NOx-Reduktioun duerch Ueleg / Waasser-Emulsifikatioun

Stickstoffoxiden (NO_x) si bekannt als direkt geféierlech fir d'mënschlech an d'Ëmweltgesondheet. Mobil a stationär Diesel- a Benzinmotoren droen zum gréissten Deel zum weltwäite NO bäi_x Emissiounen. Emulsifikatioun vum Brennstoff mat Waasser ass e Wee fir den NO ze reduzéieren_x Emissiounen vun Motore. D'Ultraschall-Emulsifikatioun ass en effektiv Mëttel fir d'Feingréisst Brennstoff / Waasser-Emulsiounen ze generéieren.

Autoen a Camionen, Fligeren, elektresch Generatoren, Forklifts, Klimaanlag Eenheeten a Kessel generéieren grouss Quantitéite vu Partikelen (PM) an NO_x duerch d'Verbrennung vu Pëtrolsprodukter. NEE_x bezitt sech op Mëschungen aus Nitrogenoxid (NO) an Nitrogendioxid (NO₂) souwéi N₂O, NEE₃, N₂O₄ an N₂O₅. Nitrogenoxid an Nitrogendioxid bäidroe fir niddereg-Niveau Ozon, Smog a si geféierlech fir d'Ëmwelt a Mënschen. Ëmweltreguléierung adresséiert d'Loftverschmotzung Emissiounen duerch tightening Grenzen. Motoremissiounen enthalen och Schwefeldioxid (SO₂) als Resultat vu Schwefelverbindungen am Brennstoff. Dëse Problem gëtt reduzéiert duerch Hydrodesulfuriséierung oder Ultraschall assistéiert Desulfuriséierung.

Lafen op Brennstoff / Waasser Emulsioun

An de leschte Jore gouf vill geschafft um Afloss vum Waasser op NO_x Emissiounsniveauen. Verschidde Brennstoff: Waasser Volumetresch Verhältnisser vun 1:1 bis 19:1 goufen fir Verbrennungseigenschaften getest. An deene meeschte Fäll gouf 1 bis 2 Volumenprozent Surfaktant fir Emulsiounsstabiliséierung bäigefüügt.

Hannergrond op Verbrennung

D'Verbrennung vu Brennstoff generéiert thermesch a mechanesch Energie. Déi mechanesch Fraktioun kann benotzt ginn fir Piston oder Turbine fir Propulsioun oder Elektrizitéit ze generéieren. An de meeschte Motore gëtt d'thermesch Energie net benotzt. Dëst féiert zu enger méi niddereger thermodynamescher Effizienz.

ca. 90% vun NEE_x Resultat vum Brennstoffverbrennungsprozess ass NEE. Den NO gëtt haaptsächlech duerch d'Oxidatioun vum atmosphäresche Stickstoff (N₂). Waasser an de Brennstoff bäigefüügt reduzéiert d'Verbrennungstemperatur wéinst der Waasserverdampung. Wann d'Waasser an der Brennstoff-Waasser-Emulsioun verdampft, gëtt d'Ëmgéigend Brennstoff och verdampft. Dëst vergréissert d'Uewerfläch vum Brennstoff. Déi méi niddreg Temperatur an déi besser Brennstoffverdeelung féieren zu enger niddereg Formatioun vun NO_x.

Ultraschall Emulsifikatioun

Aféierung Waasser an de Brennstoff Verbrennung ass a ville Wierker gewisen senken den NEE_x Emissiounen. D'Waasser kann bäigefüügt ginn andeems Dir eng Brennstoff-/Waasser-Emulsioun op zwou Weeër bilden:

• onstabiliséiert: inline Emulgatioun vum Waasser an de Brennstoff virun der Injektioun
• stabiliséiert: Fabrikatioun vun enger stabiler Brennstoff / Waasser Emulsioun fir als Drop-in Brennstoff Alternativ benotzt ze ginn

Canfield (1999) resüméiert den NEE_x Reduktioun duerch d'Benotzung vu Waasser an aner Zousatzstoffer:

• onstabiliséierter Emulsioun
  • Waasser dobäi Vol%: 10 bis 80%
  • NEE_x Reduktioun duerch: 4 bis 60%
• stabiliséiert Emulsioun
  • Waasser dobäi Vol%: 25 bis 50%
  • NEE_x Reduktioun duerch: 22 bis 83%

Emulsioun

Eng Emulsioun ass eng Mëschung aus allgemeng onmëschbar Flëssegkeeten (Phasen), wéi Ueleg a Waasser. Während dem Prozess vun der Emulgéierung gëtt d'Dispersiounsphase (zB Waasser) an d'Flëssegphase (zB Ueleg) agefouert. Duerch d'Applikatioun vun héich Schéier, gëtt d'Partikelgréisst (= Drëpsgréisst) vun der Dispersephase reduzéiert. Wat méi kleng d'Partikelgréisst ass, dest méi stabil ass déi generéiert Emulsioun. Zousätzlech Stabilitéit kann duerch d'Aféierung vun Surfaktanten oder Stabilisatoren erreecht ginn. Klickt op d'Grafik uewen fir Proberesultater fir d'Ultraschall-Emulgéierung vun 10% Waasser am Motoröl ze gesinn (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg Däitschland). Dës Etude gouf vun Behrend & Schubert (2000).

