nethermost emissions system engine running in internal

8
Nethermost Emissions System Engine Running in Internal Combustion Engines Blazes the trail! Greek Patent Protocol Number : 20160100424, 04/08/2016 Contact: [email protected]

Upload: others

Post on 15-Jan-2022

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

 

Nethermost Emissions System Engine Running in Internal Combustion Engines 

 

 

 

 

 

Blazes the trail!  

 

 

Greek Patent Protocol Number : 20160100424, 04/08/2016 

Contact: [email protected] 

2 Introduction to NESER Engineering

 

The problem 

The need for reducing fossil fuel consumption and the emission of air pollutants from internal combustion engines  is a main concern of engine manufacturers and the field of engine mechanics  in general.  Internal combustion engines (ICE) are used for electric power production in ships, the industry, large buildings and out‐of‐grid  locations.  The  large  engines  used  in  power  generation,  transportations  and  the  industry consume  also  large  quantities  of  fuel  and  emit  respectively  large  quantities  of  pollutants  to  the environment (CO2, CO, HC, SO2, SOX, NOX, SOOT, smoke etc.). Internal combustion engines are also used in all sorts of automobiles (passenger cards, Lorries, busses and trains). 

A potential reduction of fuel consumption and pollutant emission implies a respective improvement in the economy,  the  environment  and  public  health.  The  European  Union  has  introduced  legislation  which  is scheduled to come to power in 2020, aiming to reduce carbon dioxide emissions from ICE by 20% in relation to  the  targets  of  Kyoto  Protocol  and  a  reduction  of  50%  by  2050,  including  the  emissions  of  following pollutants: 

 

CO2 – CO – HC  – SOX – NOX – SOOT – PPM 

 

 

 

 

 

3 Introduction to NESER Engineering

 

Common emission treatment methods for marine engines 

Exhaust Gas Recirculation (EGR) is a technology for controlling the emission of nitrogen oxides (NOx) from combustion engines, which recirculates part of the exhaust gasses back into the combustion cylinders of the engine. The engine manufacturer MAN Diesel & Turbo designed and produced  the  first EGR system for a two‐stroke diesel engine of a marine container currier, which was already in function in 2010. 

Regarding  the way  EGR  functions,  a  part  of  the  exhaust  gasses  is  directed  to  a  scrubber,  a  cooler  and  a collector of  humidity with  suction, which  is  powered by  a  specially  designed electric  blower.  The blower raises  the  pressure  of  the  exhaust  gasses, which  subsequently  is mixed with  the  turbo  charged  air  via  a supply pipeline, before it enters the coolers of the main engine. Inside the scrubber the gasses are washed with water, which turns acidic, in proportion with the density of the diluted sulfuric emission gasses, which originate from the fuel. As a result, a dosage of sodium hydroxide is needed for neutralising the acid water. 

Furthermore,  the  scrubber  washes  the  suspended  particulate  matter  (PM),  which  gets  diluted  into  the water,  and  therefore  a  water  treatment  system  (WTS)  is  needed  in  order  to  remove  the  particles  and deposit  them  as  residues  (sludge)  into  the  sludge  tank  of  the  ship.  The  WTS  is  designed  to  clean  the scrubber’s  water  to  an  extent  such  that  the  water  can  be  returned  back  into  the  open  sea.  A  fully automated emission control system offers ease of use for the ship’s crew, while it allows correct and quick reaction in variation of the engines power load. 

 

Available solutions: Ship scrubber. 

 

Source: Marine Chronicles 

 

4 Introduction to NESER Engineering

Available solutions: Ship catalyst 

 

Source: Isalos.net 

 

Primary methods of reducing gas emissions 

A  reduction  of  the  average  temperature  of  combustion  slows  down  the  generation  of  NOX.  The  most common method for reducing the maximum temperature of combustion in magnitude and duration is by delaying the injection of fuel. In order to offset the resulting raise in fuel consumption the rate of injection increases  and  the  duration  decreases,  so  that  the  end  of  injection  coincides  with  the  previous  to  the adjustment  timing.  The  ratio  of  compression  is  raised,  in  order  to  avoid  deterioration  in  the  quality  of combustion,  but  to  the  extent  that  the mechanical  tensions  due  to maximum pressure occurring  do  not affect the solidarity of the mechanical structure. Also, the thermal stress on the valves needs to be taken into account, due to potential rise in exhaust gas temperature. 

