CN101438445B - 用于获取热能和/或者动能以及电能的装置、方法和体系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置(5，105)，用于从含有至少一种可脱氢化合物的烃混合物(15)中，特别是从烃基混合燃料中，优选从煤油中获取能量，所述装置包含用于提供烃混合物(15)的油箱(10，110)和与油箱(10，110)连接的内燃机(20，120)，用于燃烧烃以获取热能和/或者动能(25，125，30，130)。本发明的目的是提供这样一种装置(5，105)，一种相应的方法和一种相应的体系，以高效的方式获取热能、动能和电能(25，125，30，130，55，155)，为此目的，装置(5，105)此外包含用于从烃混合物(15)中至少部分分离至少一种可脱氢化合物的分离装置(35，135)、用于从分离的可脱氢化合物中通过脱氢获取氢的脱氢装置(40，140)、用于向内燃机(20，120)间接或者直接输入脱氢的化合物的第一输入装置(45，145)和用于通过所获取的氢的反应获取电能(55，155)的燃料电池(50，150)。

Description

用于获取热能和/或者动能以及电能的装置、方法和体系
本发明涉及一种装置，用于从含有至少一种可脱氢化合物的烃混合物中，特别是从烃基的混合燃料中，优选从煤油中获取能量，所述装置包含用于提供烃混合物的油箱和与油箱连接的内燃机，用于燃烧烃以获取热能和/或者动能。本发明此外还涉及一种相应的体系和一种相应的方法。
在“空客”型的飞机上，除了作为主机组在运行中推进飞机并也可以用于获取电能的传统飞机涡轮机外，迄今为止还存在作为辅助机组或者“辅助动力装置(Auxiliary Power Unit)”(APU)的另一涡轮机，其例如可以在地面上断开主机组时供给飞机电能。煤油在该APU内燃烧时，释放在许多情况下机场运营商要求附加交税的废气。这些附加税增加了飞机的运行成本并因此使其经济效益劣化。
在此无不希望的废气释放情况下获取电能的可能性在于，将氢和氧反应生成水，例如在燃料电池内。
但比较复杂的是提供这种氢。特别是在飞机上，部分出于安全原因和部分出于减轻重量的原因，将氢本身作为气态或者液化的能量载体携带是不理智的。因此看来有利的是在运行中才直接提供氢用于消耗或者产生氢。
氢的提供或产生的传统类型是，烃混合物，例如烃基燃料如煤油或者汽油在自热转化制氢(autotherm reformierung)(ATR)中在800℃至1200℃的工作温度时反应生成氢(产率：20至30％)、一氧化碳(CO、最高10％)、甲烷(最高1％)和残余物质。对于干燥转化产物，氢的摩尔产率在气体净化后为40％至55％。
例如公开文献DE 199 24 778 A1、DE 101 57 737 A1、DE 103 36 759A1和DE 103 38 227 A1公开了方法和装置，其中从混合燃料中例如以蒸馏的方式分出一部分燃料，然后将其输入到转化装置中，其中，在转化装置中以公知的方式使燃料按如上所述进行裂解。
然而在获取氢的这种方式中也释放副产物(其中包括甲烷)，从而达不到完全没有废气。此外需要非常复杂的体系，这一点表现在体系重量和体系体积上。用于自热转化制氢的体系具有惯性，其在动力要求情况下会导致降低体系使用寿命和/或者更加复杂的体系结构。此外的缺点是自热转化制氢(800℃-1200℃)与PrOx阶段(120℃-150℃)之间的高温差。总体上因此这种类型的氢获取特别不适合在飞机上使用。
公知各种各样的方法，其中例如通过电解从水中获取的氢以适当的方式化合或储存并然后在消耗时才重新释放。例如可以将氢作为金属氢化物储存。S.Hodoshima等人在“Catalytic decalindehydrogenation/naphthalene hydrogenation pair as a hydrogen sourcefor fuell-cell vehicle”(International Journal of Hydrogen Energy28(2003)1255-1262)中介绍了另一种用于运输氢的方法。在此方面，十氢萘作为氢载体在由燃料电池驱动的汽车上产生，在那里十氢萘为释放其中包含的氢而被脱氢成萘。萘储存在汽车上且以后被再次释放用于氢化。因此在萘氢化之后重新提供十氢萘，从而形成一种循环(十氢萘、萘)。
借助这种传统的载体介质提供氢的缺点是，载体介质本身是一种附加的重量负荷，特别是在飞机上不可接受，因为载体介质，特别是不含氢的载体介质不能进一步利用并因此被视为“无用重量(totesGewicht)”。
