Reducerea NOx prin emulsionare ulei/apă

Oxizi de azot (NO_x) sunt cunoscute ca fiind imediat periculoase pentru sănătatea umană și pentru mediu. Motoarele diesel și pe benzină mobile și staționare contribuie în mare măsură la NU la nivel mondial_x Emisiilor. Emulsionarea combustibilului cu apă este o modalitate de a reduce NO_x emisiile motoarelor. Emulsionarea cu ultrasunete este un mijloc eficient pentru generarea de combustibil/apă-emulsii de dimensiuni fine.

Autoturisme și camioane, aeronave, generatoare electrice, stivuitoare, unități de aer condiționat și cazane generează cantități mari de particule în suspensie (PM) și NO_x prin arderea produselor petroliere. NU_x se referă la amestecuri de oxid de azot (NO) și dioxid de azot (NO₂), precum și N₂O, NU₃, N₂O₄ și N₂O₅. Oxid de azot și dioxid de azot contribuie la ozonul de nivel scăzut, smogul și sunt periculoase pentru mediu și pentru oameni. Reglementările de mediu abordează emisiile de poluanți atmosferici prin: Limite de strângere. Emisiile motorului includ, de asemenea, dioxidul de sulf (SO₂) ca urmare a compușilor de sulf din combustibil. Această problemă este redusă prin hidrodesulfurare sau Desulfurare asistată ultrasonically.

Funcționare pe emulsie combustibil / apă

În ultimii ani, s-au depus multe eforturi cu privire la influența apei asupra NO_x nivelurile emisiilor. Diferite rapoarte volumetrice combustibil: apă de la 1: 1 la 19: 1 au fost testate pentru proprietățile de ardere. În cele mai multe cazuri, 1 până la 2 volum la sută agent tensioactiv a fost adăugat pentru stabilizarea emulsiei.

Contextul combustiei

Arderea combustibilului generează energie termică și mecanică. Fracția mecanică poate fi utilizată pentru acționarea pistoanelor sau turbinelor pentru propulsie sau generarea de energie electrică. În majoritatea motoarelor, energia termică nu este utilizată. Acest lucru are ca rezultat o eficiență termodinamică mai mică.

Aproximativ 90% din NO_x care rezultă din procesul de ardere a combustibilului este NU. NO se formează în principal prin oxidarea azotului atmosferic (N₂). Apa adăugată la combustibil scade temperatura de ardere datorită evaporării apei. Când apa din emulsia combustibil-apă se evaporă, combustibilul înconjurător este vaporizat și el. Acest lucru mărește suprafața combustibilului. Temperatura mai scăzută și distribuția mai bună a combustibilului conduc la o formarea inferioară a NO_x.

Emulsionare cu ultrasunete

Introducerea apei în arderea combustibilului a fost demonstrată în multe lucrări pentru a reduceți NO_x Emisiilor. Apa poate fi adăugată prin formarea unei emulsii combustibil / apă în două moduri:

• nestabilizat: emulsionarea în linie a apei în combustibil înainte de injectare
• Stabilizat: fabricarea unei emulsii stabile combustibil/apă pentru a fi utilizată ca alternativă de combustibil drop-in

Canfield (1999) · rezumă NU-ul_x reducerea prin utilizarea apei și a altor aditivi:

• emulsie nestabilizată
  • apă adăugată vol%: 10 până la 80%
  • NU_x reducere prin: 4 până la 60%
• emulsie stabilizată
  • apă adăugată vol%: 25 până la 50%
  • NU_x reducere prin: 22 până la 83%

emulsie

O emulsie este un amestec de lichide nemiscibile (faze), cum ar fi uleiul și apa. În timpul procesului de emulsionare, faza dispersată (de exemplu, apă) este introdusă în faza lichidă (de exemplu, ulei). Prin aplicarea forfecare mare, dimensiunea particulelor (= dimensiunea picăturilor) a fazei dispersate este redusă. Cu cât dimensiunea particulelor este mai mică, cu atât emulsia generată este mai stabilă. Stabilitatea suplimentară poate fi obținută prin introducerea de agenți tensioactivi sau stabilizatori. Faceți clic pe graficul de mai sus pentru a vedea rezultatele eșantionului pentru emulsionarea cu ultrasunete a 10% apă în ulei de motor (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg Germania). Acest studiu a fost realizat de Behrend și Schubert (2000) ·.

