NOx reducēšana ar eļļas/ūdens emulgāciju

Slāpekļa oksīdi (NO_x), ir zināms, ka tās ir tūlītēji bīstamas cilvēku un vides veselībai. Mobilie un stacionārie dīzeļa un benzīna dzinēji lielā mērā veicina pasaules NO_x Emisijas. Degvielas emulgācija ar ūdeni ir veids, kā samazināt NO_x dzinēju emisijas. Ultraskaņas emulgācija ir efektīvs līdzeklis smalka izmēra degvielas / ūdens emulsiju ģenerēšanai.

Automašīnas un kravas automašīnas, lidmašīnas, elektriskie ģeneratori, iekrāvēji, gaisa kondicionēšanas iekārtas un katli rada liels daudzums cieto daļiņu (PM) un NO_x sadedzinot naftas produktus. NĒ_x attiecas uz slāpekļa oksīda (NO) un slāpekļa dioksīda (NO) maisījumiem₂), kā arī N₂O, NĒ₃, N₂O₄ un N₂O₅. Slāpekļa oksīds un slāpekļa dioksīds veicina zema līmeņa ozonu, smogu un ir bīstami videi un cilvēkiem. Vides regulējums attiecas uz gaisa piesārņotāju emisijām: stingrākas robežas. Dzinēja izmeši ietver arī sēra dioksīdu (SO₂), sēra savienojumu rezultātā degvielā. Šo problēmu samazina hidrodesulfurizācija vai ultrasoniski atbalstīta desulfurizācija.

Darbojas ar degvielas / ūdens emulsiju

Pēdējos gados ir paveikts liels darbs pie ūdens ietekme uz NO_x emisiju līmeņi. Ir pārbaudītas dažādas degvielas un ūdens tilpuma attiecības no 1:1 līdz 19:1 attiecībā uz degšanas īpašībām. Vairumā gadījumu emulsijas stabilizācijai tika pievienota 1 līdz 2 tilpuma procentu virsmaktīvā viela.

Pamatinformācija par degšanu

Degvielas sadegšana rada siltumenerģiju un mehānisko enerģiju. Mehānisko frakciju var izmantot, lai darbinātu virzuļus vai turbīnas piedziņai vai elektroenerģijas ražošanai. Lielākajā daļā dzinēju siltumenerģija netiek izmantota. Tas nodrošina zemāku termodinamisko efektivitāti.

Aptuveni 90% no NO_x kas rodas degvielas sadegšanas procesā, ir NĒ. NO galvenokārt veidojas, oksidējoties atmosfēras slāpeklim (N₂). Degvielai pievienotais ūdens pazemina degšanas temperatūru ūdens iztvaikošanas dēļ. Kad ūdens degvielas un ūdens emulsijā iztvaiko, tiek iztvaicēta arī apkārtējā degviela. Tas palielina degvielas virsmas laukumu. Zemāka temperatūra un labāka degvielas sadale noved pie apakšējais NO veidojums_x.

Ultraskaņas emulgācija

Ūdens ievadīšana degvielas sadedzināšanā daudzos darbos ir pierādīta nolaidiet NO_x Emisijas. Ūdeni var pievienot, veidojot degvielas/ūdens emulsiju divos veidos:

• nestabilizēts: ūdens inline emulgācija degvielā pirms iesmidzināšanas
• Stabilizēta: stabilas degvielas/ūdens emulsijas ražošana, kas izmantojama kā pilināmā kurināmā alternatīva

Kenfīlda (1999) rezumē NO_x samazināšana, izmantojot ūdeni un citas piedevas:

• nestabilizēta emulsija
  • ūdens pievienotais tilpum%: 10 līdz 80%
  • NĒ_x samazinājums par: 4 līdz 60%
• stabilizēta emulsija
  • ūdens pievienots vol%: 25 līdz 50%
  • NĒ_x samazinājums par: 22 līdz 83%

Emulsijas

Emulsija ir maisījums no parasti nesajaucami šķidrumi (fāzes), piemēram, eļļa un ūdens. Emulgācijas procesa laikā dispersā fāze (piemēram, ūdens) tiek ievadīta šķidrajā fāzē (piemēram, eļļā). Piemērojot augsta bīde, tiek samazināts dispersās fāzes daļiņu izmērs (= pilienu izmērs). Jo mazāks daļiņu izmērs, jo stabilāka ir radītā emulsija. Papildu stabilitāti var panākt, ieviešot virsmaktīvās vielas vai stabilizatorus. Noklikšķiniet uz iepriekš redzamās grafikas lai redzētu paraugu rezultātus ultraskaņas emulgācijai 10% ūdens motoreļļā (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburga Vācija). Šo pētījumu veica Bērends un Šūberts (2000).

