NOx-Reduktimi me vaj/ujë-emulsifikimi

Oksidet e azotit (NO_x) njihen si të rrezikshme për shëndetin e njeriut dhe mjedisin. Motorët e lëvizshëm dhe të palëvizshëm me naftë dhe benzinë po kontribuojnë kryesisht në NO në mbarë botën_x emetimet. Emulsifikimi i karburantit me ujë është një mënyrë për të reduktuar NO_x emetimet e motorëve. Emulsifikimi tejzanor është një mjet efektiv për gjenerimin e emulsioneve të karburantit/ujit me madhësi të imët.

Makinat dhe kamionët, avionët, gjeneratorët elektrikë, pirunët, njësitë e ajrit të kondicionuar dhe kaldaja prodhojnë sasi të mëdha grimcash (PM) dhe NO_x nga djegia e produkteve të naftës. NR_x i referohet përzierjeve të oksidit nitrik (NO) dhe dioksidit nitrik (NO₂) si dhe N₂O, JO₃, N₂O₄ dhe N₂O₅. Oksidi nitrik dhe dioksidi nitrik kontribuojnë në nivel të ulët të ozonit, smogut dhe janë të rrezikshme për mjedisin dhe njerëzit. Rregullorja mjedisore trajton emetimet e ndotësve të ajrit nga shtrëngimi i kufijve. Emetimet e motorit përfshijnë gjithashtu dioksid squfuri (SO₂) si rezultat i përbërjeve të squfurit në lëndë djegëse. Ky problem reduktohet nga hidrodesulfurizimi ose desulfurizimi i asistuar me ultratinguj.

Punon me emulsion karburanti/ujë

Gjatë viteve të fundit është bërë shumë punë në ndikimi i ujit në NO_x nivelet e emetimeve. Raporte të ndryshme vëllimore karburant/ujë nga 1:1 deri në 19:1 janë testuar për vetitë e djegies. Në shumicën e rasteve, për stabilizimin e emulsionit shtohej 1 deri në 2 përqind vëllimi surfaktant.

Sfondi mbi djegien

Djegia e karburantit gjeneron energji termike dhe mekanike. Fraksioni mekanik mund të përdoret për të drejtuar pistonët ose turbinat për shtytje ose prodhimin e energjisë elektrike. Në shumicën e motorëve, energjia termike nuk përdoret. Kjo rezulton në një efikasitet më të ulët termodinamik.

Përafërsisht. 90% e JO_x që rezulton nga procesi i djegies së karburantit është JO. NO formohet kryesisht nga oksidimi i azotit atmosferik (N₂). Uji i shtuar në karburant ul temperaturën e djegies për shkak të avullimit të ujit. Kur uji në emulsionin karburant-ujë avullon, karburanti përreth avullohet gjithashtu. Kjo rrit sipërfaqen e karburantit. Temperatura më e ulët dhe shpërndarja më e mirë e karburantit çojnë në a formimi më i ulët i NO_x.

Emulsifikimi me ultratinguj

Futja e ujit në djegien e karburantit është treguar në shumë vepra të ulni JO-në_x emetimet. Uji mund të shtohet duke formuar një emulsion karburanti/ujë në dy mënyra:

• i pastabilizuar: emulsifikimi i brendshëm i ujit në karburant para injektimit
• i stabilizuar: prodhimi i një emulsioni të qëndrueshëm të karburantit/ujit që do të përdoret si një alternativë e karburantit

Canfield (1999) përmbledh JO_x reduktimi nga përdorimi i ujit dhe aditivëve të tjerë:

• emulsioni i pastabilizuar
  • vëllimi i ujit të shtuar: 10 deri në 80%
  • NR_x reduktim me: 4 deri në 60%
• emulsioni i stabilizuar
  • vëllimi i ujit të shtuar: 25 deri në 50%
  • NR_x reduktim me: 22 deri në 83%

emulsioni

Një emulsion është një përzierje e përgjithësisht lëngje të papërziershme (fazat), si vaji dhe uji. Gjatë procesit të emulsifikimit, faza disperse (p.sh. uji) futet në fazën e lëngshme (p.sh. vaj). Me aplikimin e prerje e lartë, madhësia e grimcave (= madhësia e pikës) e fazës disperse zvogëlohet. Sa më e vogël të jetë madhësia e grimcave, aq më i qëndrueshëm është emulsioni i krijuar. Stabilitet shtesë mund të arrihet me futjen e surfaktantëve ose stabilizuesve. Klikoni në grafikun e mësipërm për të parë rezultatet e mostrës për emulsifikimin me ultratinguj të 10% të ujit në vaj motori (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg Gjermani). Ky studim u krye nga Behrend dhe Schubert (2000).