Ultrasunete

La sonicarea lichidelor la intensități mari, undele sonore care se propagă în mediul lichid au ca rezultat alternarea ciclurilor de înaltă presiune (compresie) și joasă presiune (rarefiere), cu rate în funcție de frecvență. În timpul ciclului de joasă presiune, undele ultrasonice de înaltă intensitate creează bule mici de vid sau goluri în lichid. Când bulele ating un volum la care nu mai pot absorbi energie, ele se prăbușesc violent în timpul unui ciclu de înaltă presiune. Acest fenomen se numește cavitație. În timpul imploziei, temperaturile foarte ridicate (aprox. 5.000K) și presiunile (aprox. 2.000atm) sunt atinse local. Implozia bulei de cavitație are ca rezultat, de asemenea, jeturi lichide cu o viteză de până la 280 m / s.

Ecografia s-a dovedit a genera emulsii foarte omogene de apă în ulei (w/o) și ulei în apă (o/w) de către forfecare cavitațională ridicată. Deoarece parametrii ultrasonication sunt bine controlabile, dimensiunea particulelor și distribuția este bine Reglabil și repetabil. De obicei, ultrasunetele sunt aplicate într-un reactor cu celule de flux. Prin urmare, emulsia poate fi fabricat continuu în linie. Din acest motiv, ultrasonication poate fi utilizat pentru realizarea de emulsii stabilizate și nestabilizate.

Tabelul de mai jos prezintă capacitățile generale de procesare pentru diferite niveluri de putere cu ultrasunete.

Degazare cu ultrasunete și despumare

Ecografia ajută, de asemenea, la reduce cantitatea de bule de aer în amestecul de emulsie. Imaginea din dreapta arată efectul (5sec. imagini de progres de la stânga la dreapta) de ultrasonication pe conținutul de bule. Deoarece variațiile conținutului de bule determină fluctuații ale sincronizării injectării, o degazare, dezaerare și spumare Prin ultrasonication îmbunătățește performanța motorului.

Echipamente de proces cu ultrasunete

Hielscher este Furnizor principal de dispozitive cu ultrasunete de mare capacitateuniversal. Ca Hielscher face procesoare cu ultrasunete de până la 16kW Putere pe un singur dispozitiv, există fără limită în dimensiunea plantei sau capacitatea de procesare. Clustere de mai multe sisteme de 16kW sunt utilizate pentru fabricarea unor volume mari de combustibili drop-in. Prelucrarea combustibilului industrial nu are nevoie de multă energie cu ultrasunete. Cerința reală de energie poate fi determinată folosind un procesor cu ultrasunete 1kW în banc-top scară. Toate rezultatele unor astfel de teste de banc pot fi scalat cu ușurință.

Costurile de Ultrasonication

Ultrasonication este o tehnologie eficientă de procesare. Costurile de prelucrare cu ultrasunete rezultă în principal din investiție
pentru dispozitive cu ultrasunete, costuri de utilitate și întreținere. Cele remarcabile eficiența energetică (vezi diagramă) de dispozitive cu ultrasunete Hielscher ajută la reducerea costurilor de utilitate.

Literatură

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influența vâscozității fazei continue asupra emulsionării prin ultrasunete, în: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Canfield, A., C. (1999): Efectele combustiei emulsiei diesel-apă asupra motorului diesel NO_x Emisii, în: Teza de masterat prezentată la școala postuniversitară a Universității din Florida, 1999.