本发明的目的因此在于，提供一种装置、一种方法和一种装置，其中以高效的方式获取热能、动能和电能。特别是应以简单和高效的方式将氢用作能量载体，以避免或者减少不希望的废气排放。氢的提供特别应在装置内部无强温差的情况下并保证尽可能少的“无用重量”。
上述目的按照本发明的第一方面通过一种装置得以实现，所述装置用于从含有至少一种可脱氢化合物的烃混合物中，特别是从烃基燃料中，优选从煤油中获取能量，所述装置包含：用于提供烃混合物的油箱和与油箱连接的内燃机，用于燃烧烃以获取热能和/或者动能，其中，所述装置此外包含用于从烃混合物中至少部分分离至少一种可脱氢化合物的分离装置、用于从分离的可脱氢化合物中通过脱氢获取氢的脱氢装置、用于向内燃机间接或者直接输入脱氢的化合物的第一输入装置以及用于通过所获取的氢的反应获取电能的燃料电池。
此外按照本发明的第二方面，提供一种用于获取能量的体系，所述体系包含依据本发明的装置和包含至少一种可脱氢化合物的烃混合物，特别是烃基燃料，优选煤油。
在本发明范围中，概念“烃混合物”并不局限于以化石源为基础的或者来自化石源的烃混合物，而是该概念也包括以其他方式提供的烃混合物，特别是例如来自可再生能量载体的合成燃料和生物燃料。
按照本发明的另一种方面，提出一种用于从含有至少一种可脱氢化合物的烃混合物中，特别是从烃基燃料中，优选从煤油中获取能量的方法，所述方法包括以下步骤：提供烃混合物和燃烧烃以获取热能和/或者动能，其中，该方法作为其他步骤包括：从烃混合物中至少部分分离至少一种预先确定的可脱氢化合物，从所分离的可脱氢化合物中通过脱氢获取氢，向内燃机间接或者直接输入脱氢的化合物以及所获取的氢的反应以获取电能。
本发明基于这种认识，即可以作为内燃机传统能量载体使用的烃混合物此外也可以作为氢载体使用，只要烃混合物含有至少一种可脱氢的化合物，其中，提取至少一种可脱氢化合物的氢并且所述脱氢的化合物本身再作为内燃机的能量载体使用。按照这种方式，烃混合物既作为氢载体(燃料电池的能量载体)也作为能量载体(用于内燃机)使用，因此可以取消对提供氢不必要的“无用重量”。从烃混合物中分离可脱氢化合物的适用类型允许有针对性地从可脱氢的化合物中获取氢，而烃混合物中所含有的其他化合物不妨碍氢的获取或者其本身不受获取过程的妨碍。
概念“内燃机”在本发明意义上是指一种热机，其中氧化或燃烧烃混合物用于获取热能和/或者动能。内燃机在本发明的意义上的实例例如为内燃发动机、燃气轮机和蒸汽轮机。在这种相互联系上特别具有意义的内燃机是飞机上使用的喷气发动机，特别是涡轮喷气发动机。
可以仅将唯一的单元作为内燃机使用，例如唯一的涡轮机。另一方面，也可以多个涡轮机共同组成内燃机。在这种情况下，这些涡轮机也可以型号不同并例如对输入给它们的烃提出不同要求。
至少一种可脱氢化合物的分离至少将烃混合物的分量分成至少两部分。一部分包含至少一种可脱氢化合物的至少一部分和另一部分或其他部分包含残留的残余。另一部分因此可以称为“烃混合物残余”。本发明并不局限于仅将各可脱氢的化合物与烃混合物分离，尽管这一点在某些情况下是有利的。在分离至少一种可脱氢的化合物时，也可以同时分离其他化合物，甚至其他不可脱氢的化合物。在某些情况下有利的是共同分离多种可脱氢的化合物。在极端情况下，此外至少一种可脱氢的化合物与大部分烃混合物(包括不可脱氢的化合物在内)一起与各个不希望的化合物至少部分分离，其然后成为“烃混合物残余”。
虽然优选可脱氢的化合物与烃混合物残余尽可能完全分离，但分离在这方面是指在分离之后，各分离的部分或分量具有不同的成分或其中可脱氢化合物的浓度在一部分中增加和在另一部分中减少。
在本发明的另一种构成中，所述装置包含第二输入装置，用于向内燃机间接或者直接输入分离至少一种可脱氢的化合物时残留的烃混合物残余。
如果将一部分所提供的烃混合物输入到用于分离至少一种可脱氢化合物的分离装置中，并将该部分在分离之后残留的烃混合物残余输入到内燃机，因此所提供的烃混合物尽可能地得到利用。
在依据本发明的装置的另一种构成中，所述分离装置包含用于蒸馏分离含有可脱氢的化合物馏分的蒸馏装置和/或者用于从烃混合物中吸着分离至少一种可脱氢化合物的吸着装置。
蒸馏可以简单和高效地从烃混合物中分离可脱氢的化合物。在这种情况下，可以通过适当控制蒸馏过程有针对性地调整，馏分中除了可脱氢的化合物外还存在哪些成分。特别是在蒸馏时，可以有针对性地使烃混合物的一定成分或化合物不转移或者仅有限地转移到馏分内。
