Giảm NOx bằng nhũ tương hóa dầu/nước
Oxit nitơ (NOx) được biết là nguy hiểm ngay lập tức đối với sức khỏe con người và môi trường. Động cơ diesel và xăng di động và cố định đang đóng góp phần lớn vào NO trên toàn thế giớix Emissions. Nhũ hóa nhiên liệu với nước là một cách để giảm NOx khí thải của động cơ. Nhũ hóa siêu âm là một phương tiện hiệu quả để tạo ra nhiên liệu / nhũ tương nước có kích thước nhỏ.
Ô tô và xe tải, máy bay, máy phát điện, xe nâng, máy điều hòa không khí và nồi hơi tạo ra một lượng lớn vật chất dạng hạt (PM) và KHÔNGx bằng cách đốt cháy các sản phẩm dầu mỏ. KHÔNGx đề cập đến hỗn hợp oxit nitric (NO) và nitric dioxide (NO2) cũng như N2O, KHÔNG3, N2O4 và N2O5. Oxit nitric và nitric dioxide góp phần tạo ra tầng ozone mức độ thấp, khói bụi và nguy hiểm cho môi trường và con người. Quy định môi trường giải quyết phát thải chất ô nhiễm không khí bằng cách Giới hạn thắt chặt. Khí thải động cơ cũng bao gồm lưu huỳnh điôxít (SO2) do các hợp chất lưu huỳnh trong nhiên liệu. Vấn đề này được giảm bớt bằng cách khử lưu huỳnh thủy hóa hoặc Ultrasonically hỗ trợ khử lưu huỳnh.
Chạy bằng nhũ tương nhiên liệu / nước
Trong những năm gần đây, nhiều công việc đã được thực hiện trên ảnh hưởng của nước đối với NOx mức phát thải. Các tỷ lệ thể tích nhiên liệu: nước khác nhau từ 1: 1 đến 19: 1 đã được kiểm tra về đặc tính cháy. Trong hầu hết các trường hợp, chất hoạt động bề mặt từ 1 đến 2 phần trăm thể tích đã được thêm vào để ổn định nhũ tương.
Nền tảng về đốt cháy
Quá trình đốt cháy nhiên liệu tạo ra nhiệt năng và cơ năng. Phần cơ học có thể được sử dụng để điều khiển piston hoặc tuabin để đẩy hoặc phát điện. Trong hầu hết các động cơ, nhiệt năng không được sử dụng. Điều này dẫn đến hiệu suất nhiệt động lực học thấp hơn.
Xấp xỉ 90% KHÔNGx do quá trình đốt cháy nhiên liệu là KHÔNG. NO chủ yếu được hình thành bởi quá trình oxy hóa nitơ trong khí quyển (N2). Nước được thêm vào nhiên liệu làm giảm nhiệt độ đốt cháy do nước bay hơi. Khi nước trong nhũ tương nhiên liệu-nước bay hơi, nhiên liệu xung quanh cũng bị bốc hơi. Điều này làm tăng diện tích bề mặt của nhiên liệu. Nhiệt độ thấp hơn và phân phối nhiên liệu tốt hơn đang dẫn đến sự hình thành thấp hơn của NOx.
Nhũ tương siêu âm
Đưa nước vào quá trình đốt cháy nhiên liệu đã được chứng minh trong nhiều công trình để hạ thấp NOx Emissions. Nước có thể được thêm vào bằng cách tạo thành nhũ tương nhiên liệu / nước theo hai cách:
- không ổn định: Nhũ hóa nước thẳng hàng vào nhiên liệu trước khi phun
- Ổn định: Sản xuất nhũ tương nhiên liệu / nước ổn định để sử dụng làm thay thế nhiên liệu nhỏ giọt
Canfield (1999) tóm tắt NOx giảm bằng cách sử dụng nước và các chất phụ gia khác:
- nhũ tương không ổn định
- Nước thêm Vol%: 10 đến 80%
- KHÔNGx Giảm bởi: 4 đến 60%
- nhũ tương ổn định
- Nước thêm Vol%: 25 đến 50%
- KHÔNGx Giảm bởi: 22 đến 83%
Emulsion
Nhũ tương là một hỗn hợp nói chung Chất lỏng không thể trộn lẫn (pha), chẳng hạn như dầu và nước. Trong quá trình nhũ hóa, pha phân tán (ví dụ như nước) được đưa vào pha lỏng (ví dụ như dầu). Bằng cách áp dụng cắt cao, kích thước hạt (= kích thước giọt) của pha phân tán giảm. Kích thước hạt càng nhỏ thì nhũ tương tạo ra càng ổn định. Có thể đạt được sự ổn định bổ sung bằng cách sử dụng chất hoạt động bề mặt hoặc chất ổn định. Nhấp vào hình trên để xem kết quả mẫu cho nhũ tương siêu âm 10% nước trong dầu động cơ (Velocite 3, Mobil Oil, Hamburg Đức). Nghiên cứu này được thực hiện bởi Behrend và Schubert (2000).
