การลด NOx โดยการทําให้เป็นอิมัลชันของน้ํามัน/น้ํา

ไนโตรเจนออกไซด์ (NO_x) เป็นที่ทราบกันดีว่าเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อมในทันที เครื่องยนต์ดีเซลและเบนซินแบบเคลื่อนที่และแบบอยู่กับที่มีส่วนสําคัญต่อ NO ทั่วโลก_x ปล่อย อิมัลชันของเชื้อเพลิงด้วยน้ําเป็นวิธีลด NO_x การปล่อยมลพิษของเครื่องยนต์ อิมัลชันอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการสร้างอิมัลชันเชื้อเพลิง / น้ําขนาดละเอียด

รถยนต์และรถบรรทุก เครื่องบิน เครื่องกําเนิดไฟฟ้า รถยก เครื่องปรับอากาศ และหม้อไอน้ํา ฝุ่นละออง (PM) จํานวนมากและ NO_x โดยการเผาไหม้ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม ไม่ใช่_x หมายถึงส่วนผสมของไนตริกออกไซด์ (NO) และไนตริกไดออกไซด์ (NO₂) และ N₂โอ ไม่₃, N₂O₄ และ N₂O₅. ไนตริกออกไซด์และไนตริกไดออกไซด์ ก่อให้เกิดโอโซนระดับต่ําหมอกควัน และเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและมนุษย์ กฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมจัดการกับการปล่อยมลพิษทางอากาศโดย ขีดจํากัดการกระชับ. การปล่อยมลพิษของเครื่องยนต์ยังรวมถึงซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO₂) อันเป็นผลมาจากสารประกอบกํามะถันในเชื้อเพลิง ปัญหานี้ลดลงโดยไฮโดรดีซัลเฟอร์ไรเซชันหรือ การกําจัดซัลเฟอร์ช่วยอัลตราโซนิก.

ใช้อิมัลชันเชื้อเพลิง/น้ํา

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อิทธิพลของน้ําต่อ NO_x ระดับการปล่อยมลพิษ อัตราส่วนปริมาตรของเชื้อเพลิง:น้ําต่างๆ ตั้งแต่ 1:1 ถึง 19:1 ได้รับการทดสอบคุณสมบัติการเผาไหม้ ในกรณีส่วนใหญ่ จะมีการเพิ่มสารลดแรงตึงผิว 1 ถึง 2 เปอร์เซ็นต์ปริมาตรเพื่อการรักษาเสถียรภาพของอิมัลชัน

ความเป็นมาของการเผาไหม้

การเผาไหม้เชื้อเพลิงทําให้เกิดพลังงานความร้อนและพลังงานกล เศษส่วนเชิงกลสามารถใช้ในการขับเคลื่อนลูกสูบหรือกังหันสําหรับการขับเคลื่อนหรือการผลิตไฟฟ้า ในเครื่องยนต์ส่วนใหญ่จะไม่ใช้พลังงานความร้อน ส่งผลให้ประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ลดลง

ประมาณ 90% ของ NO_x เป็นผลมาจากกระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิงเป็น NO NO ส่วนใหญ่เกิดจากการเกิดออกซิเดชันของไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศ (N₂). น้ําที่เติมลงในเชื้อเพลิงจะลดอุณหภูมิการเผาไหม้เนื่องจากการระเหยของน้ํา เมื่อน้ําในอิมัลชันน้ําเชื้อเพลิงระเหยเชื้อเพลิงโดยรอบก็กลายเป็นไอเช่นกัน สิ่งนี้จะเพิ่มพื้นที่ผิวของเชื้อเพลิง อุณหภูมิที่ต่ํากว่าและการกระจายเชื้อเพลิงที่ดีขึ้นนําไปสู่ การก่อตัวของ NO ที่ต่ํากว่า_x.

อิมัลชันอัลตราโซนิก

การนําน้ําเข้าสู่การเผาไหม้เชื้อเพลิงได้แสดงให้เห็นในหลายผลงานเพื่อ ลด NO_x ปล่อย. สามารถเติมน้ําได้โดยการสร้างอิมัลชันเชื้อเพลิง/น้ําได้สองวิธี:

• ไม่เสถียร: อิมัลชันน้ําแบบอินไลน์เข้าสู่เชื้อเพลิงก่อนฉีด
• เสถียร: การผลิตอิมัลชันเชื้อเพลิง/น้ําที่มีเสถียรภาพเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงทางเลือกแบบดรอปอิน

แคนฟิลด์ (1999) สรุป NO_x การลดการใช้น้ําและสารเติมแต่งอื่น ๆ :

• อิมัลชันที่ไม่เสถียร
  • ปริมาณน้ําที่เติม %: 10 ถึง 80%
  • ไม่ใช่_x ลดโดย: 4 ถึง 60%
• อิมัลชันเสถียร
  • ปริมาณน้ําที่เติม%: 25 ถึง 50%
  • ไม่ใช่_x ลดโดย: 22 ถึง 83%

อิมัลชัน

อิมัลชันเป็นส่วนผสมของโดยทั่วไป ของเหลวที่ผสมกันไม่ได้ (เฟส) เช่น น้ํามันและน้ํา ในระหว่างกระบวนการทําให้เป็นอิมัลชัน เฟสกระจายตัว (เช่น น้ํา) จะถูกนําเข้าสู่เฟสของเหลว (เช่น น้ํามัน) โดยการประยุกต์ใช้ แรงเฉือนสูงขนาดอนุภาค (= ขนาดหยด) ของเฟสกระจายจะลดลง ยิ่งขนาดอนุภาคเล็กเท่าใดอิมัลชันที่สร้างขึ้นก็จะยิ่งมีเสถียรภาพมากขึ้นเท่านั้น ความเสถียรเพิ่มเติมสามารถทําได้โดยการแนะนําสารลดแรงตึงผิวหรือสารทําให้คงตัว คลิกที่กราฟิกด้านบน เพื่อดูผลตัวอย่างสําหรับการทําให้เป็นอิมัลชันแบบอัลตราโซนิกของน้ํา 10% ในน้ํามันเครื่อง (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg Germany) การศึกษานี้ดําเนินการโดย Behrend และ Schubert (2000).

