Technologia ultradźwiękowa firmy Hielscher

Emulsje ultradźwiękowe do spalania wodą w oleju napędowym

Agregaty prądotwórcze, silniki okrętowe i kolejowe, które są zasilane olejem napędowym, mogą być eksploatowane bardziej efektywnie, gdy stosuje się emulsje typu woda w oleju napędowym. Paliwa w postaci emulsji wodno-olejowej zmniejszają zużycie paliwa, obniżają temperaturę spalania, oczyszczają spalanie i zmniejszają emisje, takie jak NOx i sadza. Emulsyfikacja ultradźwiękowa jest niezawodną, prostą i skuteczną metodą wytwarzania wysokiej jakości paliw typu woda w oleju napędowym.

Ultrasoniczna emulsyfikacja wody w oleju napędowym

Emulsje typu woda w oleju napędowym (WiDE; emulsja W/D) są zmodyfikowaną alternatywą dla oleju napędowego, która zawiera do 15% wody. Znane również jako aqua-paliwo, w emulsjach wodno-olejowych, kropelki wody są ultrasonicznie emulgowane do ciągłej fazy oleju napędowego. Intensywne sondowanie cieczy generuje kawitację akustyczną. Kawitacyjne siły ścinające rozbijają kropelki i wytwarzają jednorodną emulsję z niemieszających się faz wody i oleju napędowego.

Emulsja typu woda w oleju napędowym

WiDE (emulsja W/D) jest definiowana jako mieszanina naturalnie niemieszających się cieczy kropli wody (faza rozproszona/wewnętrzna) w oleju napędowym (faza ciągła/zewnętrzna). W celu poprawienia stabilności emulsji i zmniejszenia zapotrzebowania na energię mieszania dodaje się środek emulgujący w niskich stężeniach.

Emulsja dwufazowa

Dwufazowa emulsja opisuje mieszaninę wody w oleju napędowym bez użycia środka powierzchniowo czynnego. W przypadku dwufazowego WiDE strumienie wody i oleju napędowego są ultrasonicznie emulgowane bezpośrednio przed silnikiem. Ultradźwiękowa, dwufazowa emulsja typu woda w oleju napędowym przechodzi bezpośrednio z ultradźwiękowego reaktora przepływowego do silnika spalinowego. Bez środka powierzchniowo czynnego emulsja nie jest produkowana do przechowywania, ale do bezpośredniego spalania.

Studium przypadku paliwa emulsyjnego woda - olej napędowy

Ustawienie

Ithnin et al. (2018) studied the effect of water-in-diesel emulsion fuel (WiDE) on a single cylinder, direct injection diesel engine. Water and diesel were stored in different units, from which they have been quantitatively transferred into a mixing system. The mixing system consisted in a combination of high shear mixer and ultrasonic homogenizer. The shear mixer provided a crude pre-mix of water and diesel, whilst the sonication was used for a fine-sized, uniform emulsion. The water-diesel emulsion was prepared with 5% water. The homogeneous WiDE fuel was directly transferred from the mixing system into the into the engine. The prepared WiDE fuel did not contain any surfactants, therefore being termed as a long-term unstable emulsion fuel (UW/D). The diesel engine was tested under four different load conditions (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) and with a constant speed of 3000 rpm. In order to compare the effects such as fuel performance and emissions, a surfactant-stabilized emulsion fuel (stable emulsion (SW/D)) and neat diesel fuel (D2) were also tested on the same engine. 5% of water is used for both unstable emulsion and stable emulsion.

Wyniki

Badanie silnika wykazało, że paliwo emulsyjne typu woda - olej napędowy bez środków powierzchniowo czynnych (UW/D) powoduje znaczną poprawę sprawności cieplnej hamulców (BTE) o 3,59% i zmniejszenie zużycia paliwa jednostkowego hamowania (BSFC) o 3,89% w porównaniu z czystym olejem napędowym. Paliwa emulsyjne, zarówno stabilizowane (SW/D) jak i niestabilizowane (UW/D), zwiększyły sprawność cieplną silnika ze względu na zjawisko mikrowybuchów. Zjawisko mikroeksplozji powoduje szybkie odparowanie zemulgowanych kropelek wody. Ponieważ drobne kropelki wody są otoczone w oleju, intensywny proces parowania gwałtownie rozbija je na bardzo drobne cząstki, co sprzyja mieszaniu się powietrza i paliwa. Rozbicie kropli i zmieszanie ich z powietrzem znacznie zwiększa wydajność spalania.
Wyniki pokazują, że koncepcja produkcji i transferu emulsyjnego paliwa wodno-olejowego w czasie rzeczywistym do silnika bez użycia środka powierzchniowo czynnego działa bardzo dobrze. Natychmiastowy transfer ultradźwiękowo przygotowanej mieszanki wodno-olejowej eliminuje problem stabilizacji zmagazynowanego paliwa emulsyjnego, a także uzależnienie od środka powierzchniowo czynnego. Niestabilne paliwo w postaci emulsji wodno-olejowej (UW/D) niezawodnie utrzymywało swoją formę emulsji bez sięgania do etapu sedymentacji w ciągu 25sec (patrz rysunek poniżej).

