Reduktimi i NOx përmes emulsifikimit vaj/ujë
Oksidet e azotit (NOx) njihen si drejtpërdrejt të rrezikshme për shëndetin e njeriut dhe të mjedisit. Motorët e lëvizshëm dhe stacionarë me naftë dhe benzinë kontribuojnë ndjeshëm në emetimet globale të NOx . Emulsifikimi i karburantit me ujë është një mënyrë për të reduktuar emetimet e motorëve të NOx . Emulsifikimi me ultratinguj është një mjet efikas për krijimin e emulsioneve karburant/ujë me pikëza të imëta.
Makinat dhe kamionët, avionët, gjeneratorët elektrikë, pirunët ngritës, njësitë e kondicionimit të ajrit dhe kaldajat gjenerojnë sasi të mëdha të lëndës së grimcuar (PM) dhe NOx nga djegia e produkteve të naftës. NOx u referohet përzierjeve të monoksidit të azotit (NO) dhe dioksidit të azotit (NO2), si edhe N2O, NO3, N2O4 dhe N2O5. Monoksidi i azotit dhe dioksidi i azotit kontribuojnë në formimin e ozonit pranë tokës dhe të smogut dhe janë të rrezikshëm për mjedisin dhe njerëzit. Rregulloret mjedisore trajtojnë emetimet e ndotësve të ajrit duke ashpërsuar kufijtë. Emetimet e motorëve përfshijnë gjithashtu dioksid squfuri (SO2) si rezultat i përbërjeve të squfurit në karburant. Ky problem zvogëlohet përmes hidrodesulfurizimit ose desulfurizimit të asistuar me ultratinguj.
Funksionimi me emulsion karburant/ujë
Gjatë viteve të fundit, është kryer shumë punë mbi ndikimin e ujit në nivelet e emetimeve të NOx . Raporte të ndryshme vëllimore karburant:ujë nga 1:1 deri në 19:1 janë testuar për vetitë e djegies. Në shumicën e rasteve, u shtua surfaktant në masën 1 deri në 2 për qind në vëllim për stabilizimin e emulsionit.
Informacion bazë mbi djegien
Djegia e karburantit gjeneron energji termike dhe mekanike. Pjesa mekanike mund të përdoret për të vënë në lëvizje pistona ose turbina për shtytje ose për prodhimin e energjisë elektrike. Në shumicën e motorëve, energjia termike nuk përdoret. Kjo sjell një rendiment termodinamik më të ulët.
Afërsisht 90% e NOx që rezulton nga procesi i djegies së karburantit është NO. 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, avullon edhe karburanti përreth. Kjo rrit sipërfaqen e karburantit. Temperatura më e ulët dhe shpërndarja më e mirë e karburantit çojnë në formim më të ulët të NOx.
Emulsifikimi me ultratinguj
Në shumë studime është treguar se futja e ujit në procesin e djegies së karburantit ul emetimet e NOx emetimet. Uji mund të shtohet duke formuar një emulsion karburant/ujë në dy mënyra:
- i pastabilizuar: emulsifikimi i ujit në karburant drejtpërdrejt në linjë përpara injektimit
- i stabilizuar: prodhimi i një emulsioni të qëndrueshëm karburant/ujë për t’u përdorur si alternativë që zëvendëson drejtpërdrejt karburantin
Canfield (1999) përmbledh reduktimin e NOx përmes përdorimit të ujit dhe aditivëve të tjerë:
- emulsion i pastabilizuar
- ujë i shtuar në % vëllimore: 10 deri në 80%
- NOx reduktohet me: 4 deri në 60%
- emulsion i stabilizuar
- ujë i shtuar në % vëllimore: 25 deri në 50%
- NOx reduktohet me: 22 deri në 83%
Emulsion
Një emulsion është një përzierje e lëngjeve përgjithësisht të papërzieshme (fazave), si vaji dhe uji. Gjatë procesit të emulsifikimit, faza e shpërndarë (p.sh. uji) futet në fazën e lëngshme (p.sh. vaji). Duke ushtruar sforcim të lartë prerës, zvogëlohet madhësia e grimcave (= madhësia e pikëzave) të fazës së shpërndarë. Sa më e vogël të jetë madhësia e grimcave, aq më i qëndrueshëm është emulsioni i krijuar. Qëndrueshmëri shtesë mund të arrihet duke shtuar surfaktantë ose stabilizues. Klikoni mbi figurën e mësipërme për të parë shembuj rezultatesh të emulsifikimit me ultratinguj të 10% ujë në vaj motori (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg, Gjermani). Ky studim u krye nga Behrend dhe Schubert (2000).