分离的一种可选择或者补充的可能性在于提供吸着装置，所述吸着装置被构造成用于吸收和/或者吸附至少一种可脱氢的化合物，以便这样将其从烃混合物中去除，其中，吸收和/或者吸附(至少部分)可逆(用于释放至少一种可脱氢的化合物)。这种吸着分离也可以本身公知的方式在连续的过程中实施。依据本发明，此外可以将所述吸着装置装入油箱内，以便将至少一种可脱氢的化合物与运行中处于油箱内的烃混合物分离。
但除了优选蒸馏和吸着的方法外，在本发明的范围内也可以使用其他分离方法。
在依据本发明的装置的另一种构成中，设置所述分离装置，使得一种或多种可脱氢的化合物在分离时至少部分去除预先确定的杂质。
在进一步处理时，特别是在脱氢时，烃混合物内含有的一种或者更多种确定的化合物对所分离的可脱氢化合物是不利或者甚至有害的并因此是要避免的杂质。因此有利的是，视为杂质的化合物根本不或者至少仅在足够降低浓度下与可脱氢的化合物一起从烃混合物中分离。
这种净化或至少部分去除杂质也可以在单独的过程步骤中作为剩余的分离以其它方式进行。例如可以借助适当的蒸馏来分离至少一种可脱氢的化合物，该至少一种可脱氢的化合物此外借助杂质的吸收或者吸附从而至少部分去除这些杂质。所述分离的分步骤的顺序可以由专业人员自由选择。但在蒸馏与吸着(用于净化)的组合情况下，优选蒸馏作为第一分步骤在净化之前实施。
在依据本发明的装置的一种有利的构成中，第一和/或者第二输入装置被构造成用于通过油箱向内燃机输入脱氢的化合物或烃混合物残余。
不必将脱氢的化合物或烃混合物残余直接输入到内燃机。第一和/或者第二输入装置也可以在运行中将脱氢的化合物或分离时残留的烃混合物残余输入到油箱内，例如使它们在那里与处于油箱内的烃混合物混合或者溶解在里面。这是特别有利的，如果脱氢的化合物或者烃混合物残余的特性不满足内燃机对动力燃料的要求，而烃混合物的特性在这种要求方面通过添加脱氢的化合物或烃混合物残余没有变化或者仅有不明显的变化。
在一种优选的构成中，依据本发明的装置被设置用于处理飞机煤油(作为烃混合物)，分离装置被构造成用于从飞机煤油(烃混合物)中分离一种或者更多种可脱氢的化合物，所述化合物选自环己烷、甲基环己烷、顺式十氢萘、反式十氢萘、正十二烷、四氢化萘、二聚戊烯、二乙苯和它们的混合物。
已经发现本发明特别有利的是可以用在采用作为烃混合物的飞机煤油的飞机上，其中作为特别有利的可脱氢化合物尤其可利用环己烷、甲基环己烷、顺式十氢萘、反式十氢萘、正十二烷、四氢化萘、二聚戊烯、二乙苯。但所述化合物也部分包含在柴油动力燃料和汽车汽油中，从而本发明也可以非常有效地用在其内燃机为这种动力燃料设计的汽车上。
在依据本发明的装置的另一种构成中，所述脱氢装置包含用于催化脱氢可脱氢化合物的催化剂。
催化脱氢与依据本发明同样可行的热脱氢相比的优点是，不必强加热可脱氢的化合物来达到释放氢。
适用的催化剂、催化剂设置和催化脱氢方法的例子例如可以参阅下列公开物：S.Hodoshima等人:”Catalytic decalindehydrogenation/naphthalene hydrogenation pair as a hydrogen source forfuel-cell vehicle”(International Journal of Hydrogen Energy28(2003)1255-1262)和”Hydrogen storage by decalin/naphthalene pair and hydrogensupply to fuel cells by use of superheated liquid-film-typecatalysis”(Applied Catalysis A：General283(2005)235-242)以及N.Kariya等人的公开物：”Efficient evolution of hydrogen from liquid cycloalkanesover Pt-containing catalysts supported on active carbons under，wet-drymultiphase conditions”(Applied Catalysis A：General233(2002)91-102)和”Efficient hydrogen production using cyclohexan and decalin bypulse-spray mode reactor with Pt catalysts”(Applied Catalysis A：General247(2003)247-259)。可脱氢的化合物在液相内的催化脱氢的优点是能量需求较少，但一般而言氢的产率也较低。如果将可脱氢的化合物转化为气相，以便然后催化脱氢，那么为此需要增加能量开支。但气相内的催化反应具有大多加速的反应动力学。有利的条件是，可脱氢的化合物处于具有饱和气相的过热液体状态下。
