Відновлення NOx шляхом емульгування олією/водою
Оксиди азоту (NOx), як відомо, є безпосередньо небезпечними для здоров'я людини та навколишнього середовища. Мобільні та стаціонарні дизельні та бензинові двигуни значною мірою сприяють світовому НІx Викидів. Емульгування палива водою є способом зниження NOx викиди двигунів. Ультразвукова емульгація є ефективним засобом для отримання дрібнодисперсних паливно-водних емульсій.
Генерують легкові та вантажні автомобілі, літаки, електрогенератори, навантажувачі, кондиціонери та котли велика кількість твердих частинок (PM) і NOx шляхом спалювання нафтопродуктів. НІx відноситься до сумішей оксиду азоту (NO) та діоксиду азоту (NO2), а також N2О, НІ3, П2O4 і N2O5. Оксид азоту та діоксид азоту сприяють утворенню низького рівня озону, смогу і є небезпечними для навколишнього середовища і людини. Природоохоронне регулювання спрямовує викиди забруднюючих речовин в атмосферне повітря шляхом Посилення меж. Викиди двигунів також включають діоксид сірки (SO2) в результаті утворення в паливі сполук сірки. Ця проблема зменшується за рахунок гідродесульфурації або Ультразвукова десульфуризація.
Працює на паливній/водній емульсії
За останні роки була проведена велика робота по вплив води на NOx рівні емісії. Різні об'ємні співвідношення паливо та вода від 1:1 до 19:1 були перевірені на властивості згоряння. У більшості випадків для стабілізації емульсії додавали від 1 до 2 об'ємних відсотків ПАР.
Передумови згоряння
При згорянні палива утворюється теплова і механічна енергія. Механічна фракція може використовуватися для приводу поршнів або турбін для руху або виробництва електроенергії. У більшості двигунів теплова енергія не використовується. Це призводить до нижчої термодинамічної ефективності.
90% від НІx В результаті процесу згоряння палива НЕМАЄ. NO в основному утворюється при окисленні атмосферного азоту (N2). Вода, що додається в паливо, знижує температуру горіння за рахунок випаровування води. Коли вода в емульсії паливо-вода випаровується, випаровується і навколишнє паливо. При цьому збільшується площа поверхні палива. Нижча температура і кращий розподіл палива призводять до нижнє утворення NOx.
Ультразвукова емульгування
Введення води в процес згоряння палива було показано в багатьох роботах до знизити НІx Викидів. Воду можна додавати шляхом утворення емульсії палива/води двома способами:
- Нестабілізовані: внутрішня емульгування води в паливо перед впорскуванням
- Стабілізований: виробництво стабільної паливно-водної емульсії для використання в якості альтернативи паливу
Кенфілд (1999) резюмує НІx зменшення за рахунок використання води та інших добавок:
- нестабілізована емульсія
- Об'єм доданої води: від 10 до 80%
- НІx Зменшення на: Від 4 до 60%
- стабілізована емульсія
- Вода додається об/в%: від 25 до 50%
- НІx Зменшення на: Від 22 до 83%
Емульсія
Емульсія являє собою суміш загальних рідини, що не змішуються (фази), такі як масло і вода. У процесі емульгування дисперсна фаза (наприклад, вода) вводиться в рідку фазу (наприклад, масло). За застосуванням високий зсув, розмір частинок (= розмір крапель) дисперсної фази зменшується. Чим менше розмір частинок, тим більш стабільною є утворювана емульсія. Додаткової стабільності можна досягти введенням поверхнево-активних речовин або стабілізаторів. Натисніть на графіку вище побачити результати зразків для ультразвукової емульгування 10% води в моторній оливі (Velocite 3, Mobil Oil, Гамбург, Німеччина). Дане дослідження було проведено Беренд і Шуберт (2000).
