Pengurangan-NOx dengan Emulsifikasi Minyak dan Air

Nitrogen oksida (NO_x) diketahui langsung berbahaya bagi kesehatan manusia dan lingkungan. Mesin diesel dan bensin bergerak dan stasioner berkontribusi besar pada NO di seluruh dunia_x Emisi. Emulsifikasi bahan bakar dengan air adalah cara untuk mengurangi NO_x emisi mesin. Emulsifikasi ultrasonik adalah cara yang efektif untuk menghasilkan bahan bakar / emulsi air ukuran halus.

Mobil dan truk, pesawat terbang, generator listrik, forklift, unit AC, dan boiler menghasilkan sejumlah besar partikel (PM) dan NO_x dengan pembakaran produk minyak bumi. TIDAK_x mengacu pada campuran oksida nitrat (NO) dan nitrat dioksida (NO₂) serta N₂O, TIDAK₃, N₂O₄ dan N₂O₅. Oksida nitrat dan nitrat dioksida berkontribusi pada ozon tingkat rendah, kabut asap dan berbahaya bagi lingkungan dan manusia. Peraturan lingkungan mengatasi emisi polutan udara dengan Pengetatan batas. Emisi mesin juga termasuk sulfur dioksida (SO₂) sebagai akibat dari senyawa belerang dalam bahan bakar. Masalah ini dikurangi dengan hidrodesulfurisasi atau Ultrasonically membantu Desulfurisasi.

Berjalan dengan Emulsi Bahan Bakar / Air

Dalam beberapa tahun terakhir, banyak pekerjaan telah dilakukan pada pengaruh air pada NO_x tingkat emisi. Berbagai rasio volumetrik bahan bakar: air dari 1:1 hingga 19:1 telah diuji untuk sifat pembakaran. Dalam kebanyakan kasus, surfaktan 1 hingga 2 persen volume ditambahkan untuk stabilisasi emulsi.

Latar Belakang Pembakaran

Pembakaran bahan bakar menghasilkan energi panas dan mekanik. Fraksi mekanis dapat digunakan untuk menggerakkan piston atau turbin untuk propulsi atau pembangkit listrik. Di sebagian besar mesin, energi panas tidak digunakan. Ini menghasilkan efisiensi termodinamika yang lebih rendah.

Sekitar 90% dari NO_x hasil dari proses pembakaran bahan bakar adalah NO. NO terutama dibentuk oleh oksidasi nitrogen atmosfer (N₂). Air yang ditambahkan ke bahan bakar menurunkan suhu pembakaran karena penguapan air. Ketika air dalam emulsi bahan bakar-air menguap, bahan bakar di sekitarnya juga menguap. Ini meningkatkan luas permukaan bahan bakar. Suhu yang lebih rendah dan distribusi bahan bakar yang lebih baik mengarah pada pembentukan NO yang lebih rendah_x.

Teknologi emulsifikasi ultrasonik

Memasukkan air ke dalam pembakaran bahan bakar telah ditunjukkan dalam banyak karya untuk turunkan NO_x Emisi. Air dapat ditambahkan dengan membentuk emulsi bahan bakar/air dengan dua cara:

• tidak stabil: emulsifikasi air sebaris ke dalam bahan bakar sebelum injeksi
• Stabil: pembuatan emulsi bahan bakar/air yang stabil untuk digunakan sebagai alternatif bahan bakar drop-in

Canfield (1999) · merangkum NO_x pengurangan dengan penggunaan air dan aditif lainnya:

• emulsi yang tidak stabil
  • volume air yang ditambahkan%: 10 hingga 80%
  • Bukan_x pengurangan dengan: 4 hingga 60%
• emulsi stabil
  • volume air yang ditambahkan%: 25 hingga 50%
  • Bukan_x pengurangan dengan: 22 hingga 83%

Emulsi

Emulsi adalah campuran dari umumnya cairan yang tidak dapat bercampur (fase), seperti minyak dan air. Selama proses emulsifikasi, fase dispersi (misalnya air) dimasukkan ke dalam fase cair (misalnya minyak). Dengan penerapan pergesekan fisik yang sangat tinggi, ukuran partikel (= ukuran tetesan) dari fase dispersi berkurang. Semakin kecil ukuran partikel, semakin stabil emulsi yang dihasilkan. Stabilitas tambahan dapat dicapai dengan pengenalan surfaktan atau stabilisator. Klik pada grafik di atas untuk melihat hasil sampel untuk emulsifikasi ultrasonik 10% air dalam oli motor (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg Jerman). Penelitian ini dilakukan oleh Behrend dan Schubert (2000).