本发明另一种有利的构成涉及一种依据本发明的装置，所述装置包含用于控制分离装置的控制单元和与控制单元连接的分析单元，所述分析单元用于分析运行中所提供的烃混合物的成分，其中，控制单元被构造成用于在由分析单元确定的成分基础上控制在运行中输入到分离装置的烃混合物的量和从中分离至少一种可脱氢的化合物。
通常典型的烃混合物中，例如煤油中不只存在一种可脱氢的化合物。大多存在一系列可脱氢的化合物。即使在某一烃混合物中仅各自存在一种可脱氢的化合物，可以在另一种烃混合物中存在另一种可脱氢的化合物。如果装置装备有分析单元且分析单元与控制单元连接，从而可以将运行中发现的烃混合物成分方面的数据发送到控制单元，那么这一点的优点是，为处理含有一种或者更多种存在的可脱氢化合物的分别存在的烃混合物，该装置可以灵活的方式调整。因此所述装置在这种构成中可以利用多种不同的烃混合物运行。
在本发明的另一种构成中，所述控制单元此外被构造成用于在运行中保证每个时间单位获取预先确定量的氢。
例如，如果运行中发现的烃混合物中存在多种不同的可脱氢的化合物，那么借助分析单元可以鉴别存在的可脱氢化合物和输入到分离装置的烃混合物量，并这样控制烃混合物的分离或分配，使每个时间单位可以始终获取所要求量的氢。这样通过氢的反应可以基本上满足连续的电流需求。
在本发明的另一种构成中，所述控制单元此外被构造成用于在运行中保证预先在确定的时间段获取氢。
也可以在考虑到分离的一种或多种化合物情况下，通过控制用于分离预先规定量的烃混合物量和分离本身，确保在所要求时间范围内的每个时间点上提供预先确定的最小量的氢。但当然也可以设计成最小量的氢不是连续产生的，而是保证在预先确定的时间范围内每个所要求的时间点上开始获取氢。
在依据本发明的装置的一种优选构成中，所述控制单元此外被构造成用于控制向内燃机输入脱氢的化合物和/或者分离至少一种可脱氢的化合物时残留的烃混合物残余的输入类型。
原则上存在两种向内燃机输入脱氢的化合物的可能性或者类型。一方面可以将脱氢的化合物直接输入到内燃机。“直接”或者“非间接”在这种情况下是指输入基本上无中间储存进行。通过从分离装置到内燃机的管道来输入在这方面被认为是直接。间接或者非直接的输入是例如脱氢的化合物在油箱内中间储存。所述油箱可以是用于烃混合物的油箱，以便脱氢的化合物在运行中在输入到内燃机之前与油箱内存在的烃混合物进行混合。另一种类型的非直接输入在于，提供用于中间储存的自有的单独油箱并从该油箱向内燃机输入脱氢的化合物。
前面的段落中详细介绍的内容相应地也适用于向内燃机输入在向分离装置输入一定量的烃混合物和分离可脱氢的化合物之后剩余的烃混合物残余。也可以在向内燃机输入之前将烃混合物残余和脱氢的化合物分开与其余的烃混合物相互混合。
在依据本发明的装置另一种有利的构成中，所述控制单元此外被构造成用于在运行中保证输入到内燃机的全部烃的预先确定特性处于预先确定的误差范围内。
在借助分析单元获取的烃混合物成分的数据基础上，可以确定可脱氢的化合物的取出以何种方式影响烃混合物及其特性。相应地需要时也可以确定脱氢的化合物的返回和/或者在分离时出现的烃混合物残余的返回对烃混合物的影响。这些特性的确定例如可以在经验数据的基础上进行，或者以适当的模拟计算为基础。特别是在飞机领域，对燃料煤油的特性方面提出特殊要求。例如，煤油的熔融温度不得超过确定值。在飞机领域，燃料如汽油或者超级汽油(Superbenzin)必须满足一定的要求例如在其辛烷值方面。如果在内燃机中燃烧之前，可脱氢化合物的提取或者脱氢的化合物或烃混合物残余返回至烃混合物，导致烃混合物的一种或者多种特性变差，依据本发明的这种构成就这样控制整个过程，使得输入到内燃机的全部烃(例如混合物包含脱氢的化合物和烃混合物残余)的特性不超过或低于预先确定的阈值。这一点例如可以由此进行，即在分离一部分第一可脱氢的化合物之后分离另一种可脱氢的化合物，或者一种或多种可脱氢的化合物以变化的量进行分离。此外还可以预先规定，如果不能再遵守所要求的参数范围，那么中断实施依据本发明的方法。
在本发明的另一种构成中，所述控制单元包含计算单元，其用于在由分析单元确定的成分基础上确定输入到分离装置的烃混合物量随时间的进程、在分离装置内至少一种可脱氢的化合物的分离随时间的进程和/或者向内燃机输入脱氢的化合物和/或者在分离至少一种可脱氢的化合物时残留的烃混合物残余的随时间的进程，从而在这种随时间的进程中保证，在预先确定的时间段在运行中输入到内燃机的全部烃预先确定的特性处于预先确定的误差范围内。