Emulgowanie ultradźwiękowe jest niezawodną metodą wytwarzania paliw emulsyjnych typu woda w oleju napędowym bez emulgatora.

Droplet behaviour of ultrasonically emulsified ater-in-diesel emulsion fuel over time a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s and d) 132 s. (magnification 1000×) – Ithnin et al. 2018

W porównaniu z czystym olejem napędowym, paliwo emulsyjne typu woda w oleju napędowym charakteryzuje się znaczną redukcją emisji tlenków azotu (NOx) i cząstek stałych (PM) przy średniej redukcji wynoszącej odpowiednio 31,66% i 16,33%.

Ogólnie rzecz biorąc, emulsje przygotowywane ultradźwiękowo – czy jest niestabilny lub ustabilizowany przez środek powierzchniowo czynny – pomagają oszczędzać olej napędowy i zmniejszać emisję spalin.
Ekologiczna emisja spalin i oszczędność paliwa z ultradźwiękami!

Emulguje ultradźwiękami emulsje wodno-paliwowych nano-wielkości. (Kliknij, aby powiększyć!)

Rozpylanie pierwotne i wtórne w płomieniu natryskowym emulgowanego paliwa.

Emulgatory ultradźwiękowe 3x UIP1000hdT do emulsji typu woda w oleju napędowym

3x UIP1000hdT system emulsji ultradźwiękowych do emulsji typu woda w oleju napędowym

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultradźwiękowe urządzenie Water-in-Diesel
dla..:

  • lokomotywy kolejowe
  • statki morskie
  • stacjonarne agregaty prądotwórcze

Emulsja trójfazowa

Trójfazowa emulsja, znana również jako emulsja trójfazowa, składa się z wody, oleju i środka powierzchniowo czynnego. Podczas ultradźwiękowej emulsyfikacji wody do fazy oleju napędowego dodawany jest środek powierzchniowo czynny. Środek emulgujący przedłuża stabilność emulsji i pozwala na magazynowanie wody w oleju napędowym. Stabilność emulsji W/D zależy od emulgatora, parametrów procesu ultradźwiękowego i temperatury. Dzięki odpowiedniej kombinacji parametrów środka powierzchniowo czynnego i sonacji, można osiągnąć znaczną długoterminową stabilność WiDE.

Instalacja i modernizacja systemu emulgowania ultradźwiękowego jest prosta, bezpieczna i niedroga. Paliwa emulsyjne W/D mogą być stosowane w połączeniu z dowolnymi konwencjonalnymi silnikami wysokoprężnymi (np. agregaty prądotwórcze, silniki kolejowe, silniki okrętowe) bez modyfikacji.

Zalety Ultrasonic Diesel Emulsion Fuels

  • drobnej wielkości emulsja
  • zmienna zawartość wody
  • z lub bez środka powierzchniowo czynnego
  • krótki czas przetwarzania
  • łatwy do zainstalowania
  • bezpieczny w obsłudze
  • niski poziom inwestycji, szybki zwrot z inwestycji
  • Niskie koszty utrzymania
  • prosty montaż
  • brak modyfikacji silnika

Co sprawia, że paliwa WiDE są bardziej wydajne? – Zjawisko mikrowybuchów

Paliwa emulsyjne typu woda w oleju napędowym składają się z cząstek wody w postaci zawiesiny w ciągłej fazie oleju napędowego. Podczas spalania drobne kropelki wody w paliwie emulsyjnym osiągają stopień przegrzania szybciej niż olej napędowy i podczas spalania powodują rozprężanie się pary (spontaniczny wybuch), tworząc bardzo drobne cząstki. Ze względu na zwiększoną powierzchnię cząstek drobnych w połączeniu z zasysanym powietrzem, mieszanie powietrza i paliwa ulega znacznej poprawie, a tym samym zwiększa się wydajność spalania. (Iwanow, Niewiediew 1965)

