Anwendung der Ultraschalltechnologie bei der Dieselemulgierung

Anwendung der Ultraschalltechnologie bei der Diesel-EmulgierungDiesel-EmulgierungEmulgierung

Angesichts des doppelten Drucks globaler Energieknappheit und Umweltverschmutzung ist die Suche nach effizienten und sauberen Kraftstoffalternativen in verschiedenen Ländern in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit gerückt. Diesel ist ein wichtiger Kraftstoff, der häufig im Transportwesen, in Industriekesseln, bei der Energieerzeugung und in anderen Bereichen eingesetzt wird. Seine Verbrennungseffizienz und Emissionswerte stehen in direktem Zusammenhang mit dem Energieverbrauch und der Luftqualität.

Es entstand die Diesel-Emulgiertechnologie – das Mischen von Wasser in Diesel, um emulgierten Kraftstoff zu bilden, wobei der „Mikroexplosions“-Effekt während der Verbrennung genutzt wurde, um die Zerstäubung des Kraftstoffs zu fördern, die Verbrennungseffizienz zu verbessern und Schadstoffemissionen zu reduzieren. Da Öl und Wasser jedoch nicht mischbar sind, war es schon immer die Schlüsseltechnologie, ein stabiles und feines Emulgierungssystem zu erhalten. Die Einführung der Ultraschalltechnologie bietet eine effiziente und umweltfreundliche physikalische Lösung für die Dieselemulgierung.

Technische Grundlagen

Der Kernmechanismus der Ultraschall-Dieselemulgierung ist der Kavitationseffekt. Wenn sich hochfrequente Ultraschallwellen (normalerweise 20 kHz ~ 100 kHz) in Flüssigkeiten ausbreiten, kommt es zu periodischen Wechseln von Kompression (Überdruck) und Verdünnung (Unterdruck). Während der Unterdruckphase bilden sich im Inneren der Flüssigkeit zahlreiche kleine Kavitationsbläschen; Während der Überdruckphase kollabieren diese Blasen schnell und setzen in sehr kurzer Zeit von Nanosekunden große Energiemengen frei.

Sobald die Blase kollabiert, kann sie lokal hohe Temperaturen (über 5000 K) und hohe Drücke (Hunderte MPa) erzeugen, begleitet von starken Stoßwellen, Mikrojet-Strömungen und Scherkräften. Diese extreme physikalische Umgebung kann die Grenzflächenspannung zwischen Öl und Wasser effektiv zerstören, die Wasserphase in Tröpfchen in Mikrometer- oder sogar Nanometergröße zerlegen und sich gleichmäßig im Diesel verteilen, um ein stabiles Emulgierungssystem zu bilden.

Zusätzlich zum Kavitationseffekt kann die durch die mechanische Wirkung von Ultraschallwellen erzeugte hochfrequente Vibration die Medienmischung verbessern und die Gleichmäßigkeit der Verarbeitung verbessern; Der thermische Effekt wird teilweise durch Ultraschallenergie in Wärmeenergie umgewandelt, wodurch die Systemtemperatur leicht erhöht wird und so zur Optimierung der Verarbeitungseffizienz beigetragen wird. Die drei wirken synergetisch, um eine effiziente Öl-Wasser-Emulgierung zu erreichen.

Kernvorteile

Im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Emulgiermethoden (wie Hochgeschwindigkeitsrühren, Kolloidmühle usw.) hat die Ultraschallemulgierung erhebliche Vorteile:

(1) Hervorragende Emulgierqualität. Ultraschallwellen können Emulsionen mit Tröpfchengrößen von weniger als 1 μm und einer gleichmäßigen Partikelgrößenverteilung herstellen. Die Partikelgröße von mikroemulgiertem Diesel, der unter optimalen Ultraschallbedingungen hergestellt wird, kann sogar 45,3 nm erreichen. Mehr als 90 % der Wassertröpfchen in emulgiertem Öl haben einen Durchmesser von weniger als 5 Mikrometern.

(2) Die Stabilität wird erheblich verbessert. Mit Ultraschall hergestellte Emulsionen bleiben wochenlang ungetrennt. Untersuchungen zeigen, dass die Stabilitätszeit von emulgiertem Diesel unter der Einwirkung von Ultraschall von 24 Stunden auf 72 Stunden erhöht werden kann.

(3) Die Menge an Emulgator ist gering. Durch die Ultraschallemulgierung kann die Emulgatormenge reduziert und sogar eine Emulgierung ohne Zugabe von Emulgator erreicht werden. Bei Verwendung einer zusammengesetzten Emulgatorlösung macht die Emulgatormenge nur etwa 2 % des Mikroemulsionsdiesels aus.

(4) Erhebliche Energieeinsparungs- und Emissionsminderungseffekte. Emulgierter Diesel verbrennt vollständiger und kann den thermischen Wirkungsgrad um 5 bis 15 % steigern; Reduzierung der Feinstaubemissionen um 30 bis 50 % und der Stickoxidemissionen um 10 bis 20 %. Bei der Anwendung von Schmiedeheizöfen können bei einem Wassergehalt von 15 % 8 % Brennstoff eingespart und die Umweltverschmutzung deutlich reduziert werden.