有利的是，在这种构成中在一定时间段获取氢的整个过程在使用通过分析单元确定的烃混合物成分的信息情况下确定。特别是在计算随时间的进程时，可以确定是否和以何种方式在所要求的时间段遵守所要求的误差范围。例如，如果在具有依据本发明的装置的飞机油箱中，发现利用可供使用的动力燃料不能以所要求的方式在整个执行时间段实施依据本发明的方法，那么可以及时采取适当措施避开或者排除这一问题。
在依据本发明的装置的一种有利的构成中，所述装置包含用于由烃混合物、分离至少一种可脱氢的化合物时残留的烃混合物残余和脱氢的化合物以预先确定的比例制造混合物的混合单元和用于检测混合物预先确定的特性的检测单元。
利用混合单元可以在确定的工艺条件下检查脱氢的化合物、烃混合物残余和烃混合物的混合过程，但实际上不是非得利用这些参数实施依据本发明的方法。按照这种方式，可以实时由装置本身借助检测单元确定这种混合对混合物的特性有何影响。这样例如可以获取具体数据，借助其可以预测依据本发明的方法随时间的进程。
在另一种构成中，依据本发明的装置装备有用于接收燃料电池内所产生的水的贮水器。
飞机上的燃料电池内氢反应时获取的水例如可以作为生活用水使用，由此通过从一开始起就减少携带的水来减轻重量。
依据本发明的体系优选包含如上所述优选构成中的依据本发明的装置。
依据本发明的方法优选在使用依据本发明的体系情况下实施。
本发明其他的优选构成来自下面的实施例和权利要求书。
下面借助附图通过优选的实施例对本发明进行详细说明。其中：
图1示出含有烃混合物的依据本发明的装置的第一实施例；
图2示出依据本发明的装置的第二实施例；
图3示出用于说明依据本发明的方法第一实施例的流程图；以及
图4示出用于说明依据本发明的方法第二实施例的流程图。
图1示出含有烃混合物的依据本发明的装置的第一实施例。用于获取能量的装置5包含在这里含有液态烃混合物15的油箱10、与油箱连接的内燃机20、同样与油箱连接的分离装置35、脱氢装置40、将脱氢装置与油箱和内燃机连接的第一输入装置45，和燃料电池50。该装置此外具有第二输入装置60，其将分离装置35和内燃机20和油箱10连接。分离装置35包含用于分馏的元件65。脱氢装置40包含催化剂70。该装置此外包含与分离装置35和脱氢装置置40连接的包含计算单元85的控制单元75、分析单元80、混合单元90、检测单元95和贮水器100。
在该实施例中为飞机煤油的液态烃混合物15容纳在油箱10内。从油箱10抽取一部分烃混合物15并输入到分离装置35。从油箱抽取另一部分烃混合物15并在这里是飞机涡轮机的内燃机20中燃烧，以便从中获取热能25和动能30，特别是用于驱动设置有装置5的飞机。
本发明并不局限于液态烃混合物，虽然其由于操作简单而优选。但也可以使用气态或者固态烃混合物。这相应地自然也适用于可脱氢的化合物、脱氢的化合物和烃混合物残余。
在分离装置35中将至少一种可脱氢的化合物从烃混合物中分离。典型的飞机煤油尤其含有环己烷、甲基环己烷、顺式十氢萘、反式十氢萘、正十二烷、四氢化萘、二聚戊烯和二乙苯作为可脱氢的化合物。在本实施例中，分离装置装备有用于分馏的元件65，以便从烃混合物中分离出分别具有194.6℃和185.5℃的蒸发温度的顺式十氢萘和反式十氢萘。蒸馏仅是一种可供分离使用的选择方案。另一种可选择或者补充的可能性特别是在于，可脱氢的化合物借助于吸收和/或者吸附在适当的吸附剂内或其上而与烃混合物残余分离并输入到进一步处理装置。但在本发明的范围内，也可以使用专业人员认为适当的其他方法分离可脱氢的化合物。分离时因此将输入到分离装置的烃混合物分成具有至少一种这里为顺式十氢萘和反式十氢萘的可脱氢化合物和烃混合物残余。虽然大多数情况下优选将一种或多种可脱氢的化合物完全从烃混合物15中分离；但这一点并非必须。烃混合物残余因此也可以含有可脱氢的化合物。现在并不排除烃混合物残余也含有顺式或者反式十氢萘。
分离的可脱氢化合物被输入到脱氢装置40，而烃混合物残余则通过第二输入装置60有选择地输入油箱10内的烃混合物15或者直接输入到内燃机20。没有必要利用两种选择方案。在可选择的构成中，烃混合物残余也可以仅直接输入到内燃机20进行燃烧，或者仅输入油箱10内与那里存在的烃混合物15混合和以后燃烧。另一种选择或者补充在于，为烃混合物残余提供自有油箱，以便至少中间储存烃混合物残余。
该实施例的脱氢装置40包含用于催化脱氢可脱氢化合物的催化剂70。
