[发明专利]一种无焰燃烧类氢内燃机

说明书

本发明提供了一种无焰燃烧类氢内燃机，涉及内燃机技术领域，解决了现有技术中，采用传统燃烧方式把柴油或汽油的化学热能转化为机械功，易产生碳颗粒、碳氢化合物和一氧化碳，造成环境污染的技术问题。该装置包括本机，本机的原位燃料为一种多元乳化柴油，本机的燃烧室采用分段多床结构的催化剂反应床，多元乳化柴油在催化剂反应床上经过无烟燃烧蒸汽重整一系列热化学反应，把水引入燃料系统，在本机的膨胀冲程内把乳化柴油的燃烧、膨胀做功与合成气燃料的形成、燃烧膨胀做功相互融合，把蒸汽重整生产富氢合成气工艺与卡诺循环耦合。本发明用于内燃机的化学能转化为机械做功，减少内燃机的污染物排放，高效利用能源，保护环境。

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其是涉及一种无烟冷燃烧自热蒸汽催化重整转化与内燃机卡诺循环耦合形成的以氢气为主体的合成气燃料发展称为类氢内燃机。

背景技术

全球石油资源日趋短缺，而汽车消费不断攀升，在找到终极替代能源之前，全世界汽车厂家、能源公司以及政府都在探索延缓石油危机爆发的中间路线。

二十世纪初，英国剑桥大学就提出在发动机中采用燃油渗水技术。1981年国际燃烧协会第一次会议把燃油掺水作为三大节能环保技术措施之一提出。其节能环保机理是乳化柴油中水粒子汽化微爆使混合燃料表面比增加了10⁴倍，燃烧温度降低，抑制NOx的生成，油燃烧更完全，但由于乳化柴油没有动力学稳定性而没有推广应用。其中的水没有直接参与燃烧反应，乳化柴油把水带入内燃机内形成高温蒸汽排出，带走了大量的潜热和显热，所以掺水量不能超过百分之二十，超过百分之二十后，内燃机热效率会明显降低，发动机点火将变得困难。

一种更高效更清洁地利用石油资源烃类蒸汽重整技术自二十世纪六十年代迅速发展起来，为石油资源的利用开辟了更广阔的空间。蒸汽转化重整是指蒸汽与石油烃类反应产生CO、C0₂、CH₄、H₂和未转化反应物组成混合物的过程。自热重整技术最早由SBA和BASF在二十世纪30年代首先提出。此合成气已广泛应用在化学工业诸多领域，是创造化学工业和燃料生产灵活性的关键，在能源转化中发挥着越来越大的作用。其中油制气是早期应用，1912年巴斯夫(BASF)获得第一个用镍催化剂单管转化炉专利，1961年是烃油蒸汽重整技术取得工业化突破的一年，欧美国家利用石脑油蒸汽转化重整技术成为民用燃油气生产关键技术。

我国1965年建成日处理20t/d的中间试验装置投入运行，成为我国民用燃气供应模式。国际科技界公认的油制气烃类蒸汽转化重整的机理是在有催化剂参与下利用含氧物质水蒸气的氧进行碳氢键、碳碳键的断裂，即称为“氧解”，生成一氧化碳或二氧化碳，H₂0被裂解脱出H₂，形成包括CO、C0₂、CH₄、H₂的合成物。在中石化出版社2017年1月第1版的烃类蒸汽转化制氢装置技术问答一书中的第7页记载有，当蒸汽和轻油气的摩尔比为2.5～6.0,反应温度为450°～900°，压力为1.5～3.MPa,在有催化剂条件下，得到的转化合成气组成中：H₂为70～80％，(体积)CO为7～8％，C0₂为10～15％，CH₄为3～8％。

一种新型电力装置，燃料电池是在阳极发生蒸汽重整生产出富氢合成气，氢气在阳极发生电化学氧化过程，在阳极发生燃料蒸汽重整反应与电化学反应的耦合，形成燃料电池。对汽车用的10～50KW小型燃料电池包括外重整和内重整两种，技术选择上主要是操作简单以及加速启动时间短、瞬时响应性能满足汽车动力特性要求。燃料电池实验实践证明：燃料蒸汽重整转化形成富氢合成气的启动瞬间响应性能，能够达到汽车使用要求，消除了我们在内燃机应用此项蒸汽重整技术在启动瞬间响应性能方面的担忧。