Wysokowydajne systemy emulgowania ultradźwiękowego o wysokiej wydajności

Hielscher Ultrasonics dostarcza wysokowydajne procesory ultradźwiękowe do ciągłej produkcji wysokiej jakości (nano-)emulsji. Doskonała wydajność ultradźwiękowa, wytrzymałość i niewielkie rozmiary sprawiają, że ultradźwięki Hielscher Ultrasonicator są idealnym systemem mieszania paliw emulsyjnych typu woda w oleju napędowym. Niezależnie od tego, czy chcesz produkować paliwa emulsyjne do bezpośredniego wtrysku do silnika spalinowego, czy też stabilne paliwa emulsyjne do przechowywania i późniejszego spalania, Hielscher Ultrasonics ma najbardziej odpowiednie ustawienia dla Twojego zastosowania. Od mniejszych systemów emulsji ultradźwiękowej do integracji w lokomotywach kolejowych i statkach żeglugi śródlądowej do wytwarzania dużych ilości paliwa wodnego dla elektrowni i dużych statków morskich. – Nasze klastry procesorów ultradźwiękowych pozwalają na obróbkę paliwa emulsyjnego o dowolnej objętości.
Poza wysoką wydajnością ultradźwiękową, niezawodnością i wytrzymałością, Ultradźwięki Hielscher Ultrasonics’ Przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą być precyzyjnie kontrolowane i monitorowane. Czujniki temperatury i ciśnienia przekazują dane do generatora, gdzie wszystkie ważne parametry procesowe, takie jak amplituda, energia netto i całkowita, temperatura i ciśnienie są zapisywane na wbudowanej karcie SD. Inteligentne oprogramowanie sterujące pozwala na ustalenie i ustawienie dokładnych parametrów procesu dla znormalizowanego paliwa emulsyjnego o stałej jakości. Płaszczowy reaktor przepływu ultradźwiękowego może być skutecznie chłodzony i umożliwia przetwarzanie emulsji w określonych temperaturach. Wytrzymałość naszych urządzeń ultradźwiękowych pozwala na pracę w trybie 24/7 w ciężkich warunkach i w wymagających środowiskach.
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

natężenie przepływu Polecane urządzenia
0.5 do 4L/min UP200Ht, UP400St
1 do 8L/min UIP2000hdT
2 do 20L/min UIP4000hdT
30 do 300 l/min UIP16000
większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, emulgowania wodno-paliwowego i cen. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania dotyczące emulsji!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do dyspersji, emulsyfikacji i ekstrakcji komórkowej.

Wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do pilotażowy i skala przemysłowa.

Literatura / Referencje

  • Ahmad Muhsin Ithnin; Wira Jazair Yahya; Mohamad Azrin Ahmad; Nur Atiqah Ramlan; Hassanuddin Abdul Kadir; Nor Azwadi Che Sidik; Tsuyoshi Koga (2018): Paliwo emulsyjne Water-in-Diesel bez emulgatorów: Jego stabilność, osiągi silnika i emisja spalin. Paliwo 215, 2018. 454-462.
  • Mohammed Yahaya Khan; Z. A. Abdul Karim; Ftwi Yohaness Hagos; A. Rashid A. Aziz; Isa M. Tan (2014): Aktualne tendencje w zakresie stosowania emulsji typu woda w oleju napędowym jako paliwa. The Scientific World Journal 2014(17):527472.
  • Piotr Pacholski; Mariola Błaszczyk; Jerzy Sęk (2016): Zemulgowany olej napędowy jako paliwo alternatywne. Zagadnienia techniczne 4/2016 str. 62-67.
  • W.M. Iwanow; P.I. Nefedow (1965): Badanie eksperymentalne procesu spalania naturalnych i emulgowanych paliw płynnych, NASA Tech. Tłumaczenie. TIF-258, 1965.


Fakty Warto wiedzieć

Aquafuels / Water-in-Diesel Fuels

Emulsja jest układem ciekłym składającym się z dwóch lub więcej niemieszających się cieczy, w którym jedna lub więcej faz (faza rozproszona) jest drobno rozproszona w drugiej (faza ciągła). Dla wody – emulsje oleju napędowego, woda jest rozproszona w postaci drobnych kropelek w ciągłej fazie oleju napędowego. Ten rodzaj emulsji jest znany jako emulsja "woda w paliwie" lub jako aquafuel.