Ultratinguj

Gjatë sonikimit të lëngjeve me intensitet të lartë, valët e zërit që përhapen në median e lëngshme rezultojnë në cikle alternative të presionit të lartë (ngjeshje) dhe presionit të ulët (rrallimi), me shpejtësi në varësi të frekuencës. Gjatë ciklit të presionit të ulët, valët ultrasonike me intensitet të lartë krijojnë flluska të vogla vakumi ose zbrazëti në lëng. Kur flluskat arrijnë një vëllim në të cilin nuk mund të thithin më energji, ato shemben me dhunë gjatë një cikli me presion të lartë. Ky fenomen quhet kavitacion. Gjatë shpërthimit arrihen temperatura shumë të larta (rreth 5,000 K) dhe presione (rreth 2,000 atm). Shpërthimi i flluskës së kavitacionit rezulton gjithashtu në avionë të lëngshëm me shpejtësi deri në 280 m/s.

Është vërtetuar se gjeneron ultratinguj emulsione shumë homogjene e ujit në vaj (w/o) dhe vaj në ujë (o/w) nga prerje e lartë kavitacionale. Meqenëse parametrat e ultrazërit janë të kontrollueshëm mirë, madhësia dhe shpërndarja e grimcave janë të mira të rregullueshme dhe të përsëritshme. Në mënyrë tipike, ultratingulli aplikohet në një reaktor të qelizave rrjedhëse. Prandaj, emulsioni mund të jetë bërë vazhdimisht në linjë. Për këtë arsye, ultratingulli mund të përdoret për prodhimin e emulsioneve të stabilizuara dhe të pastabilizuara.

Tabela më poshtë tregon kapacitetet e përgjithshme të përpunimit për nivele të ndryshme të fuqisë tejzanor.

Degazimi dhe shkumëzimi me ultratinguj

Ultratingulli gjithashtu ndihmon për zvogëloni sasinë e flluskave të ajrit në përzierjen e emulsionit. Figura në të djathtë tregon efektin (5 sek. imazhe të progresit nga e majta në të djathtë) e ultrazërit në përmbajtjen e flluskës. Meqenëse ndryshimet në përmbajtjen e flluskave shkaktojnë luhatje në kohën e injektimit, a degazimi, deaerimi dhe shkumëzimi me ultratinguj përmirëson performancën e motorit.

Pajisjet e procesit tejzanor

Hielscher është furnizuesi kryesor i pajisjeve tejzanor me kapacitet të lartë, botëror. Ndërsa Hielscher bën procesorë tejzanor deri në 16 kW fuqia për një pajisje të vetme, ka nuk ka kufi në madhësinë e bimës ose kapaciteti përpunues. Grupet e disa sistemeve 16 kW janë duke u përdorur për prodhimin e vëllimeve të mëdha të karburanteve. Përpunimi industrial i karburantit nuk ka nevojë për shumë energji ultrasonike. Kërkesa aktuale për energji mund të përcaktohet duke përdorur një procesor tejzanor 1 kW në shkallën e sipërme. Të gjitha rezultatet nga prova të tilla në stol mund të jenë shkallëzohet lehtësisht.

Kostot e ultrazërit

Ultrasonication është një teknologji efektive e përpunimit. Kostot e përpunimit tejzanor rezultojnë kryesisht nga investimi
për pajisjet tejzanor, kostot e shërbimeve dhe mirëmbajtjen. E shquara efikasitetit të energjisë (Shiko grafiku) i pajisjeve tejzanor Hielscher ndihmon në uljen e kostove të shërbimeve.

Letërsia

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Ndikimi i viskozitetit të fazës së vazhdueshme në emulsifikimin me ultratinguj, në: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Canfield, A., C. (1999): Efektet e djegies së emulsionit me naftë-ujë në motorin diesel NO_x Emetimet, në: Teza e Masterit e paraqitur në shkollën pasuniversitare të Universitetit të Floridës, 1999.