อัล ตร้า ซาวด์

เมื่อ sonicating ของเหลวที่มีความเข้มสูงคลื่นเสียงที่แพร่กระจายไปยังสื่อของเหลวจะส่งผลให้เกิดรอบความดันสูง (การบีบอัด) และความดันต่ํา (หายาก) สลับกันโดยมีอัตราขึ้นอยู่กับความถี่ ในระหว่างรอบความดันต่ําคลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงจะสร้างฟองสูญญากาศขนาดเล็กหรือช่องว่างในของเหลว เมื่อฟองอากาศมีปริมาตรที่ไม่สามารถดูดซับพลังงานได้อีกต่อไปฟองอากาศจะยุบตัวลงอย่างรุนแรงในระหว่างวัฏจักรความดันสูง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าโพรงอากาศ ในระหว่างการระเบิด อุณหภูมิที่สูงมาก (ประมาณ 5,000K) และความดัน (ประมาณ 2,000atm) จะถึงในท้องถิ่น การระเบิดของฟองอากาศยังส่งผลให้เกิดไอพ่นของเหลวที่มีความเร็วสูงถึง 280 ม./วินาที

อัลตราซาวนด์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสร้าง อิมัลชันที่เป็นเนื้อเดียวกันมาก ของน้ําในน้ํามัน (w/o) และน้ํามันในน้ํา (o/w) โดย แรงเฉือนโพรงอากาศสูง. เนื่องจากพารามิเตอร์ของอัลตราโซนิกสามารถควบคุมได้ดีขนาดอนุภาคและการกระจายจึงดี ปรับและทําซ้ําได้. โดยปกติอัลตราซาวนด์จะถูกนําไปใช้ในเครื่องปฏิกรณ์เซลล์การไหล ดังนั้นอิมัลชันจึงสามารถ ทําแบบอินไลน์อย่างต่อเนื่อง. ด้วยเหตุนี้อัลตราโซนิกจึงสามารถใช้ในการทําอิมัลชันที่มีความเสถียรและไม่เสถียร

ตารางด้านล่างแสดงความสามารถในการประมวลผลทั่วไปสําหรับระดับพลังงานอัลตราโซนิกต่างๆ

อัลตราโซนิก Degassing และ Defoaming

อัลตราซาวนด์ยังช่วยในการ ลดปริมาณฟองอากาศ ในส่วนผสมของอิมัลชัน ภาพทางด้านขวาแสดงเอฟเฟกต์ (ภาพความคืบหน้า 5 วินาทีจากซ้ายไปขวา) ของอัลตราโซนิกในเนื้อหาฟองสบู่ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของปริมาณฟองทําให้เกิดความผันผวนของจังหวะการฉีด การขจัดแก๊ส การขจัดอากาศ และการขจัดฟอง โดยอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์

อุปกรณ์กระบวนการอัลตราโซนิก

Hielscher เป็น ซัพพลายเออร์ชั้นนําของอุปกรณ์อัลตราโซนิกความจุสูงทั่วโลก เนื่องจาก Hielscher ทําให้โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกสูงถึง 16 กิโลวัตต์ กําลังไฟต่ออุปกรณ์เครื่องเดียวมี ไม่จํากัดขนาดพืช หรือความสามารถในการประมวลผล กลุ่มของระบบ 16kW หลายระบบกําลังถูกนํามาใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงแบบดรอปอินจํานวนมาก การแปรรูปเชื้อเพลิงอุตสาหกรรม ไม่ต้องการพลังงานอัลตราโซนิกมากนัก ความต้องการพลังงานที่แท้จริงสามารถกําหนดได้โดยใช้โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิก 1kW ในระดับตั้งโต๊ะ ผลลัพธ์ทั้งหมดจากการทดลองแบบตั้งโต๊ะดังกล่าวสามารถ ขยายขนาดได้อย่างง่ายดาย.

ค่าใช้จ่ายในการอัลตราโซนิก

อัลตราโซนิกเป็นเทคโนโลยีการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพ ต้นทุนการประมวลผลอัลตราโซนิกเป็นผลมาจากการลงทุนเป็นหลัก
สําหรับอุปกรณ์อัลตราโซนิกค่าสาธารณูปโภคและการบํารุงรักษา ความโดดเด่น ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (ดู แผนภูมิ) ของอุปกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ช่วยลดต้นทุนสาธารณูปโภค

วรรณกรรม

Behrend, O., ชูเบิร์ต, เอช. (2000): อิทธิพลของความหนืดเฟสต่อเนื่องต่อการทําให้เป็นอิมัลชันโดยอัลตราซาวนด์ใน: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85

แคนฟิลด์, A., C. (1999): ผลกระทบของการเผาไหม้อิมัลชันดีเซลต่อเครื่องยนต์ดีเซล_x การปล่อยมลพิษใน: วิทยานิพนธ์ปริญญาโทที่นําเสนอต่อบัณฑิตวิทยาลัยของมหาวิทยาลัยฟลอริดา พ.ศ. 2542