 

Secondary methods of reducing gas emissions 

The heat exchange production units of electric power have been using units of Selective Catalytic Reduction (SCR) of exhaust gasses for the reduction of NOx. Such SCR units have been installed to about 500 ships and commonly use urea, which breaks down into ammonia and isocyanate acid, which after mixing with water provides the required catalytic reduction to ammonia, as necessary. The catalyst system is relatively large in volume and  costly,  but  the  reduction of NOx  can  reach 98%.  The  functional  problem of  SCR  is  that over some exhaust gas temperature and mainly for two‐stroke engines it requires installation of the catalyst prior to  the  turbo  charger  and  also  requires  the  installation  of  diversion  valves  for  a  variable  direction  of  the gasses  to  the exηaust and air pipelines, during  the acceleration of  the engine and small power  load. The presence of sulphur in the fuel and phosphorus in alkaline lubricants causes gradual chemical poisoning of some catalytic arrays. Thus arrays of combined desulphurisation with scrubbing followed by SCR are under consideration.  

 

5 Introduction to NESER Engineering

The system NESER 

The innovative system NESER, consists of a series of components, which when mounted and appropriately adjusted  at  the  entrance  of  the  combustion  air  and  the  control  device  of  the  motor  they  reduce  the consumption of fuel, regardless of the type of fuel that is use, including petrol, diesel, heavy fuel oil, petrol gas, natural gas etc.). Along with the reduction of fuel consumption the NESER system reduces the emission of  exhaust  gas  pollutants,  including  carbon  dioxide,  carbon  monoxide,  hydrocarbons,  sulfuric  oxides, nitrogen oxides, soot and other. 

According to laboratory tests and measurements made so far, the reduction of fuel consumption reaches 40% and the reduction of gas emissions exceeds 70%, removing the necessity of using catalyst transformers, DPF filters  or  Scrubber  system,  which  produces  pollutant  wastes.  NESER  system  has  been  tested  on  several petrol and diesel cars, on  industrial air compressor motors and on marine power generators, always with the expected outcomes. 

 

 

 

NESER  System  is  a  primary  gas  emission  reduction  method  and  is  addressed  to  all  industries  that  use internal  combustion  engines,  including  automobile,  manufacturing,  marine,  electric  power  generation, transportation  and more  importantly  the  engine manufacturing  industry.  It  has  a minimal  effect  on  the design  and  current  arrangement  of  the  engine  (and  therefore  implementation  cost),  affecting  only  the supply of air to the combustion chambers, and small maintenance cost. 

 

NESER System reduces drastically the following: 

1. Consumption of fuel per hour (kg/h). 

2. Consumption of fuel per unit of produced energy (kg/kWh). 

3. The quantity of emitted carbon dioxide (CO2) per unit of produced energy (gr/kWh). 

4. The quantity of emitted carbon monoxide (CO) per unit of produced energy (gr/kWh). 

5. The quantity of emitted sulphur oxides  (SO & SO2 per unit of produced energy and  in proportion with the volume of gas emissions (gr/kWh και ppm). 

6. The quantity of emitted nitrogen oxides (NO, NO2 and higher NOX) per unit of produced energy and in proportion with the volume of gas emissions (gr/kWh και ppm). 

7. The quantity of emitted soot per unit of produced energy and in proportion with the volume of gas emissions (gr/kWh και ppm).  

NESER delivers the fuel consumption and gas emission targets set by ΕΕ and ΙΜΟ for 2050 today! 

