Hielscher ultralydteknologi

NOx-reduksjon ved olje / vann-emulgering

Nitrogenoksider (NOX) er kjent for å være umiddelbart farlig for menneskelig og miljømessig helse. Mobile og stasjonære diesel- og bensinmotorer bidrar i stor grad til verdensomspennende NOX Utslipp. Emulgering av drivstoffet med vann er en måte å redusere NOX utslipp av motorer. Ultralydemulgeringen er et effektivt middel for å generere brønn / vann-emulsjoner av finstørrelse.

Biler og lastebiler, fly, elektriske generatorer, gaffeltrucker, klimaanlegg og kjeler genererer store mengder partikler (PM) og NOX ved forbrenning av petroleumsprodukter. NEIX refererer til blandinger av nitrogenoksid (NO) og nitrogenoksyd (NO2) samt N2O, NEI3N2O4 og N2O5. Nitrogenoksyd og nitrogenoksyd bidrar til lavt nivå ozon, smog og er farlig for miljøet og mennesker. Miljøregulering tar opp utslippene av luftforurensende stoffer stramningsgrenser. Motorutslippene inkluderer også svoveldioksid (SO2) som et resultat av svovelforbindelser i drivstoffet. Dette problemet reduseres ved hydroavsvovling eller ultralydsbestemt avsvovling.

Kjører på drivstoff / vannemulsjon

I løpet av de siste årene har mye arbeid vært gjort på påvirkning av vann på NOX utslippsnivåer. Forskjellige drivstoff: Vannvolumforhold fra 1: 1 til 19: 1 er testet for forbrenningsegenskaper. I de fleste tilfeller ble 1 til 2 volumprosent overflateaktivt middel tilsatt for emulsjonsstabilisering.

Bakgrunn for forbrenning

Forbrenningen av drivstoff genererer termisk og mekanisk energi. Den mekaniske fraksjonen kan brukes til å drive stempler eller turbiner for fremdrift eller kraftproduksjon. I de fleste motorer brukes ikke termisk energi. Dette resulterer i en lavere termodynamisk effektivitet.

Ca. 90% av NOX Som følge av brenselforbrenningsprosessen er NO. NO er ​​primært dannet ved oksidasjon av atmosfærisk nitrogen (N2). Vann tilsatt til drivstoffet senker forbrenningstemperaturen på grunn av vannfordampning. Når vannet i drivstoffvannemulsjonen fordampes, blir også det omgivende brennstoffet fordampet. Dette øker overflaten av drivstoffet. Den lavere temperaturen og den bedre drivstofffordelingen fører til a lavere dannelse av NOX.

Ultralyd Emulsifisering

Introduksjon av vann til drivstoffforbrenningen har blitt vist i mange verk til senk NOX utslipp. Vannet kan tilsettes ved å danne en drivstoff / vannemulsjon på to måter:

  • ustabilisert: inline emulgering av vann inn i drivstoffet før injeksjon
  • stabilisert: Fremstilling av en stabil brensel / vannemulsjon som skal brukes som et drivstoffalternativ

Canfield (1999) oppsummerer NOX reduksjon ved bruk av vann og andre tilsetningsstoffer:

  • ustabilisert emulsjon
    • vann tilsatt volum%: 10 til 80%
    • NEIX reduksjon av: 4 til 60%
  • stabilisert emulsjon
    • vann tilsatt volum%: 25 til 50%
    • NEIX reduksjon av: 22 til 83%

emulsjon

En emulsjon er en blanding av generelt ublandbare væsker (faser), som olje og vann. Under emulgeringsprosessen blir dispergeringsfasen (f.eks. Vann) innført i væskefasen (f.eks. Olje). Ved anvendelse av høy skjær, blir partikkelstørrelsen (= dråpestørrelsen) av dispergeringsfasen redusert. Jo mindre partikkelstørrelse, jo mer stabil er den genererte emulsjonen. Ytterligere stabilitet kan oppnås ved innføring av overflateaktive midler eller stabilisatorer. Klikk på bildet ovenfor for å se prøveresultater for ultralydemulgeringen av 10% vann i motorolje (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg Tyskland). Denne studien ble utført av Behrend og Schubert (2000).

