ին_x արտանետումները. Վառելիքի էմուլսացումը ջրով NO-ի նվազեցման միջոց է_x շարժիչների արտանետումները. Ուլտրաձայնային էմուլսիֆիկացիան արդյունավետ միջոց է նուրբ չափի վառելիքի/ջուր-էմուլսիաներ ստեղծելու համար:

Ավտոմեքենաներ և բեռնատարներ, օդանավեր, էլեկտրական գեներատորներ, բեռնատարներ, օդորակման բլոկներ և կաթսաներ արտադրում են մեծ քանակությամբ մասնիկներ (PM) և NO_x նավթամթերքների այրման միջոցով: ՈՉ_x վերաբերում է ազոտի օքսիդի (NO) և ազոտի երկօքսիդի (NO₂) ինչպես նաև Ն₂Օ, ՈՉ₃, Ն₂Օ₄ և Ն₂Օ₅. Ազոտի օքսիդ և ազոտի երկօքսիդ նպաստում են ցածր մակարդակի օզոնի, սմոգի առաջացմանը և վտանգավոր են շրջակա միջավայրի և մարդկանց համար: Բնապահպանական կարգավորումն անդրադառնում է օդի աղտոտող նյութերի արտանետումների վրա սահմանների խստացում. Շարժիչի արտանետումները ներառում են նաև ծծմբի երկօքսիդ (SO₂) վառելիքում ծծմբային միացությունների արդյունքում։ Այս խնդիրը կրճատվում է հիդրոսուլֆուրացման կամ Ուլտրաձայնային օգնությամբ ծծմբաթափում.

Աշխատում է վառելիքի/ջրի էմուլսիայի վրա

Վերջին տարիներին մեծ աշխատանք է կատարվել դրա ուղղությամբ ջրի ազդեցությունը NO-ի վրա_x արտանետումների մակարդակները. Այրման հատկությունների համար փորձարկվել են տարբեր վառելիք-ջուր ծավալային հարաբերակցություններ 1:1-ից մինչև 19:1: Շատ դեպքերում էմուլսիայի կայունացման համար ավելացվել է 1-ից 2 ծավալային տոկոս մակերեսային ակտիվ նյութ:

Այրման նախապատմություն

Վառելիքի այրումը առաջացնում է ջերմային և մեխանիկական էներգիա: Մեխանիկական մասնաբաժինը կարող է օգտագործվել շարժիչի կամ էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար մխոցներ կամ տուրբիններ վարելու համար: Շարժիչների մեծ մասում ջերմային էներգիան չի օգտագործվում։ Սա հանգեցնում է ավելի ցածր թերմոդինամիկական արդյունավետության:

Մոտ. ՈՉ-ի 90%-ը_x վառելիքի այրման գործընթացից առաջացած ՈՉ է: NO-ն առաջանում է հիմնականում մթնոլորտային ազոտի օքսիդացումից (N₂) Վառելիքին ավելացված ջուրը նվազեցնում է այրման ջերմաստիճանը ջրի գոլորշիացման պատճառով: Երբ վառելիք-ջուր էմուլսիայի ջուրը գոլորշիանում է, շրջակա վառելիքը նույնպես գոլորշիանում է: Սա մեծացնում է վառելիքի մակերեսը: Ցածր ջերմաստիճանը և վառելիքի ավելի լավ բաշխումը հանգեցնում են ա NO-ի ավելի ցածր ձևավորում_x.

Ուլտրաձայնային էմուլսացիա

Վառելիքի այրման մեջ ջրի ներմուծումը ցուցադրվել է բազմաթիվ աշխատանքներում իջեցնել ՈՉ-ը_x արտանետումները. Ջուրը կարող է ավելացվել՝ ձևավորելով վառելիք/ջուր էմուլսիա երկու եղանակով.

• անկայուն: ներարկումից առաջ ջրի էմուլգացիա վառելիքի մեջ
• կայունացված: կայուն վառելիքի/ջրի էմուլսիայի արտադրություն, որը կօգտագործվի որպես վառելիքի կաթիլային այլընտրանք

Քենֆիլդ (1999) ամփոփում է ՈՉ-ը_x կրճատում ջրի և այլ հավելումների օգտագործմամբ.

• անկայուն էմուլսիա
  • ավելացված ջրի ծավալը%՝ 10-ից 80%
  • ՈՉ_x կրճատում ըստ՝ 4-ից 60%
• կայունացված էմուլսիա
  • ավելացված ջրի ծավալը%՝ 25-ից 50%
  • ՈՉ_x կրճատում ըստ՝ 22-ից 83%

էմուլսիա

Էմուլսիան ընդհանուր առմամբ խառնուրդ է չխառնվող հեղուկներ (փուլեր), ինչպիսիք են նավթը և ջուրը: Էմուլսացման գործընթացում ցրված փուլը (օրինակ՝ ջուր) ներմուծվում է հեղուկ փուլ (օրինակ՝ յուղ)։ -ի դիմումով բարձր կտրվածք, ցրված փուլի մասնիկների չափը (= կաթիլային չափը) կրճատվում է։ Որքան փոքր է մասնիկի չափը, այնքան ավելի կայուն է առաջացած էմուլսիան: Լրացուցիչ կայունություն կարելի է ձեռք բերել մակերեւութային ակտիվ նյութերի կամ կայունացուցիչների ներդրմամբ: Սեղմեք վերը նշված գրաֆիկի վրա տեսնելու նմուշի արդյունքները շարժիչային յուղում 10% ջրի ուլտրաձայնային էմուլսացման համար (Velocite 3, Mobil Oil, Համբուրգ Գերմանիա): Այս ուսումնասիրությունն իրականացրել է Բեհրենդ և Շուբերտ (2000).