siêu âm
Khi siêu âm chất lỏng ở cường độ cao, sóng âm thanh lan truyền vào môi trường lỏng dẫn đến chu kỳ áp suất cao (nén) và áp suất thấp (hiếm hoi) xen kẽ, với tốc độ phụ thuộc vào tần số. Trong chu trình áp suất thấp, sóng siêu âm cường độ cao tạo ra các bong bóng chân không nhỏ hoặc khoảng trống trong chất lỏng. Khi các bong bóng đạt đến thể tích mà chúng không còn có thể hấp thụ năng lượng, chúng sẽ sụp đổ dữ dội trong chu kỳ áp suất cao. Hiện tượng này được gọi là xâm thực. Trong quá trình nổ mìn, nhiệt độ rất cao (khoảng 5.000K) và áp suất (khoảng 2.000atm) đạt được cục bộ. Sự nổ tung của bong bóng xâm thực cũng dẫn đến các tia chất lỏng có vận tốc lên đến 280m / s.
Siêu âm đã được chứng minh là tạo ra nhũ tương rất đồng nhất nước trong dầu (w / o) và dầu trong nước (o / w) bởi Cắt xâm thực cao. Vì các thông số của siêu âm có thể kiểm soát tốt, kích thước và phân bố hạt tốt có thể điều chỉnh và lặp lại. Thông thường, siêu âm được áp dụng trong lò phản ứng tế bào dòng chảy. Do đó, nhũ tương có thể được thực hiện liên tục trong dây chuyền. Vì lý do này, siêu âm có thể được sử dụng để tạo ra nhũ tương ổn định và không ổn định.
Bảng dưới đây cho thấy khả năng xử lý chung cho các mức công suất siêu âm khác nhau.
Tốc độ dòng chảy
|
Sức mạnh cần thiết
|
---|---|
100 đến 400L / giờ
|
1kW, ví dụ: UIP1000hd
|
400 đến 1600L / giờ
|
4kW, ví dụ: UIP4000
|
1.5 đến 6,5m³ / giờ
|
16kW, ví dụ: UIP16000
|
10 đến 40m³ / giờ
|
96kW, ví dụ: 6xUIP16000
|
100 đến 400m³ / giờ
|
960kW, ví dụ: 60xUIP16000
|
Siêu âm khử khí và khử bọtp0200.jpg)
Siêu âm cũng giúp Giảm lượng bọt khí trong hỗn hợp nhũ tương. Hình ảnh bên phải cho thấy hiệu ứng (5 giây hình ảnh tiến trình từ trái sang phải) của siêu âm đối với nội dung bong bóng. Khi sự thay đổi về hàm lượng bong bóng gây ra sự dao động trong thời gian tiêm, một khử khí, khử khí và khử bọt bằng siêu âm cải thiện hiệu suất động cơ.
Thiết bị xử lý siêu âm
Hielscher là Nhà cung cấp hàng đầu các thiết bị siêu âm công suất cao, trên toàn thế giới. Vì Hielscher sản xuất bộ xử lý siêu âm lên đến 16kW Công suất trên mỗi thiết bị, có Không giới hạn kích thước cây hoặc năng lực xử lý. Các cụm của một số hệ thống 16kW đang được sử dụng để sản xuất một lượng lớn nhiên liệu thả vào. Chế biến nhiên liệu công nghiệp không cần nhiều năng lượng siêu âm. Yêu cầu năng lượng thực tế có thể được xác định bằng cách sử dụng bộ xử lý siêu âm 1kW ở quy mô để bàn. Tất cả các kết quả từ các thử nghiệm trên băng ghế dự bị như vậy có thể là Dễ dàng mở rộng quy mô.
Chi phí của Ultrasonication
Ultrasonication là một công nghệ xử lý hiệu quả. Chi phí xử lý siêu âm chủ yếu là kết quả đầu tư
đối với các thiết bị siêu âm, chi phí tiện ích và bảo trì. Nổi bật Hiệu quả năng lượng (xem biểu đồ) của các thiết bị siêu âm Hielscher giúp giảm chi phí tiện ích.
Văn học
Behrend, O., Schubert, H. (2000): Ảnh hưởng của độ nhớt pha liên tục đến nhũ hóa bằng siêu âm, trong: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.
Canfield, A., C. (1999): Ảnh hưởng của quá trình đốt cháy nhũ tương diesel-nước đối với động cơ diesel NOx Khí thải, trong: Luận án thạc sĩ trình bày cho trường sau đại học của Đại học Florida, 1999.