油・水乳化によるNOx低減

窒素酸化物(NO)_x)は、人間と環境の健康に直ちに危険を及ぼすことが知られています。移動式および定置式のディーゼルエンジンとガソリンエンジンは、世界のNOに大きく貢献しています_x 排出 量。水で燃料を乳化することは、NOを減らす方法です_x エンジンの排出ガス。超音波乳化は、微細なサイズの燃料/水エマルジョンを生成するための効果的な手段です。

自動車やトラック、航空機、発電機、フォークリフト、空調ユニット、ボイラーが発電します 大量の粒子状物質(PM)とNO_x 石油製品の燃焼による。いいえ_x 一酸化窒素(NO)と一酸化窒素(NO)の混合物を指します₂) と N₂ああ、いいえ₃、N₂O₄ と N₂O₅.一酸化窒素と一酸化窒素 低レベルのオゾン、スモッグに寄与する そして環境と人間に有害です。環境規制は、大気汚染物質の排出に対処するために、次のようにしています。 締め付け制限.エンジンの排出ガスには、二酸化硫黄(SO₂)燃料中の硫黄化合物の結果として。この問題は、水素化脱硫または 超音波支援脱硫.

燃料/水エマルジョンでの実行

近年、多くの作業が行われてきました。 NOに対する水の影響_x 排出レベル。1:1から19:1までのさまざまな燃料と水の体積比が燃焼特性についてテストされています。ほとんどの場合、エマルジョンの安定化のために1〜2体積パーセントの界面活性剤が添加されました。

燃焼の背景

燃料の燃焼は、熱エネルギーと機械エネルギーを生成します。機械的なフラクションは、推進力や発電のためのピストンやタービンを駆動するために使用できます。ほとんどのエンジンでは、熱エネルギーは使用されません。これにより、熱力学的効率が低下します。

NOの約90%_x 燃料の燃焼プロセスに起因するのはNOです。NOは、主に大気中の窒素(N₂).燃料に水を加えると、水が蒸発するため燃焼温度が下がります。燃料水エマルジョン中の水が蒸発すると、周囲の燃料も気化します。これにより、燃料の表面積が増加します。低温とより良い燃料分布は、 NOの形成が少ない_x.

超音波乳化

燃料燃焼に水を導入することは、多くの作品で示されています NOを下げる_x 排出 量.水は、2つの方法で燃料/水エマルジョンを形成することによって追加することができます。

• 不安定: 噴射前の燃料への水のインライン乳化
• 安定 化： ドロップイン燃料の代替燃料として使用される安定した燃料/水エマルジョンの製造

キャンフィールド (1999年) NOを要約します_x 水やその他の添加物の使用による削減:

• 非安定化エマルジョン
  • 加水量%:10〜80%
  • いいえ_x 削減方法: 4 から 60%
• 安定化エマルジョン
  • 加水vol%:25〜50%
  • いいえ_x 削減方法: 22 から 83%

乳剤

エマルジョンは、一般的に 非混和性の液体 (相)、油や水など。乳化の過程で、分散相(水など)が液相(油など)に導入されます。のアプリケーションによって 高せん断、分散相の粒子サイズ(=液滴サイズ)が小さくなります。粒子サイズが小さいほど、生成されるエマルジョンはより安定しています。界面活性剤または安定剤の導入により、さらなる安定性を達成することができます。 上の図をクリックしてください モーターオイル(Velocite 3、Mobil Oil、ハンブルクドイツ)中の10%水の超音波乳化のサンプル結果をご覧ください。この研究は、 ベーレントとシューベルト(2000).

超音波

高強度で液体を超音波処理すると、液体媒体に伝播する音波により、周波数に応じた速度で高圧(圧縮)サイクルと低圧(希薄化)サイクルが交互に発生します。低圧サイクルでは、高強度の超音波が液体中に小さな真空気泡または空隙を生成します。気泡がエネルギーを吸収できなくなった体積に達すると、高圧サイクル中に気泡は激しく崩壊します。この現象はキャビテーションと呼ばれます。爆縮時には、非常に高温(約5,000K)と圧力(約2,000気圧)が局地的に到達します。キャビテーション気泡の爆縮は、最大280m/sの速度の液体ジェットももたらします。

超音波は、 非常に均質なエマルジョン 油中の水(W / O)と水中の油(O / W)の 高キャビテーションせん断.超音波処理のパラメータは十分に制御可能であるので、粒子サイズおよび分布は良好である 調整可能で再現性があります.通常、超音波はフローセルリアクターで印加されます。したがって、エマルジョンは 連続的にインラインで作られました.このため、超音波処理は安定化エマルジョンおよび非安定化エマルジョンの製造に使用することができる。

次の表は、さまざまな超音波パワーレベルの一般的な処理能力を示しています。

超音波脱気・脱泡

超音波はまた、以下のことに役立ちます 気泡の量を減らす エマルジョン混合物に。右の写真は、泡の内容物に対する超音波処理の影響(左から右への5秒の進行画像)を示しています。気泡含有量の変動により、注入タイミングが変動するため、 脱気、脱気、脱泡 超音波処理により、エンジン性能が向上します。

超音波プロセス機器

ヒールシャーは 大容量超音波装置のリーディングサプライヤー世界的な。ヒールシャーが最大で超音波プロセッサを作るように 16キロワット 単一デバイスあたりの電力あるんだ 植物のサイズに制限はありません または処理能力。複数の16kWシステムのクラスターが、大量のドロップイン燃料の製造に使用されています。 産業用燃料処理 超音波エネルギーをあまり必要としません。実際のエネルギー要件は、ベンチトップスケールの1kW超音波プロセッサを使用して決定できます。このようなベンチトップ試験のすべての結果は、以下のとおりである可能性があります。 簡単にスケールアップ.

超音波処理の費用

超音波処理は効果的な処理技術です。超音波処理コストは、主に投資から生じます
超音波装置の場合、光熱費とメンテナンス。傑出した エネルギー効率 (参照 チャート)ヒールシャー超音波装置の光熱費を削減するのに役立ちます。

文学

ベーレンド、O.、シューベルト、H.(2000):超音波による乳化に対する連続相粘度の影響、超音波ソノケミストリー7(2000)77-85。

キャンフィールド、A.、C。 (1999): ディーゼルエンジンNOに対するディーゼル水エマルジョン燃焼の影響_x 排出量、in:1999年にフロリダ大学の大学院に提出された修士論文。