依据本发明，优选单独或者组合使用下列脱氢的催化剂：(a)金属，选自：铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、锇(Os)、钌(Ru)、铼(Re)、钨(W)、铱(Ir)、钼(Mo)和它们的合金，(b)至少两种上述金属的组合(双层或者少数层(Oligolayer))，而且分别(i)是金属形式，(ii)在载体材料例如沸石或者碳上，和/或者(iii)作为有机金属复合物，例如羰基金属复合物。作为对催化脱氢的选择或者补充，例如可以使用热脱氢或者其他适用的方法。如在本实施例中那样，如果烃混合物15内存在多种可脱氢的化合物，那么有利的是每种或者各可脱氢的化合物可以具有专用的催化剂。脱氢时，将各个(每种)可脱氢的化合物裂解成氢和一种(或者更多种)脱氢的化合物。氢被输入到燃料电池50，它在那里按照本身公知的方式反应以产生电能55。与此同时产生的水收集在贮水器100内并可以作为飞机上的生活用水使用。一种或多种脱氢的化合物借助第一输入装置45间接(经油箱10)或者直接输入到内燃机。
分析单元80例如借助质谱分析确定油箱10内烃混合物的成分，并将所检测的成分，特别有意义的是可脱氢化合物的比例，传送到控制单元75。
在混合单元90内，以所要求的比例准备烃混合物15(来自油箱10)、一种或多种脱氢的化合物(由脱氢装置40提供)和烃混合物残余(由分离装置35提供)的混合。这种混合物所要求的特性，例如在作为烃混合物15的飞机煤油情况下的熔点，或者在汽车汽油情况下的辛烷值，借助检测单元95来确定。所测定的数值同样传送到控制单元75，确切的说是传送到控制单元75的计算单元85。
计算单元85装备有用于计算该方法优化的随时间的进程的算法。计算的参数包括输入到分离装置35的烃混合物量、分离装置35内可脱氢化合物分离的类型和规模、向内燃机输入的脱氢的化合物和烃混合物残余的类型和时间点，在此基础上，控制单元75控制在装置上实施的方法。控制单元75在此方面影响分离装置35和脱氢装置40。控制单元此外控制第一和第二输入装置45、60。
图2示出依据本发明的装置的第二实施例。装置105包含油箱110，其通过过滤器112、泵113和换热器114与分离装置135连接。油箱110此外通过阀门123与内燃机120连接。内燃机120为煤油燃烧器，其典型地为飞机上使用的喷气发动机的组成部分。燃烧器120从压缩机段121通过另一个换热器122得到送风。装置105此外包含冷却循环138。此外，装置105包含与分离装置135连接的脱氢装置140，其通向分离单元142，后者通过第一输入装置145与油箱连接并通过阀门143与燃料电池150连接。分离装置135此外通过第二输入装置160a、160b与油箱110连接并包含第一蒸馏单元165a、阀门136、换热器137、第二蒸馏单元165b、另一换热器139和脱硫单元141。
油箱110被构造用于容纳例如煤油的烃混合物(未示出)。一根具有用于调节烃混合物流量的阀门123的管道从油箱110通向燃烧器120。燃烧器120通过换热器122从压缩机段121得到燃烧烃所需的压缩空气。该换热器122的目的以后介绍。在输入到燃烧器120的烃燃烧时获取热能125和动能130。至少一部分热能125输入到换热器114和139。
处于油箱110内的烃混合物的一部分在过滤器112内纯化并输入到泵113。泵113将一部分烃混合物输送通过换热器114，其中热能125从燃烧器120的废气向烃混合物转移。在第一蒸馏单元165a内，轻的工艺温度下气态的部分与烃混合物重的液态部分分离。液态烃混合物残余通过第二输入装置160a输入到油箱110并在那里与剩余的烃混合物混合。气态部分为调整压力通过阀门136输送并为冷却输送通过换热器137。在换热器内，热量排出到冷却循环138。此前全部但现在仍部分气态的冷却部分从换热器137输送到第二蒸馏单元165b内，可脱氢的化合物在该单元内与低沸点的部分分离，低沸点的部分再利用第二输入装置160b通过换热器122输入到油箱。换热器122用于在一定程度上冷却该气态部分，使其可以液态形式输入到处于油箱110内的烃混合物。含有至少一种可脱氢的化合物，在该实施例中为甲基环己烷的液态部分现在由第二蒸馏单元165b输入到换热器139，并在那里由燃烧器120的废气再加热，从而调整所要求的温度与压力。在可脱氢的化合物输入到脱氢装置140之前，在脱硫单元141内进行脱硫。硫是一种催化剂毒物并以高达3000ppm的浓度存在于传统的煤油内。但目前公知的最有抵抗能力的催化剂仅适用最高几ppm的硫浓度。通过蒸馏或一般通过分离可脱氢的化合物，一般情况下就己经达到降低硫浓度的目的。但为达到进一步降低硫浓度的目的和作为脱氢装置140内使用的催化剂的附加安全措施，依据图2仍提供脱硫单元141。进一步脱硫的可脱氢化合物输入到脱氢装置140，在其中从可脱氢的化合物中分离出部分氢。在分离单元142内，分离的氢与脱氢的化合物(在甲基环己烷的情况下，即甲苯)分离。脱氢的化合物通过第一输入装置145输入到油箱110内。阀门143用于调整输入到燃料电池150的氢的压力。在燃料电池150内，通过氢的反应获取电能155。