Ультразвук
При ультразвуковому синтезі рідин з високою інтенсивністю звукові хвилі, які поширюються в рідкі середовища, призводять до чергування циклів високого тиску (стиснення) і низького тиску (розрідження) зі швидкістю в залежності від частоти. Під час циклу низького тиску ультразвукові хвилі високої інтенсивності створюють невеликі вакуумні бульбашки або порожнечі в рідині. Коли бульбашки досягають об'єму, при якому вони більше не можуть поглинати енергію, вони сильно руйнуються під час циклу високого тиску. Це явище називається кавітацією. Під час імплозії локально досягаються дуже високі температури (приблизно 5 000 К) і тиск (приблизно 2 000 атм). Імплозія кавітаційного міхура також призводить до утворення струменів рідини зі швидкістю до 280 м/с.
Доведено, що ультразвук генерує дуже однорідні емульсії води в маслі (w/o) та олії у воді (o/w) за допомогою високий кавітаційний зсув. Оскільки параметри ультразвуку добре контролюються, розмір і розподіл частинок добре регульований і повторюваний. Як правило, ультразвук застосовується в реакторі з проточними елементами. Тому емульсія може бути Безперервно вбудована. З цієї причини ультразвук може бути використаний для виготовлення стабілізованих і нестабілізованих емульсій.
У таблиці нижче показані загальні обчислювальні потужності для різних рівнів потужності ультразвуку.
Витрата
|
необхідна потужність
|
---|---|
100 до 400 л/год
|
1 кВт, наприклад UIP1000hd
|
400 до 1600 л/год
|
4 кВт, наприклад UIP4000
|
1.5 до 6,5 м³/год
|
16 кВт, напр. UIP16000
|
10 до 40м³/год
|
96 кВт, наприклад 6xUIP16000
|
100 до 400м³/год
|
960 кВт, наприклад 60xUIP16000
|
Ультразвукова дегазація і піногасінняp0200.jpg)
УЗД також допомагає зменшити кількість повітряних бульбашок, в емульсійної суміші. На малюнку праворуч показаний ефект (5 секунд прогресу зображення зліва направо) ультразвукового випромінювання на вміст бульбашки. Оскільки варіації вмісту бульбашок викликають коливання часу впорскування, а дегазація, деаерація і піногасіння За допомогою ультразвуку поліпшується робота двигуна.
Устаткування для ультразвукових процесів
Хілшер - це провідний постачальник ультразвукових апаратів великої потужностівсесвітній. Як компанія Hielscher виробляє ультразвукові процесори до 16 кВт Потужність на один пристрій, є Без обмежень у розмірі рослин або потужності переробки. Використовуються кластери з декількох систем по 16 кВт для виробництва великих обсягів палива. Промислова переробка палива не потребує великої кількості ультразвукової енергії. Фактичну потребу в енергії можна визначити за допомогою ультразвукового процесора потужністю 1 кВт у настільних масштабах. Всі результати таких настільних випробувань можуть бути легко масштабується.
Вартість ультразвуку
Ультразвук є ефективною технологією обробки. Витрати на ультразвукову обробку в основному є результатом інвестицій
на ультразвукові апарати, комунальні витрати та обслуговування. Видатні Енергоефективність (див. Діаграми) ультразвукових апаратів Hielscher сприяє зниженню витрат на комунальні послуги.
Література
Беренд, О., Шуберт, Х. (2000): Вплив в'язкості безперервної фази на емульгування ультразвуком, в: Ультразвукова сонохімія 7 (2000) 77-85.
Кенфілд, А., К. (1999): Вплив згоряння дизель-водяної емульсії на дизельний двигун NOx Викиди, в: Магістерська дисертація, представлена аспірантурі Університету Флориди, 1999.
Literaturverweis
Беренд, О., Шуберт, Х. (2000): Вплив в'язкості безперервної фази на емульгування ультразвуком, в: Ультразвукова сонохімія 7 (2000) 77-85.
Кенфілд, А., К. (1999): Вплив згоряння дизель-водяної емульсії на дизельний двигун NOx Викиди, в: Магістерська дисертація, представлена аспірантурі Університету Флориди, 1999.