Ուլտրաձայնային

Բարձր ինտենսիվությամբ հեղուկներ հնչյունավորելիս ձայնային ալիքները, որոնք տարածվում են հեղուկ միջավայրում, հանգեցնում են բարձր ճնշման (սեղմման) և ցածր ճնշման (հազվադեպ) ցիկլերի փոփոխման՝ հաճախականությունից կախված արագությամբ: Ցածր ճնշման ցիկլի ընթացքում բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքները հեղուկում ստեղծում են փոքր վակուումային փուչիկներ կամ դատարկություններ: Երբ փուչիկները հասնում են այնպիսի ծավալի, որով նրանք այլևս չեն կարող էներգիա կլանել, նրանք կատաղի փլուզվում են բարձր ճնշման ցիկլի ընթացքում: Այս երեւույթը կոչվում է կավիտացիա: Պայթյունի ժամանակ տեղական մակարդակում հասնում են շատ բարձր ջերմաստիճաններ (մոտ 5000K) և ճնշում (մոտ 2000ատմ): Կավիտացիոն պղպջակի պայթյունը նաև հանգեցնում է մինչև 280 մ/վ արագությամբ հեղուկ շիթերի:

Ապացուցված է, որ ուլտրաձայնը առաջացնում է շատ համասեռ էմուլսիաներ ջրի մեջ նավթի (w/o) և նավթի ջրի մեջ (o/w) կողմից բարձր կավիտացիոն կտրվածք. Քանի որ ultrasonication-ի պարամետրերը լավ վերահսկելի են, մասնիկների չափը և բաշխումը լավ է կարգավորելի և կրկնվող. Որպես կանոն, ուլտրաձայնը կիրառվում է հոսքի բջջային ռեակտորում: Հետեւաբար, էմուլսիան կարող է լինել շարունակաբար ներկառուցված. Այս պատճառով, ուլտրաձայնային կարող է օգտագործվել կայացման կայունացված եւ unstabilized էմուլսիաներ.

Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս ուլտրաձայնային հզորության տարբեր մակարդակների ընդհանուր մշակման հզորությունները:

Ուլտրաձայնային գազազերծում և փրփրազերծում

Ուլտրաձայնը նույնպես օգնում է նվազեցնել օդային փուչիկների քանակը էմուլսիայի խառնուրդում: Աջ կողմում գտնվող նկարը ցույց է տալիս (5 վրկ. առաջընթացի պատկերներ ձախից աջ) ուլտրաձայնային ազդեցությունը պղպջակների պարունակության վրա: Քանի որ պղպջակների պարունակության տատանումները առաջացնում են ներարկման ժամանակի տատանումներ, ա գազազերծում, օդազերծում և փրփրազերծում Ուլտրաձայնային միջոցով բարելավում է շարժիչի աշխատանքը:

Ուլտրաձայնային գործընթացի սարքավորումներ

Hielscher է բարձր հզորությամբ ուլտրաձայնային սարքերի առաջատար մատակարար, ամբողջ աշխարհում։ Քանի որ Hielscher-ը պատրաստում է ուլտրաձայնային պրոցեսորներ մինչև 16 կՎտ հզորությունը մեկ սարքի համար, կա բույսի չափի սահմանափակում չկա կամ մշակման հզորություն: 16 կՎտ հզորությամբ մի քանի համակարգերի կլաստերներն օգտագործվում են մեծ ծավալներով կաթիլային վառելիքի արտադրության համար: Արդյունաբերական վառելիքի վերամշակում շատ ուլտրաձայնային էներգիա չի պահանջում: Փաստացի էներգիայի պահանջը կարող է որոշվել՝ օգտագործելով 1 կՎտ հզորությամբ ուլտրաձայնային պրոցեսոր՝ նստարանային մասշտաբով: Բոլոր արդյունքները նման նստարանային փորձարկումներից կարող են լինել հեշտությամբ մեծանում է.

Ուլտրաձայնային ախտորոշման ծախսերը

Ultrasonication-ը մշակման արդյունավետ տեխնոլոգիա է: Ուլտրաձայնային մշակման ծախսերը հիմնականում բխում են ներդրումներից
ուլտրաձայնային սարքերի, կոմունալ ծախսերի և սպասարկման համար: Ակնառու էներգաարդյունավետության (տեսնել գծապատկեր) Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը օգնում են նվազեցնել կոմունալ ծախսերը:

գրականություն

Behrend, O., Schubert, H. (2000)Շարունակական փուլային մածուցիկության ազդեցությունը էմուլսացման վրա ուլտրաձայնի միջոցով, in. Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85:

Քենֆիլդ, Ա., Ք. (1999): Դիզել-ջուր էմուլսիայի այրման ազդեցությունը դիզելային շարժիչի NO-ի վրա_x Արտանետումներ, in. Մագիստրոսական թեզ, որը ներկայացվել է Ֆլորիդայի համալսարանի ավարտական դպրոցին, 1999 թ.