图3示出用于说明依据本发明的方法第一实施例的流程图。在第一步骤305中，提供含有至少一种可脱氢化合物的烃混合物。这一点例如可以如上所述在油箱内进行。在随后的步骤315中，从烃混合物中分离出至少一部分可脱氢的化合物。用于分离的可能的方法例如为适当控制的蒸馏。特别是上述包含可以用于分离的装置的装置。但也可以使用专业人员常用的其他方法来分离。步骤315之后是从分离的可脱氢化合物中通过脱氢获取氢的步骤325。对此优选适用上述的脱氢装置。特别优选催化脱氢。在脱氢时获取的氢在步骤355中反应以获取电能。脱氢时残留的脱氢的化合物在步骤345中间接或者直接输入到内燃机，并在那里可以共同或者分开反应以获取热能和/或者动能。与所述步骤并行也可以将一部分烃混合物直接输入到内燃机，并在那里为获取热能和/或者动能进行燃烧(步骤335)。因此在上位方法步骤365中，可能燃烧不同组成的烃来获取能量。
图4示出用于说明依据本发明的方法第二实施例的流程图。在第一步骤405中，提供煤油作为含有至少一种可脱氢化合物的烃混合物。在步骤415中从所提供的煤油或其中一部分至少部分分离可脱氢的化合物。此后因此一方面存在可脱氢的化合物(任选地与其他化合物一起)和另一方面存在烃混合物残余。在输入的步骤470中，将烃混合物残余输入到内燃机465。此外，也可以将一定量的所提供的煤油输入到内燃机(步骤410)。可脱氢的化合物在步骤425中脱氢，优选在借助一种或者更多种催化剂的情况下进行。因此存在在步骤455中在燃料电池内为获取电能进行反应的氢。在脱氢425中得到的脱氢的化合物在步骤445中被输入内燃机465用于燃烧。与上述步骤并行，在步骤485中提供405煤油之后分析煤油的成分。此外，在步骤475中将一部分所提供的煤油、一部分分离415时残留的烃混合物残余和一部分在步骤425中脱氢的化合物以预先确定的比例混合。对由此产生的混合物在预先确定的特性方面，例如凝固点或者熔点进行研究和检测(步骤480)。对步骤480的检测和步骤485的分析结果进行计算(步骤490)，其结果作为控制分离(步骤415)、脱氢(步骤425)、向内燃机输入烃混合物残余(步骤470)和向内燃机输入脱氢的化合物(步骤445)的基础在步骤495中使用。因此可以确保全部输入到内燃机的烃特性处于预先规定的误差范围内，并这样满足技术或者标准对内燃机动力燃料的要求。
这里所介绍的实施例用于说明本发明。所介绍的实施例的单个或者多个特征在本发明的范围内也可以按照不同于所示的方式相互组合。
依据本发明，使用烃基燃料作为液态氢载体，从中例如借助分馏提取含有至少一种可脱氢化合物的一种确定的或者多种馏分。可脱氢的化合物脱氢且残余例如重新输入到燃料。
本发明允许氢借助紧凑和重量轻的设备在比较低的工作温度(<350℃)下在较低的体系复杂性下高纯度提供。在分离足够好时，可以取消附加的脱硫。本发明可以在低维护开支的情况下保证高的使用寿命。
适用于依据本发明应用的烃混合物例如为Jet A1煤油，其典型地在民用航空中使用。该煤油通常根据技术规格具有下列特性：
酸度，总计         0.1mg KOH/g(最大)
芳香族物质           22Vol.％(最大)
硫，总计             0.3重量％(最大)
硫，硫醇             0.003重量％(最大)
燃点                 38℃(最小)
密度                 775至840kg/m3(15℃时)
凝固点               -47℃(最大)
电导率               50至450pS/m
Jet A1煤油含有正链烷烃、异链烷烃、环烷烃和芳香烃。典型的成分如下：
C-数      代表性的烃
6-8       环己烷、甲基环己烷、正辛烷、2-甲基庚烷、1-甲基-1-                 乙基戊烷、二甲苯
9-10      反式十氢萘、顺式十氢萘、四氢化萘、萘
11-12     正十二烷、2-甲基十一烷、1-乙基萘、正乙基苯
13-16     正十六烷、2-甲基十五烷、正癸基苯
