本发明专利技术涉及一种火花点火式燃气发动机(1)，火花点火式燃气发动机(1)具有废气管道(6)和至少一个压缩机(2)以及热重整器(3)，压缩机(2)用于将空气-燃气混合物装载到燃烧室(1.1)，热重整器(3)根据下述反应中的至少一个将由n个碳原子和m个氢原子组成的较高碳原子的HC转换为氢气(H2)：-CnHm+nH2O<<->>(m/2+n)H2+nCO，-CnHm+(n/2)O2<<->>(m/2)H2+nCO，-CnHm+nCO2<<->>(m/2)H2+2nCO，而热重整器(3)被连接到废气管道(6)的至少一部分，用于向热重整器(3)供应热量，并且至少一个压缩机(2)是电驱动的。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】具有电动机驱动的压缩机的燃气重整器本专利技术涉及火花点火式燃气发动机和用于运行火花点火燃气发动机的方法，该火花点火式燃气发动机具有废气管道和至少一个压缩机以及热重整器，该压缩机用于将空气-燃气混合物装载到燃烧室，该热重整器根据下述反应中的至少一个将由η个碳原子和m个氢原子组成的较高碳原子的HC转换为重整燃气一一氢气(H2)和一氧化碳(CO):-CnHffl+nH20?-?(ffl/2+n)H2+nC0,_3] -CnHffl+(n/2)02?-?(ffl/2)H2+nCO,-CnHffl+nC02?-?(ffl/2)H2+2nC0o该方法使用催化氧化步骤(催化部分氧化一一CPO)和催化反应的组合一一热重整(TR)，以使用蒸汽或二氧化碳重整燃气；因此，将C3H8(丙烷)或C4Hltl(丁烷)等较高碳原子的HC分解为C02、014和H 2的混合物，下文中称作重整燃气。该反应中，这种方法的优点包括:-CH4+H20?-?3H2+C0(3-1),重整具有比能量+205KJ/mol的烃类(甲烷)-CH4+l/202?-?2H2+C0 (3-2)，部分氧化具有比能量-35.6KJ/mol的烃类(甲烷) -CH4+C02?-?2H2+2C0 (3-3)，二氧化碳重整具有比能量+247.4KJ/mol的烃类(甲烷)。反应(3-1)或(3-3)是吸热反应，与放热反应(3-2)偶合。由于较高碳原子HC的自动热重整的温度小于甲烷，通过额外使用废气的热能，使用上述提及的反应将较高碳原子HC分解为ch4、CO和4的混合物。即使可用的天然气质量不稳定，重整器也允许产生稳定的燃气质量。另外，甲烷值可以在较小的范围内保持稳定，能够燃烧良好。此外，因为氢气具有催化效果，所以较高部分的氢气会导致醛(即甲醛和氮氧化物)的低排放。在使用沼气时，反应(3-3)用于重整，即还原吸热气体二氧化碳。仅使用烃类(甲烷)的吸热部分氧化反应的能量而不额外使用废气的热能，这一过程称为自热重整(ATR)。DE2056131A公开了一种使用汽油或燃料和添加氢气来运行奥托发动机的方法。通过催化重整烃类产生氢气。在这种情况下，用于生成氢气的能量来自废气。美国7，210，467B2公开了一种包括往复式内燃机和热化学换热器的装置，其中对燃料进行重整。来自往复式内燃机的废气对热化学换热器进行加热，同时，借助供水通过串联设置的发动机润滑油热交换器、发动机冷却系统热回收系统和废气热回收系统生成用于重整过程的蒸汽。该专利描述了已知的产生氢气(H2)的几种重整技术。例如自热重整、部分氧化重整、等离子体重整和蒸汽重整。天然气或其他烃类的重整产生氢气(H2)富集产品，除了 H2，还可包括CO、CO2以及碳。本专利技术的目的在于以这样的方式配置和设置火花点火燃气发动机以实现更高程度的效率。根据本专利技术，通过以下方式实现上述目的:重整器被连接到废气管道的至少一部分，用于向重整器提供热量，同时至少一个压缩机是电动机驱动的，分别至少一个压缩机不经由废气涡轮机驱动。根据本专利技术，通过所述方法实现上述目的，在所述方法中，从至少一部分废气流中对重整器供给热量，并且其中至少一个压缩机由电动机驱动。为了获得更高的效率，用于将空气-燃气混合物装载到燃烧室的(涡轮增压器的)压缩机应当由电动机驱动而不是废气驱动；即燃气经由电动压缩机而不使用废气涡轮机进行装载。这允许废气保持在高于其热能100°c -150°c，即约550°C -600°C的更高温度，这可用于吸热过程(3-1)和(3-3)。功率为150kW且没有热重整的发动机组的效率因子大约为40%。增加热重整，效率因子可以增加至43%。另外，通过使用电驱动的压缩机，可以进一步将效率因子增加至43.虽然需要驱动电动机的能量，但整个发动机的效率更高。