 

6 Introduction to NESER Engineering

Results from an industrial test of the NESER System 

All the measurements presented below were taken on board, from 125kw power function of the generator when docked and a non‐stop 10‐day trip function at 240 kw with the NESER system mounted. 

          Test of NESER System on a ship                     Yanmar diesel generator 830hp – 550 KW 

      

             Electro‐generator power 125 KW                Electro‐generator power 240 KW 

              

Manufacturer’s fuel consumption and COX emission data, at environment temperature 28oC. 125 kw x 263gr/kw.h = 32,875gr/h x 24h =  789,000gr  789,000gr x 2.65 = 2,090,850gr x 10 days = 20,908,500gr CO2 789,000gr x 1.15 = 907,350gr x 10 days =   9,073,500gr CO 

250 kw x 223gr/kw.h = 55,750gr/h x 24h =  1,338,000gr      1,338,000gr x 2.65 = 3,545,700gr x 10 days = 35,457,000gr CO2 1,338,000gr x 1.15 = 1,538,700gr x 10 days = 15,387,000gr CO 

Measured on board fuel consumption and COX emission data, at environment temperature 48oC. 125 kw x 284gr/kw.h = 35,500gr/h x 24h =    852,000gr 852,000gr x 2.65 = 2,257,800gr x 10 days = 22,578,000gr CO2 852,000gr x 1.15 =    979,800gr x 10 days =   9,798,000gr CO 

250 kw x 235gr/kw.h = 58,750gr/h x 24h =  1,410,000gr 1,410,000gr x 2.65 = 3,736,500gr x 10 days = 37,365,000gr CO2 1,410,000gr x 1.15 = 1,621,500gr x 10 days = 16,215,000γρ CO 

Fuel consumption and COX emission data with NESER, at environment temperature 48oC. 125 kw x 160gr/kw.h = 20,250gr/h x 24h =  486,000gr 486,000gr x 2.65 = 1,287,900gr x 10 days = 12,879,000gr CO2 486,000gr x 1.15 =    558,900gr x 10 days =   5,589,000gr CO 

250 kw x 132gr/kw.h = 33,750gr/h x 24h =  810,000gr 810,000gr x 2.65 = 2,146,500gr x 10 days = 21,465,000gr CO2 810,000gr x 1.15 =    931,500gr x 10 days =   9,315,000gr CO 

 

7 Introduction to NESER Engineering

Analysis of exhaust gas soot on board, from the standard function of the engine. 

 

 

Analysis of exhaust gas soot on board, with the first stage only (half) of NESER System functional. 

 

 

Analysis of exhaust gas soot on board, with the complete NESER System functional. 

 

 

8 Introduction to NESER Engineering

The inventor Mr Serlidakis looking after NHESER System in action 

 

 

Present situation and next steps 

NESER System has been  conceived and developed by  the engineer Mr Andreas  Serlidakis, who owns  the patent and heads  the  firm. The  startup  firm NESER Engineering  is  currently under  incorporation and has been hosted in the Athens Startup Business Incubator since April 2016. During this period it was chosen for presentation  in  the  leading  European  startup  event  Slush  2016  in  Helsinki,  Finland  and  in  May  2017  it received the 3rd prize  (out of 78 participants) at the Athens Startup Awards competition organized by the Greek Chamber of Commerce and Industry and the Attika Region administration. 

Our immediate priority is the completion of the first official certification of our results, in collaboration with a car manufacturer and Greek transport  industry,  from the  internationally accredited firms TUV HELLAS – NORD  and  Horiba.  Our  next  steps  include  certification  by  International  Maritime  Organisation  (IMO), participation  in  the  Horizon  2020  Engine  Retrofit  competition  of  the  European  Commission  and development of our firm’s R&D and research laboratory capacity.    

As we stand, we are kindly supported by: 

• Athens Startup Business Incubator of the  • The Centre for Research and Technology Hellas (CERTH) • Aristotle University of Thessaloniki • TUV HELLAS – NORD • Envirometrics laboratory • Horiba laboratory • Hellenic Aerospace Industry S.A.