Снижение выбросов NOx путем эмульгирования масла/воды

Оксиды азота (NO_x) представляют непосредственную опасность для здоровья человека и окружающей среды. Передвижные и стационарные дизельные и бензиновые двигатели вносят значительный вклад в снижение выбросов оксида азота во всем мире_x Выбросов. Эмульгирование топлива водой – это способ снижения NO_x выбросы двигателей. Ультразвуковая эмульгация является эффективным средством для получения мелкодисперсных топливных/водных эмульсий.

Легковые и грузовые автомобили, самолеты, электрогенераторы, вилочные погрузчики, кондиционеры и котлы вырабатывают большое количество твердых частиц (ТЧ) и NO_x при сжигании нефтепродуктов. НЕТ_x относится к смесям оксида азота (NO) и диоксида азота (NO₂), а также N₂О, НЕТ₃, Н₂O₄ и N₂O₅. Оксид азота и диоксид азота способствуют низкому уровню озона, смога и представляют опасность для окружающей среды и человека. Экологический норматив регулирует выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух Ужесточение лимитов. Выбросы двигателей также включают диоксид серы (SO₂) в результате попадания сернистых соединений в топливо. Эта проблема уменьшается за счет гидродесульфурации или Ультразвуковая десульфуризация.

Работа на топливной/водной эмульсии

За последние годы была проделана большая работа по влияние воды на NO_x уровни выбросов. Различные объемные соотношения топливо:вода от 1:1 до 19:1 были протестированы на свойства сгорания. В большинстве случаев для стабилизации эмульсии добавляли от 1 до 2 объемных процентов поверхностно-активного вещества.

Предыстория горения

При сгорании топлива вырабатывается тепловая и механическая энергия. Механическая фракция может использоваться для привода поршней или турбин для приведения в движение или выработки электроэнергии. В большинстве двигателей тепловая энергия не используется. Это приводит к снижению термодинамической эффективности.

Около 90% NO_x в результате процесса сгорания топлива является NO. NO образуется в основном в результате окисления атмосферного азота (N₂). Вода, добавляемая в топливо, снижает температуру сгорания за счет испарения воды. Когда вода в топливно-водной эмульсии испаряется, окружающее топливо также испаряется. Это увеличивает площадь поверхности топлива. Более низкая температура и лучшее распределение топлива приводят к пониженное образование NO_x.

Ультразвуковая эмульгация

Во многих работах было показано, что введение воды в процесс сгорания топлива уменьшите значение NO_x Выбросов. Вода может быть добавлена путем формирования топливной/водной эмульсии двумя способами:

• нестабилизированные: Встроенная эмульгация воды в топливо перед впрыском
• стабильный: производство стабильной топливной/водной эмульсии для использования в качестве альтернативы топливу

Кэнфилд (1999) резюмирует НЕТ_x Снижение за счет использования воды и других добавок:

• нестабилизированная эмульсия
  • Добавленная вода% об.%: от 10 до 80%
  • НЕТ_x Снижение на: От 4 до 60%
• стабилизированная эмульсия
  • Добавленная вода % добавления: от 25 до 50%
  • НЕТ_x Снижение на: от 22 до 83%

эмульсия

Эмульсия представляет собой смесь Несмешивающиеся жидкости (фазы), такие как масло и вода. В процессе эмульгирования дисперсная фаза (например, вода) вводится в жидкую фазу (например, масло). Путем применения Высокий сдвигразмер частиц (= размер капель) дисперсной фазы уменьшается. Чем меньше размер частиц, тем стабильнее генерируемая эмульсия. Дополнительная стабильность может быть достигнута за счет введения поверхностно-активных веществ или стабилизаторов. Нажмите на график выше увидеть результаты ультразвукового эмульгирования 10% воды в моторном масле (Velocite 3, Mobil Oil, Гамбург, Германия). Данное исследование было проведено Behrend and Schubert (2000).

Ультразвук

При ультразвуковой обработке жидкостей с высокой интенсивностью звуковые волны, распространяющиеся в жидких средах, приводят к чередованию циклов высокого давления (сжатие) и низкого давления (разрежение), скорость которых зависит от частоты. Во время цикла низкого давления ультразвуковые волны высокой интенсивности создают небольшие вакуумные пузырьки или пустоты в жидкости. Когда пузырьки достигают объема, при котором они больше не могут поглощать энергию, они сильно схлопываются во время цикла высокого давления. Это явление называется кавитацией. Во время имплозии локально достигаются очень высокие температуры (около 5 000 К) и давления (около 2 000 атм). Схлопывание кавитационного пузыря также приводит к образованию струй жидкости со скоростью до 280 м/с.

Доказано, что ультразвук генерирует очень однородные эмульсии воды в масле (б/в) и нефти в воде (н/в) по высокий кавитационный сдвиг. Поскольку параметры ультразвука хорошо контролируются, размер и распределение частиц хорошо Регулируемый и повторяемый. Как правило, ультразвук применяется в проточном реакторе. Поэтому эмульсию можно использовать Выполняется непрерывно в линию. По этой причине ультразвук можно использовать для изготовления стабилизированных и нестабилизированных эмульсий.

В таблице ниже приведены общие вычислительные мощности для различных уровней мощности ультразвука.

Ультразвуковая дегазация и пеногасение

УЗИ также помогает: уменьшить количество пузырьков воздуха в эмульсионную смесь. На рисунке справа показано воздействие ультразвука (5 секунд назад слева направо) ультразвукового воздействия на содержимое пузырьков. Поскольку изменения в содержимом пузырьков вызывают колебания в времени впрыска, Дегазация, деаэрация и пеногаситель Благодаря ультразвуковой обработке улучшаются эксплуатационные характеристики двигателя.

Ультразвуковое технологическое оборудование

Хильшер — это Ведущий поставщик высокопроизводительных ультразвуковых аппаратовмировой. Поскольку Hielscher производит ультразвуковые процессоры мощностью до 16кВт Мощность на одно устройствоимеется Нет ограничений по размеру растений или перерабатывающие мощности. Кластеры из нескольких систем мощностью 16 кВт используются для производства больших объемов дроп-ин топлива. Промышленная переработка топлива не требует много ультразвуковой энергии. Фактическая потребность в энергии может быть определена с помощью ультразвукового процессора мощностью 1 кВт в настольных весах. Все результаты таких стендовых испытаний могут быть Простое масштабирование.

Затраты на ультразвуковое исследование

Ультразвуковое исследование является эффективной технологией обработки. Затраты на ультразвуковую обработку в основном связаны с инвестициями
для ультразвуковых приборов, коммунальных расходов и обслуживания. Выдающиеся Энергоэффективности (см. диаграмма) ультразвуковых аппаратов Hielscher помогает снизить затраты на коммунальные услуги.

Литература

Беренд, О., Шуберт, Х. (2000): Влияние вязкости непрерывной фазы на эмульгирование ультразвуком, в: Ультразвуковая сонохимия 7 (2000) 77-85.

Кэнфилд, А., К. (1999): Влияние сгорания дизель-водной эмульсии на дизельный двигатель NO_x Выбросы, в: Магистерская диссертация представлена в аспирантуре Университета Флориды, 1999.