Ultraskaņa

Apstrādājot šķidrumus ar augstu intensitāti, skaņas viļņi, kas izplatās šķidrā vidē, izraisa mainīgus augstspiediena (kompresijas) un zema spiediena (retināšanas) ciklus, kuru ātrums ir atkarīgs no frekvences. Zema spiediena cikla laikā augstas intensitātes ultraskaņas viļņi šķidrumā rada mazus vakuuma burbuļus vai tukšumus. Kad burbuļi sasniedz tilpumu, pie kura tie vairs nespēj absorbēt enerģiju, augstspiediena cikla laikā tie vardarbīgi sabrūk. Šo parādību sauc par kavitāciju. Implosijas laikā ļoti augsta temperatūra (aptuveni 5,000K) un spiediens (aptuveni 2,000atm) tiek sasniegti lokāli. Kavitācijas burbuļa implosija izraisa arī šķidruma strūklu ar ātrumu līdz 280m / s.

Ir pierādīts, ka ultraskaņa rada ļoti homogēnas emulsijas ūdens eļļā (w/o) un eļļa ūdenī (o/w) ar augsta kavitācijas bīde. Tā kā ultrasonication parametri ir labi kontrolējami, daļiņu izmērs un sadalījums ir labi regulējams un atkārtojams. Parasti ultraskaņa tiek izmantota plūsmas šūnu reaktorā. Tāpēc emulsija var būt izgatavots nepārtraukti tiešsaistē. Šī iemesla dēļ ultrasonication var izmantot stabilizētu un nestabilu emulsiju izgatavošanai.

Zemāk redzamajā tabulā parādītas vispārējās apstrādes jaudas dažādiem ultraskaņas jaudas līmeņiem.

Ultraskaņas degazēšana un defoaming

Ultraskaņa palīdz arī samazināt gaisa burbuļu daudzumu emulsijas maisījumā. Attēls pa labi parāda ultrasonikācijas efektu (5sec. progresa attēli no kreisās uz labo pusi) uz burbuļu saturu. Tā kā burbuļu satura izmaiņas izraisa svārstības injekcijas laikā, a degazēšana, atgaisošana un defoamēšana Ar ultrasonication uzlabo dzinēja darbību.

Ultraskaņas procesa iekārtas

Hielscher ir vadošais lieljaudas ultraskaņas ierīču piegādātājsVisā pasaulē. Tā kā Hielscher padara ultraskaņas procesorus līdz 16kW jauda uz vienu ierīci, ir nav ierobežojumu augu lielumam vai pārstrādes jauda. Vairāku 16kW sistēmu klasteri tiek izmantoti, lai ražotu lielus degvielas apjomus. Rūpnieciskā degvielas pārstrāde nav nepieciešams daudz ultraskaņas enerģijas. Faktisko enerģijas prasību var noteikt, izmantojot 1kW ultraskaņas procesoru stenda mērogā. Visi šādu stenda izmēģinājumu rezultāti var būt viegli mērogojams.

Ultrasonication izmaksas

Ultrasonication ir efektīva apstrādes tehnoloģija. Ultraskaņas apstrādes izmaksas galvenokārt rodas no ieguldījumiem
ultraskaņas ierīcēm, komunālo pakalpojumu izmaksas un uzturēšana. Izcilais Energoefektivitātes (skat. Diagrammas) no Hielscher ultraskaņas ierīcēm palīdz samazināt komunālo pakalpojumu izmaksas.

Literatūra

Behrends, O., Šūberts, H. (2000): Nepārtrauktās fāzes viskozitātes ietekme uz emulgāciju ar ultraskaņu, in: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Kenfīlds, A., C. (1999): Dīzeļa-ūdens emulsijas sadegšanas ietekme uz dīzeļdzinēju NO_x Emisijas, in: Maģistra darbs, kas prezentēts Floridas Universitātes augstskolā, 1999. gads.