Ultraschall

Wann d'Sonicatioun vu Flëssegkeeten mat héijer Intensitéit, d'Schallwellen, déi sech an d'flësseg Medien propagéieren, resultéieren an alternéierend Héichdrock (Kompressioun) a Low-Drock (Rarefaction) Zyklen, mat Tariffer ofhängeg vun der Frequenz. Wärend dem nidderegen Drockzyklus kreéieren Héichintensitéit Ultraschallwellen kleng Vakuumblasen oder Void an der Flëssegkeet. Wann d'Blasen e Volumen erreechen, bei deem se keng Energie méi absorbéiere kënnen, kollapsen se während engem Héichdrockzyklus hefteg. Dëst Phänomen gëtt Kavitatioun genannt. Bei der Implosioun ginn lokal ganz héich Temperaturen (ongeféier 5.000K) an Drock (ongeféier 2.000atm) erreecht. D'Implosioun vun der Kavitatiounsblase resultéiert och zu Flëssegstrale vu bis zu 280m/s Geschwindegkeet.

Ultraschall ass bewisen ze generéieren ganz homogen Emulsiounen vum Waasser am Ueleg (w/o) an Ueleg am Waasser (o/w) vun der héich cavitational Schéier. Well d'Parameter vun der Ultraschall gutt kontrolléierbar sinn, ass d'Partikelgréisst an d'Verdeelung gutt justierbar an widderholl. Typesch gëtt den Ultraschall an engem Flowzellreaktor applizéiert. Dofir kann d'Emulsioun sinn kontinuéierlech an-Linn gemaach. Aus dësem Grond kann d'Ultraschall benotzt ginn fir stabiliséierter an onstabiliséierter Emulsiounen ze maachen.

D'Tabell hei ënnen weist allgemeng Veraarbechtungskapazitéiten fir verschidde Ultraschallkraaftniveauen.

Ultraschall Entgassing an Entschaumung

Ultraschall hëlleft och reduzéieren d'Quantitéit vun Loftblasen an der Emulsiounsmëschung. D'Bild riets weist den Effekt (5sec. Fortschrëtt Biller vu lénks no riets) vun Ultraschall op de Bubble Inhalt. Well Variatiounen am Bubble Inhalt Schwankungen am Injektiounszäit verursaachen, a Entgassing, Entlaaschtung an Entschaumung duerch Ultraschall verbessert d'Motorleistung.

Ultrasonic Prozess Ausrüstung

Hielscher ass den féierende Fournisseur vun héich Kapazitéit Ultraschall Geräter, weltwäit. Wéi Hielscher mécht Ultraschallprozessoren vu bis zu 16 kW Muecht pro eenzegen Apparat, do ass keng Limite an der Planzgréisst oder Veraarbechtungskapazitéit. Cluster vu verschiddene 16kW Systemer gi benotzt fir d'Fabrikatioun vu grousse Volumen vun drop-in Brennstoffer. Industriell Brennstoff Veraarbechtung brauch net vill Ultraschallenergie. Déi aktuell Energiebedarf kann mat engem 1kW Ultraschallprozessor an der Bank-Top Skala bestëmmt ginn. All Resultater vun esou Bench-Top Tester kënnen sinn liicht opgebaut.

Käschte vun Ultrasonication

Ultrasonication ass eng effektiv Veraarbechtungstechnologie. Ultraschallveraarbechtungskäschte entstinn haaptsächlech aus der Investitioun
fir Ultraschall Geräter, Utility Käschten an Ënnerhalt. Déi aussergewéinlech Energieeffizienz (kuckt diagramm) vun Hielscher Ultraschall Geräter hëlleft fir d'Utility Käschten ze reduzéieren.

Literatur

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Afloss vun kontinuéierlech Phase Viskositéit op emulsification vun Ultraschall, an: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Canfield, A., et al. (1999): Effekter vun Diesel-Waasser Emulsioun Verbrennung op Diesel Engine NO_x Emissiounen, an: Master Thesis presentéiert an der Graduéierter Schoul vun der University of Florida, 1999.