NOx-Reduction by Oil/Water-Emulsification

Tlenki azotu (NOx) są znane jako bezpośrednio niebezpieczne dla zdrowia ludzi i środowiska. Mobilne i stacjonarne silniki wysokoprężne i benzynowe w dużej mierze przyczyniają się do globalnego wzrostu emisji NOx . Emulgowanie paliwa wodą jest sposobem na zmniejszenie emisji NOx silników. Emulsyfikacja ultradźwiękowa jest skutecznym środkiem do generowania drobnoziarnistych emulsji paliwowo-wodnych.

Samochody i ciężarówki, samoloty, generatory elektryczne, wózki widłowe, klimatyzatory i kotły generują duże ilości pyłu zawieszonego (PM) i NOx w wyniku spalania produktów ropopochodnych. NOx odnosi się do mieszanin tlenku azotu (NO) i dwutlenku azotu (NO2), jak również N2O, NO3, N2O4 i N2O5. Tlenek azotu i dwutlenek azotu przyczyniają się do powstawania niskiego poziomu ozonu, smogu i są niebezpieczne dla środowiska i ludzi. Regulacje środowiskowe dotyczą emisji zanieczyszczeń powietrza poprzez zaostrzenie limitów. Emisje silnika obejmują również dwutlenek siarki (SO2) w wyniku obecności związków siarki w paliwie. Problem ten jest redukowany przez hydroodsiarczanie lub odsiarczanie wspomagane ultradźwiękami.

Praca na emulsji paliwowo-wodnej

W ostatnich latach wykonano wiele pracy nad wpływ wody na NOx poziomy emisji. Różne proporcje objętościowe paliwa do wody od 1:1 do 19:1 zostały przetestowane pod kątem właściwości spalania. W większości przypadków dodawano od 1 do 2 procent objętościowych środka powierzchniowo czynnego w celu stabilizacji emulsji.

Informacje ogólne na temat spalania

Spalanie paliwa generuje energię cieplną i mechaniczną. Część mechaniczna może być wykorzystana do napędzania tłoków lub turbin w celu napędzania lub wytwarzania energii elektrycznej. W większości silników energia cieplna nie jest wykorzystywana. Skutkuje to niższą sprawnością termodynamiczną.

Około 90% NOx powstającym w procesie spalania paliwa jest NO. NO powstaje głównie w wyniku utleniania azotu atmosferycznego (N2). Woda dodana do paliwa obniża temperaturę spalania z powodu parowania wody. Gdy woda zawarta w emulsji wodno-paliwowej odparowuje, otaczające ją paliwo również ulega odparowaniu. Zwiększa to powierzchnię paliwa. Niższa temperatura i lepsza dystrybucja paliwa prowadzą do niższe powstawanie NOx.

Emulgowanie ultradźwiękowe

W wielu pracach wykazano, że wprowadzenie wody do procesu spalania paliwa obniżają poziom NOx emisje. Wodę można dodać poprzez utworzenie emulsji paliwowo-wodnej na dwa sposoby:

  • niestabilny: wbudowana emulgacja wody w paliwie przed wtryskiem
  • ustabilizowany: wytwarzanie stabilnej emulsji paliwowo-wodnej do stosowania jako alternatywne paliwo typu drop-in

Canfield (1999) podsumowuje emisję NOx redukcja poprzez użycie wody i innych dodatków:

  • niestabilizowana emulsja
    • vol% dodanej wody: 10 do 80%
    • NIEx redukcja o: 4 do 60%
  • stabilizowana emulsja
    • vol% dodanej wody: 25 do 50%
    • NIEx redukcja o: 22 do 83%

emulsja

emulsjaEmulsja jest mieszaniną niemieszające się ciecze (faz), takich jak olej i woda. Podczas procesu emulgowania faza rozproszona (np. woda) jest wprowadzana do fazy ciekłej (np. oleju). Poprzez zastosowanie wysowkich sił ścinającychRozmiar cząstek (= rozmiar kropli) fazy rozproszonej jest zmniejszony. Im mniejszy rozmiar cząstek, tym bardziej stabilna jest wytworzona emulsja. Dodatkową stabilność można uzyskać poprzez wprowadzenie środków powierzchniowo czynnych lub stabilizatorów. Kliknij na grafikę powyżej aby zobaczyć przykładowe wyniki emulgowania ultradźwiękowego 10% wody w oleju silnikowym (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg, Niemcy). Badanie to zostało przeprowadzone przez Behrend i Schubert (2000).