Ultratingujt
Gjatë trajtimit të lëngjeve me ultratinguj me intensitet të lartë, valët zanore që përhapen në mjedisin e lëngshëm krijojnë cikle të alternuara me presion të lartë (ngjeshje) dhe presion të ulët (rrallim), me ritme që varen nga frekuenca. Gjatë ciklit me presion të ulët, valët ultrasonike me intensitet të lartë krijojnë flluska të vogla vakumi ose zgavra në lëng. Kur flluskat arrijnë një vëllim në të cilin nuk mund të përthithin më energji, ato shemben vrullshëm gjatë një cikli me presion të lartë. Ky fenomen quhet kavitacion. Gjatë implozionit arrihen lokalisht temperatura shumë të larta (afërsisht 5 000K) dhe presione shumë të larta (afërsisht 2 000atm). Implozioni i flluskës së kavitacionit krijon gjithashtu rryma lëngu me shpejtësi deri në 280m/s.
Është vërtetuar se ultratingujt krijojnë emulsione shumë homogjene të ujit në vaj (w/o) dhe të vajit në ujë (o/w) përmes sforcimit të lartë prerës të shkaktuar nga kavitacioni. Meqë parametrat e trajtimit me ultratinguj mund të kontrollohen mirë, madhësia dhe shpërndarja e grimcave mund të rregullohen dhe të riprodhohen me saktësi. Zakonisht, ultratingujt aplikohen në një reaktor me qelizë rrjedhjeje. Prandaj, emulsioni mund të prodhohet vazhdimisht drejtpërdrejt në linjë. Për këtë arsye, trajtimi me ultratinguj mund të përdoret për prodhimin e emulsioneve të stabilizuara dhe të pastabilizuara.
Tabela më poshtë paraqet kapacitetet e përgjithshme të përpunimit për nivele të ndryshme fuqie ultrasonike.
|
Prurja
|
Fuqia e nevojshme
|
|---|---|
|
100 deri në 400L/hr
|
1kW, p.sh. UIP1000hd
|
|
400 deri në 1600L/hr
|
4kW, p.sh. UIP4000
|
|
1,5 deri në 6,5m³/hr
|
16kW, p.sh. UIP16000
|
|
10 deri në 40m³/hr
|
96kW, p.sh. 6xUIP16000
|
|
100 deri në 400m³/hr
|
960kW, p.sh. 60xUIP16000
|
Degazimi dhe eliminimi i shkumës me ultratingujp0200.jpg)
p1000.jpg)
Ultratingujt ndihmojnë gjithashtu për të zvogëluar sasinë e flluskave të ajrit në përzierjen e emulsionit. Figura në të djathtë tregon efektin e trajtimit me ultratinguj mbi përmbajtjen e flluskave (pamje të ecurisë në intervale prej 5 sekondash, nga e majta në të djathtë). Meqë ndryshimet në përmbajtjen e flluskave shkaktojnë luhatje në kohën e injektimit, degazimi, çajrimi dhe eliminimi i shkumës me ultratinguj përmirësojnë performancën e motorit.
Pajisje për përpunim me ultratinguj
Hielscher është furnizuesi kryesor i pajisjeve ultrasonike me kapacitet të lartënë mbarë botën. Meqë Hielscher prodhon procesorë ultrasonikë me fuqi deri në 16kW për çdo pajisje të veçantë, nuk ka kufi për madhësinë e impiantit ose kapacitetin e përpunimit. Grupe të përbëra nga disa sisteme 16kW përdoren për prodhimin e vëllimeve të mëdha të karburanteve që zëvendësojnë drejtpërdrejt karburantet ekzistuese. Përpunimi industrial i karburantit nuk kërkon shumë energji ultrasonike. Nevoja reale për energji mund të përcaktohet duke përdorur një procesor ultrasonik 1kW në shkallë tavoline laboratorike. Të gjitha rezultatet e provave të tilla në tavolinë laboratorike mund të transferohen lehtësisht në shkallë më të madhe.
Kostot e trajtimit me ultratinguj
Trajtimi me ultratinguj është një teknologji efikase përpunimi. Kostot e përpunimit me ultratinguj rrjedhin kryesisht nga investimi
në pajisjet ultrasonike, kostot e shërbimeve dhe mirëmbajtja. Efikasiteti i jashtëzakonshëm energjetik (shih grafikun) i pajisjeve ultrasonike Hielscher ndihmon në uljen e kostove të shërbimeve.
Literatura
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 naftë-ujë në emetimet e motorëve me naftë të NOx , në: Tezë masteri e paraqitur në shkollën e studimeve pasuniversitare të Universitetit të Floridës, 1999.