ultralyd


Når lydbølger lydes med høye intensiteter, resulterer lydbølgene som forplanter seg i væskemediene i alternerende høytrykks (kompresjons) og lavtrykkssykluser, med frekvenser avhengig av frekvensen. Under lavtrykkssyklusen oppretter høy-intensitets ultralydbølger små vakuumbobler eller hulrom i væsken. Når boblene oppnår et volum der de ikke lenger kan absorbere energi, kollapser de voldsomt under en høytrykkssyklus. Dette fenomenet kalles kavitasjon. Under implosjonen oppnås svært høye temperaturer (ca. 5.000K) og trykk (ca. 2.000atm) lokalt. Implosjonen av kavitasjonsboblen resulterer også i flytende stråler med opptil 280m / s hastighet.

Ultralyd har vist seg å generere meget homogene emulsjoner av vann i olje (w / o) og olje i vann (o / w) av høy cavitational shear. Da parametrene for ultralydbehandling er godt kontrollerbare, er partikkelstørrelsen og fordelingen bra justerbar og repeterbar. Vanligvis blir ultralydet påført i en strømningscellereaktor. Derfor kan emulsjonen være gjort kontinuerlig in-line. Av denne grunn kan ultralydbehandling brukes til fremstilling av stabiliserte og ustabiliserte emulsjoner.

Tabellen nedenfor viser generell behandlingskapasitet for ulike ultralydseffektnivåer.

Strømningshastighet
Nødvendig kraft
100 for alle til 400 L / time
1kW, f.eks UIP1000hd
400 for alle til 1600L / hr
4kW, f.eks UIP4000
1,5 for alle til 6.5 m ³/HR
16kW, f.eks UIP16000
10 til 40m ³/HR
96kW, f.eks 6xUIP16000
100 for alle til 400 meter ³/HR
960kW, f.eks 60xUIP16000

Ultralydgassing og skumdannelse(Klikk for større bilde!) Ultralyd avgassing av olje ved hjelp av en ultralydprosessor UP200S (200 watt)

Ultralyd hjelper også til redusere mengden luftbobler i emulsjonsblandingen. Bildet til høyre viser effekten (5 sek. Fremdriftsbilder fra venstre til høyre) med ultralyd på bobleinnholdet. Ettersom variasjoner i bobleinnholdet forårsaker svingninger i injeksjonstidspunktet, a avgassing, avlufting og skumdannelse ved ultralyd forbedrer motorens ytelse.

Ultralyd prosessutstyr

Hielscher er ledende leverandør av ultrasoniske enheter med høy kapasitet, verdensomspennende. Som Hielscher gjør ultralydsprosessorer opp til 16kW effekt per enkelt enhet, det er ingen grense i plantestørrelse eller behandlingskapasitet. Klynger av flere 16kW-systemer blir brukt til produksjon av store mengder av drivstoff. Industriell drivstoffbehandling trenger ikke mye ultralydsenergi. Den faktiske energibehovet kan bestemmes ved hjelp av en 1kW ultralydsprosessor i benk-skala. Alle resultater fra slike bench-top-forsøk kan være oppskalert lett.

Kostnader for ultralyd

(Klikk for større bilde!) Den totale energieffektiviteten er viktig for ultralydbehandling av væsker. Effektiviteten beskriver hvor mye kraften overføres fra støpselet til væsken. Våre sonication-enheter har en total effektivitet på over 80%.Ultralydbehandling er en effektiv prosesseringsteknologi. Ultralydsbehandlingskostnader skyldes hovedsakelig investeringen
for ultralydsenheter, verktøyskostnader og vedlikehold. Den utestående energieffektivitet (se diagram) av Hielscher ultralydsenheter bidrar til å redusere brukskostnadene.

Be om mer informasjon!

Vennligst bruk skjemaet under, hvis du ønsker å be om ytterligere informasjon om bruk av ultralyd i emulgeringen av vann til brensel.









Vær oppmerksom på at Personvernregler.


Litteratur

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Påvirkning av kontinuerlig faseviskositet ved emulgering ved ultralyd, i: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Canfield, A., C. (1999): Effekt av diesel-vann-emulsjon Forbrenning på dieselmotor NOX Utslipp, i: Masteroppgave presentert til utdanningsskolen ved University of Florida, 1999.