[发明专利]具有电动机驱动的压缩机的燃气重整器

说明书

本发明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n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——氢气(H₂)和一氧化碳(CO)：

-C_nH_m+_nH₂O<<->>_(m/2+n)H₂+_nCO，

-C_nH_m+_(n/2)O₂<<->>_(m/2)H₂+_nCO，

-C_nH_m+_nCO₂<<->>_(m/2)H₂+_2nCO。

该方法使用催化氧化步骤(催化部分氧化——CPO)和催化反应的组合——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C₄H₁₀(丁烷)等较高碳原子的HC分解为CO₂、CH₄和H₂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+H₂O<<->>3H₂+CO(3-1)，

重整具有比能量+205KJ/mol的烃类(甲烷)

-CH₄+1/2O₂<<->>2H₂+CO(3-2)，

部分氧化具有比能量-35.6KJ/mol的烃类(甲烷)

-CH₄+CO₂<<->>2H₂+2CO(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H₂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。

本发明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。

根据本发明，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。