Смањење НОк емулзификацијом уље/вода

Азотни оксиди (БР_Икс) познато је да су непосредно опасни по здравље људи и животне средине. Мобилни и стационарни дизел и бензински мотори у великој мери доприносе светском НО_Икс емисије. Емулговање горива водом је начин да се смањи НО_Икс емисије мотора. Ултразвучна емулзификација је ефикасно средство за генерисање финих емулзија горива/воде.

Аутомобили и камиони, авиони, електрични генератори, виљушкари, јединице за климатизацију и котлови производе велике количине честица (ПМ) и НО_Икс сагоревањем нафтних деривата. НЕ_Икс односи се на смеше азот-оксида (НО) и азот-диоксида (НО₂) као и Н₂О, НЕ₃, Н₂О₄ и Н₂О₅. Азот оксид и азот диоксид доприносе ниском нивоу озона, смогу и опасни су по животну средину и људе. Пропис о животној средини бави се емисијом загађивача ваздуха тако што пооштравање граница. Емисије мотора такође укључују сумпор диоксид (СО₂) као резултат једињења сумпора у гориву. Овај проблем се смањује хидродесулфуризацијом или одсумпоравање уз помоћ ултразвука.

Рад на емулзији горива/воде

Последњих година урађено је много посла на утицај воде на НО_Икс нивои емисије. Различити запремински односи гориво:вода од 1:1 до 19:1 су тестирани на својства сагоревања. У већини случајева, 1 до 2 запреминска процента сурфактанта је додато за стабилизацију емулзије.

Позадина о сагоревању

Сагоревањем горива настаје топлотна и механичка енергија. Механичка фракција се може користити за погон клипова или турбина за погон или производњу електричне енергије. У већини мотора, топлотна енергија се не користи. Ово резултира нижом термодинамичком ефикасношћу.

Прибл. 90% НО_Икс који произилази из процеса сагоревања горива је НЕ. НО се првенствено формира оксидацијом атмосферског азота (Н₂). Вода додата гориву снижава температуру сагоревања услед испаравања воде. Када вода у емулзији гориво-вода испари, околно гориво такође испарава. Ово повећава површину горива. Нижа температура и боља дистрибуција горива доводе до а ниже формирање НО_Икс.

Ултразвучна емулзификација

Увођење воде у сагоревање горива показало се у многим радовима смањи НО_Икс емисије. Вода се може додати формирањем емулзије гориво/вода на два начина:

• нестабилизовано: линијска емулгација воде у гориво пре убризгавања
• стабилизовано: производња стабилне емулзије гориво/вода која ће се користити као алтернатива за гориво

Цанфиелд (1999) резимира НО_Икс смањење употребом воде и других адитива:

• нестабилизована емулзија
  • додана вода вол%: 10 до 80%
  • НЕ_Икс смањење за: 4 до 60%
• стабилизована емулзија
  • додана вода вол%: 25 до 50%
  • НЕ_Икс смањење за: 22 до 83%

емулзија

Емулзија је мешавина генерално течности које се не мешају (фазе), као што су уље и вода. Током процеса емулговања, дисперзна фаза (нпр. вода) се уводи у течну фазу (нпр. уље). Применом од високо смицање, величина честица (= величина капљице) дисперзне фазе је смањена. Што је мања величина честица, стабилнија је створена емулзија. Додатна стабилност се може постићи увођењем сурфактаната или стабилизатора. Кликните на слику изнад да видите резултате узорака за ултразвучну емулзификацију 10% воде у моторном уљу (Велоците 3, Мобил Оил, Хамбург Немачка). Ову студију је спровела Беренд и Шуберт (2000).

Ултразвук

Када ултразвучно обрађујете течности високог интензитета, звучни таласи који се шире у течне медије резултирају наизменичним циклусима високог притиска (компресија) и ниског притиска (разређивање), са брзинама које зависе од фреквенције. Током циклуса ниског притиска, ултразвучни таласи високог интензитета стварају мале вакуумске мехуриће или празнине у течности. Када мехурићи достигну запремину при којој више не могу да апсорбују енергију, они се насилно срушавају током циклуса високог притиска. Овај феномен се назива кавитација. Током имплозије, локално се постижу веома високе температуре (око 5.000 К) и притисци (приближно 2.000 атм). Имплозија кавитационог мехурића такође резултира млазовима течности брзине до 280 м/с.

Доказано је да ултразвук генерише веома хомогене емулзије воде у уљу (в/о) и уља у води (о/в) по високо кавитационо смицање. Како се параметри ултразвучне обраде могу добро контролисати, величина честица и дистрибуција су добро подесив и поновљив. Обично се ултразвук примењује у реактору са проточним ћелијама. Према томе, емулзија може бити направљен континуирано у линији. Из тог разлога, ултразвук се може користити за прављење стабилизованих и нестабилизованих емулзија.

Табела испод приказује опште капацитете обраде за различите нивое ултразвучне снаге.

Ултразвучно уклањање гаса и пењење

Ултразвук такође помаже смањити количину ваздушних мехурића у мешавини емулзије. Слика са десне стране показује ефекат (слике напретка од 5 секунди с лева на десно) ултразвучне обраде на садржај мехурића. Пошто варијације у садржају мехурића узрокују флуктуације у времену убризгавања, а дегазација, деаерација и пењење ултразвуком побољшава перформансе мотора.

Ултразвучна процесна опрема

Хиелсцхер је водећи добављач ултразвучних уређаја високог капацитета, широм света. Како Хиелсцхер производи ултразвучне процесоре до 16кВ снага по једном уређају, постоји нема ограничења у величини биљке или капацитет обраде. Кластери од неколико система од 16кВ се користе за производњу великих количина убризганих горива. Индустријска прерада горива не треба много ултразвучне енергије. Стварна потреба за енергијом се може утврдити коришћењем ултразвучног процесора од 1кВ у столној скали. Сви резултати из оваквих бенцх-топ испитивања могу бити лако се повећава.

Трошкови ултразвучне обраде

Ултрасоницатион је ефикасна технологија обраде. Трошкови ултразвучне обраде су углавном резултат улагања
за ултразвучне уређаје, комуналне трошкове и одржавање. Изванредан енергетска ефикасност (види графикон) од Хиелсцхер ултразвучних уређаја помаже у смањењу трошкова комуналних услуга.

Књижевност

Бехренд, О., Сцхуберт, Х. (2000): Утицај континуалне фазе вискозитета на емулзификацију ултразвуком, у: Ултрасоницс Соноцхемистри 7 (2000) 77-85.

Цанфиелд, А., Ц. (1999): Ефекти сагоревања емулзије дизел-вода на дизел мотор НО_Икс Емисије, у: Мастер рад представљен на постдипломским студијама Универзитета Флорида, 1999.