(5) Gute Betriebsökonomie. Der Energieverbrauch der Ultraschallemulgierung ist 40 bis 60 % geringer als der der mechanischen Emulgierung. Die Geräte sind klein, wartungsfreundlich und weisen einen hohen Automatisierungsgrad auf.

Wichtige Prozessparameter

Die Wirkung der Ultraschallemulgierung wird umfassend von mehreren Prozessparametern beeinflusst. Die folgenden Parameter müssen basierend auf spezifischen Geräten und Rohstoffen systematisch optimiert werden:

(1) Ultraschallfrequenz. Untersuchungen zeigen, dass 40 kHz eine ideale Betriebsfrequenz für die Dieselemulgierung ist.

(2) Ultraschallleistung und Schallintensität. Die optimale Schallintensität liegt bei etwa 0,15~0,266 W/cm². Es gibt auch Studien, die die Spannung verwenden, um den optimalen Parameter mit 150 V auszudrücken. In Bezug auf die Leistung ausgedrückt können mit 220 W bis 300 W gute Ergebnisse erzielt werden.

(3) Einwirkzeit des Ultraschalls. Die optimale Einwirkzeit liegt in der Regel zwischen 10 und 25 Minuten. Es ist erwähnenswert, dass es einen optimalen Wert für die Ultraschallzeit gibt – länger ist nicht unbedingt besser. Eine zu lange Verarbeitungszeit kann die Stabilität der Emulsion beeinträchtigen.

(4) Wassermischgeschwindigkeit. Der Wassergehalt von emulgiertem Diesel beträgt normalerweise 5 bis 25 %. Untersuchungen zeigen, dass mit zunehmendem Wassergehalt der Heizwert von emulgiertem Diesel allmählich abnimmt und Viskosität, Flammpunkt, Brennpunkt und Gefrierpunkt ansteigen. Der maximale Wassergehalt sollte weniger als 18 % betragen.

(6) Auswahl und Dosierung des Emulgators. Zu den häufig verwendeten Emulgatoren gehören Span80, Tween80, Natriumdodecylbenzolsulfonat usw. Auch das kationische Tensid Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB) hat nachweislich gute Emulgierfähigkeiten. Der HLB-Wert und die Dosierung des Emulgators haben einen erheblichen Einfluss auf die Stabilität der Emulsion

Hauptanwendungsgebiete

Ultraschallemulgierter Diesel hat in vielen Bereichen breite Anwendungsaussichten gezeigt:

Industriekessel und Heizöfen. Emulgierter Diesel kann als Brennstoff für Industrieöfen wie Schmiedeöfen verwendet werden, um Energieeinsparungen und Verbrauchsreduzierungen zu erreichen und gleichzeitig die Qualität der Werkstücke sicherzustellen.

Schiffskraft. Erfüllen Sie die immer strengeren Emissionsstandards der International Maritime Organization (IMO) und senken Sie die Betriebskosten.

Dieselgeneratorsatz. Der Prüfstandstest am 75GF-Dieselgenerator zeigt, dass die maximale Kraftstoffeinsparungsrate unter optimalen Emulgierungsbedingungen 8,24 % erreichen kann.

Minenflotation. Der durch Ultraschallverfahren hergestellte Öl-in-Wasser-emulgierte Diesel kann die Dispersion von Diesel in der Aufschlämmung erheblich verbessern und den Flotationseffekt von Molybdänit verstärken.

Beimischung von Biokraftstoffen. Ultraschalltechnologie kann Biomasseöl und Diesel wirksam emulgieren, um eine Bioöl-Diesel-Emulsion herzustellen, die direkt als Dieselkraftstoff verwendet werden kann. In den letzten Jahren hat sich der Einsatz ultraschallgestützter Herstellung stabiler Diesel- und Bioölemulsionen zu einem Forschungsschwerpunkt entwickelt.

Abschluss

Die Ultraschall-Diesel-Emulgiertechnologie nutzt die extreme physikalische Umgebung, die durch den Kavitationseffekt erzeugt wird, um die Wasserphase in Mikro- oder sogar Nanometer-Tröpfchen aufzubrechen und diese gleichmäßig im Diesel zu verteilen, wodurch eine effiziente und stabile Öl-Wasser-Emulgierung erreicht wird. Diese Technologie bietet erhebliche Vorteile wie hervorragende Emulgierqualität, gute Stabilität, geringen Emulgatorverbrauch, Energieeinsparung und Umweltschutz. Es bietet breite Anwendungsaussichten in den Bereichen Industriekessel, Schiffsenergie, Dieselstromerzeugung, Minenflotation und Biokraftstoffmischung. Als umweltfreundliche physikalische Behandlungstechnologie wird die Ultraschall-Dieselemulgierung voraussichtlich eine immer wichtigere Rolle bei der effizienten Energienutzung und dem Umweltschutz spielen.