一个原因是，事实上该重整过程的效率远远高于涡轮机的效率。具有仅转换较高碳原子的HC (CnHm)(具有至少两个或三个碳原子，即η > = 2或η>=3)的重整器一一即仅转换至少具有两个或三个碳原子的较高碳原子的HC也可以是有利的。因此，不对需要更高温度的甲烷进行重整。除此之外，如果甲烷直接在燃烧室中燃烧而不被重整为氢气将是有利的。另一效率的增加通过废气涡轮机和至少一种附加发电机实现，该附加发电机经由废气涡轮机机械地驱动，该涡轮机位于重整器的下游。为适应于该方法，该发动机具有废气涡轮机和至少一个附加发电机，该附加发电机经由废气涡轮机机械地驱动，该涡轮机位于重整器的下游。重整器下游的剩余的废气压力用于发电以用于电驱动压缩机。尤其是为集成在热电联产KWK过程中的固定发动机供应天然气，这种重整是有利的，特别是考虑产生稳定的燃气质量，即更好的燃烧。本专利技术的其它优点和细节在权利要求和说明书中进行解释并如附图中所示，所述附图显示了具有重整器的发动机驱动型发电机组的供给链的示意图。图1中的示意图显示了为火花点火式燃气发动机I提供空气-燃气混合物的供给链与火花点火式燃气发动机I的废气系统。从燃气混合器13 (其中环境空气与燃烧气体和重整燃气混合)开始，空气-燃气管道8经由压缩机2和空气燃气冷却器8.1被引导至火花点火式燃气发动机I或火花点火式燃气发动机I的燃烧室1.1o基于火花点火式燃气发动机I的输出控制的节流阀10被设置在紧接着火花点火式燃气发动机I上游的空气-燃气管道8中。压缩机2由电动机15驱动。因此不需要废气涡轮机5。在废气进入下述重整器3时，具有100°c -150°C的更高的温度。这种较高温度有助于增强重整器3的运行。火花点火式燃气发动机I包括废气管道，其中燃气的重整器3设置在火花点火式燃气发动机I的下游。废气中的热量经由未示出的热交换器，部分消散到重整器3。在重整器3的下游，废气涡轮机5设置有联接到其上的发电机4。废气的进一步扩张产生了也可用于电动机15的电力。位于废气涡轮机5之后是热交换器或过热器19和蒸发器18，以用于下述水回路12。在废气被带到在此未示出的废气系统之前，下游设置了一种废气热交换器11。设置水回路或水管道12用于向重整器3供应水蒸气以产生重整燃气。首先，水回路或水管道中携带的水通过联接于空气-燃气管道8的水热交换器12.1进行预热，其中，热量从压缩的废气-燃气混合物中被带走。然后，在上述蒸发器18中加热水，并且在下游的过热器19中，水蒸气在其返回到重整器3之前相应地过热。在蒸发器18与过热器19之间设置有燃气-蒸汽混合点17，用于将燃烧气体添加至水蒸气中。该混合点17经由用于燃气的阀16.1连接到燃气管道16。在重整过程中产生的重整燃气被送入空气燃气-燃气混合器13，并因此以重新形成空气-燃气混合物，用于经由重整燃气管道14和冷凝器14.1在火花点火式燃气发动机I中燃烧。另外，火花点火式燃气发动机I包括具有发动机热交换器9.1的冷却回路9，以用于冷却火花点火式燃气发动机I。该冷却回路9也连接至油热交换器7。上文所描述的用于重整器3的措施极大地改善了火花点火式燃气发动机组1-发电机10的效率。附图标记列表I火花点火式燃气发动机1.1燃烧室2压缩机3重整器4附加发电机5废气涡轮机6废气管道7油热交换器8空气燃气管道8.1空气燃气冷却器9冷却系统/冷却回路9.1发动机热交换器本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种火花点火式燃气发动机(1)，具有废气管道(6)和至少一个压缩机(2)以及热重整器(3)，所述压缩机(2)用于将空气‑燃气混合物装载到所述燃烧室(1.1)，所述热重整器(3)根据下述反应中的至少一个将由n个碳原子和m个氢原子组成的较高碳原子的HC转换为氢气(H2)：‑CnHm+nH2O＜＜‑＞＞(m/2+n)H2+nCO，‑CnHm+(n/2)O2＜＜‑＞＞(m/2)H2+nCO，‑CnHm+nCO2＜＜‑＞＞(m/2)H2+2nCO，其特征在于，所述热重整器(3)被连接到所述废气管道(6)的至少一部分，用于向所述热重整器(3)供应热量，并且所述至少一个压缩机(2)由电动机(15)驱动。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔·希里罗，
申请(专利权)人：卡特彼勒能源方案有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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