Ultrasound

Ketika mengsonikasi cairan pada intensitas tinggi, gelombang suara yang merambat ke dalam media cair mengakibatkan tekanan balik yang tinggi (kompresi) dan siklus bertekanan rendah (penjernihan), dengan tingkat yang tergantung pada frekuensi. Selama siklus bertekanan rendah, intensitas gelombang ultrasonik yang tinggi membuat gelembung-gelembung vakum kecil atau void dalam cairan. Ketika gelembung mencapai volume di mana mereka tak dapat lagi menyerap energi, mereka runtuh dengan keras selama dalam siklus bertekanan tinggi. Fenomena ini disebut kavitasi. Selama ledakan yang sangat tinggi suhu (sekitar. 5, 000K) dan tekanan (kira-kira 2, 000atm) dapat dicapai secara lokal. Ledakan gelembung kavitasi juga mengakibatkan cair jet dengan kecepatan hingga 280 m/s.

Ultrasonografi telah terbukti menghasilkan Emulsi yang sangat homogen air dalam minyak (w/o) dan minyak dalam air (o/w) oleh geser kavitasi tinggi. Karena parameter ultrasonikasi dapat dikontrol dengan baik, ukuran dan distribusi partikel dengan baik Dapat disesuaikan dan diulang. Biasanya, USG diterapkan dalam reaktor sel aliran. Oleh karena itu, emulsi bisa dibuat terus menerus sebaris. Untuk alasan ini, ultrasonikasi dapat digunakan untuk pembuatan emulsi yang stabil dan tidak stabil.

Tabel di bawah ini menunjukkan kapasitas pemrosesan umum untuk berbagai tingkat daya ultrasonik.

Degassing dan Defoaming Ultrasonik

Ultrasonografi juga membantu Kurangi jumlah gelembung udara dalam campuran emulsi. Gambar di sebelah kanan menunjukkan efek (5 detik gambar kemajuan dari kiri ke kanan) ultrasonikasi pada konten gelembung. Karena variasi kandungan gelembung menyebabkan fluktuasi waktu injeksi, a degassing, deaerasi dan defoaming dengan ultrasonication meningkatkan kinerja mesin.

Peralatan Ultrasonik Proses

Hielscher adalah pemasok terkemuka perangkat ultrasonik berkapasitas tinggi, di seluruh dunia. Hielscher membuat ultrasonik prosesor hingga 16kW daya per satu perangkat, tersedia tidak ada batas untuk plant size atau kapasitas pemrosesan. Kelompok beberapa sistem 16kW sedang digunakan untuk pembuatan bahan bakar drop-in dalam jumlah besar. Pengolahan bahan bakar industri tidal membutuhkan bank energi ultrasonik. Kebutuhan energi yang sebenarnya dapat ditentukan dengan menggunakan prossesor ultrasonik 1kW dalam skala bench-top. Semua hasil dari percobaan bench-top dapat ditingkatkan dengan mudah.

Biaya Ultrasonikasi

Ultrasonikasi adalah teknologi pengolahan yang efektif. Biaya pemrosesan ultrasonik terutama berasal dari investasi
perangkat ultrasonik, biaya utilitas dan perawatan yang luar biasa (Lihat Bagan) Perangkat Hielscher ultrasonik membantu untuk mengurangi biaya utilitas.

Literatur

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Memberi efek berkesinambungan di fase viskositas pada saat emulsifikasi dengan USG, di: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Canfield, A., C. (1999): Pengaruh Pembakaran Emulsi Diesel-Air pada Mesin Diesel NO_x Emisi, dalam: Tesis Master disajikan ke sekolah pascasarjana University of Florida, 1999.