Ultradźwięki

When sonicating liquids at high intensities, the sound waves that propagate into the liquid media result in alternating high-pressure (compression) and low-pressure (rarefaction) cycles, with rates depending on the frequency. During the low-pressure cycle, high-intensity ultrasonic waves create small vacuum bubbles or voids in the liquid. When the bubbles attain a volume at which they can no longer absorb energy, they collapse violently during a high-pressure cycle. This phenomenon is termed cavitation. During the implosion very high temperatures (approx. 5,000K) and pressures (approx. 2,000atm) are reached locally. The implosion of the cavitation bubble also results in liquid jets of up to 280m/s velocity.

Udowodniono, że ultradźwięki generują bardzo jednorodne emulsje wody w oleju (w/o) i oleju w wodzie (o/w) przez wysokie ścinanie kawitacyjne. Ponieważ parametry ultradźwięków są dobrze kontrolowane, wielkość i rozkład cząstek są dobrze kontrolowane. regulowany i powtarzalny. Zazwyczaj ultradźwięki są stosowane w reaktorze przepływowym. Dlatego emulsja może być wykonane w sposób ciągły w linii. Z tego powodu ultradźwięki mogą być stosowane do wytwarzania stabilizowanych i niestabilizowanych emulsji.

Poniższa tabela przedstawia ogólne możliwości przetwarzania dla różnych poziomów mocy ultradźwięków.

natężenie przepływu
Wymagana moc
100 do 400 l/godz.
1kW, np. UIP1000hd
400 do 1600 l/godz.
4kW, np. UIP4000
1.5 do 6,5 m³/godz.
16kW, np. UIP16000
10 do 40 m³/godz.
96kW, np. 6xUIP16000
100 do 400 m³/godz.
960kW, np. 60xUIP16000

Ultradźwiękowe odgazowywanie i odpienianieUltrasonic degassing of oil using an ultrasonic processor UP200S (200 Watts)

Ultradźwięki pomagają również zmniejszyć ilość pęcherzyków powietrza w mieszaninie emulsji. Zdjęcie po prawej stronie pokazuje wpływ (5-sekundowe obrazy postępu od lewej do prawej) ultradźwięków na zawartość pęcherzyków. Ponieważ zmiany w zawartości pęcherzyków powodują wahania w czasie wtrysku, a odgazowywanie, odgazowywanie i odpienianie poprzez ultradźwięki poprawia osiągi silnika.

Ultradźwiękowy sprzęt procesowy

Hielscher jest Wiodący dostawca urządzeń ultradźwiękowych o wysokiej wydajnościna całym świecie. Ponieważ Hielscher produkuje procesory ultradźwiękowe do 16kW moc na pojedyncze urządzeniejest brak limitu wielkości instalacji lub wydajności przetwarzania. Klastry kilku systemów o mocy 16 kW są wykorzystywane do produkcji dużych ilości paliw typu drop-in. Przemysłowe przetwarzanie paliw nie potrzebuje dużo energii ultradźwiękowej. Rzeczywiste zapotrzebowanie na energię można określić za pomocą procesora ultradźwiękowego o mocy 1 kW w skali laboratoryjnej. Wszystkie wyniki z takich prób bench-top mogą być łatwo zwiększają skale.

Koszty ultrasonografii

Ogólna wydajność energetyczna jest ważna dla ultradźwięków cieczy. Wydajność opisuje, jaka część mocy jest przekazywana z wtyczki do cieczy. Nasze urządzenia ultradźwiękowe mają ogólną wydajność ponad 80%.Ultradźwięki to skuteczna technologia przetwarzania. Koszty przetwarzania ultradźwiękowego wynikają głównie z inwestycji
dla urządzeń ultradźwiękowych, kosztów mediów i konserwacji. Wyjątkowe efektywność energetyczna (zob. wykres) urządzeń ultradźwiękowych Hielscher pomaga obniżyć koszty użytkowania.

Poproś o więcej informacji!

Skorzystaj z poniższego formularza, jeśli chcesz poprosić o dodatkowe informacje dotyczące wykorzystania ultradźwięków w emulgowaniu wody w paliwie.









Zwróć uwagę na nasze polityka prywatności.


Literatura

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound, in: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Canfield, A., C. (1999): Effects of Diesel-Water Emulsion Combustion on Diesel Engine NOx Emisje, w: Praca magisterska przedstawiona absolwentom University of Florida, 1999.


Z przyjemnością omówimy Twój proces.

Let's get in contact.