从飞行周期8.7±2.6h、油箱容积112±5.3t和航程12225±275km、能耗500kW、λ系数1.2和假设10％所使用的煤油可以作为氢源使用的空客A330-200作为参考飞机出发，在下列原料-产物对中得出下列结果：
环己烷C6H12              →苯C6H6                 13.4h
甲基环己烷C7H14          →甲苯C7H8               13.4h
顺式十氢萘C10H18         →萘C10H8                22.3h
反式十氢萘C10H18         →萘C10H8                22.3h
正十二烷C12H26           →C12H18                 17.5h
可以看出，依据本发明可以为飞行周期提供足够的能量。

Claims (24)

1.一种装置(5，105)，用于从含有至少一种可脱氢化合物的烃混合物(15)中获取能量，所述装置包含：
-用于提供烃混合物(15)的油箱(10，110)以及
-与油箱(10，110)连接的内燃机(20，120)，用于燃烧烃以获取热能和/或者动能(25，125，30，130)，
其特征在于，所述装置(5，105)此外包含：
-用于从烃混合物(15)中至少部分分离至少一种可脱氢化合物的分离装置(35，135)，
-用于从分离的可脱氢化合物中通过脱氢获取氢的脱氢装置(40，140)，
-用于向内燃机(20，120)间接或者直接输入脱氢的化合物的第一输入装置(45，145)以及
-用于通过所获取的氢的反应获取电能(55，155)的燃料电池(50，150)。
2.根据权利要求1的装置(5，105)，其中，所述烃混合物(15)为烃基燃料。
3.根据权利要求1的装置(5，105)，其中，所述烃混合物(15)为煤油。
4.根据权利要求1的装置(5，105)，所述装置包含
-第二输入装置(60，160a，160b)，用于向内燃机(20，120)间接或者直接输入分离至少一种可脱氢的化合物时残留的烃混合物残余。
5.根据前述权利要求中任一项的装置(5，105)，其中，所述分离装置(35，135)包含用于蒸馏分离含有可脱氢的化合物馏分的蒸馏装置(65，165a，165b)和/或者用于从烃混合物(15)中吸着分离至少一种可脱氢化合物的吸着装置。
6.根据权利要求1～4中任一项的装置(5，105)，其中，所述分离装置(35，135)被构造成使得在所述分离时可脱氢的化合物至少部分去除预先确定的杂质。
7.根据权利要求1的装置(5，105)，其中，所述第一输入装置(45，145)被构造成用于通过油箱(10，110)向内燃机(20，120)输入脱氢的化合物。
8.根据权利要求4的装置(5，105)，其中，所述第二输入装置(60，160a，160b)被构造成用于通过油箱(10，110)向内燃机(20，120)输入烃混合物残余。
9.根据权利要求1～4中任一项的装置(5，105)，其中，所述装置(5，105)被设置成用于处理作为烃混合物(15)的飞机煤油和所述分离装置(35，135)被构造成用于从烃混合物中分离一种或者更多种可脱氢的化合物，这些化合物选自环己烷、甲基环己烷、顺式十氢萘、反式十氢萘、正十二烷、四氢化萘、二聚戊烯、二乙苯及其混合物。
10.根据权利要求1～4中任一项的装置(5，105)，其中，所述脱氢装置(40，140)包含用于催化脱氢可脱氢化合物的催化剂(70)。
11.根据权利要求1～4中任一项的装置(5，105)，所述装置包含：
-用于控制分离装置(35)的控制单元(75)以及
-与控制单元(75)连接的分析单元(80)，用于分析运行中所提供的烃混合物(15)的成分，
其中，所述控制单元(75)被构造成用于在由分析单元(80)确定的成分基础上在运行中控制输入到分离装置(35)的烃混合物(15)的量和从中分离至少一种可脱氢的化合物。
12.根据权利要求11的装置(5，105)，其中，所述控制单元(75)此外构造成用于在运行中保证每个时间单位获取预先确定量的氢。
13.根据权利要求11的装置(5，105)，其中，将所述控制单元(75)此外被构造成用于在运行中保证在预先确定的时间段获取氢。
14.根据权利要求11的装置(5，105)，其中，所述控制单元(75)此外被构造成用于控制向内燃机(20，120)输入脱氢的化合物和/或者分离至少一种可脱氢的化合物时残留的烃混合物残余的输入类型。
15.根据权利要求11的装置(5，105)，其中，所述控制单元(75)此外被构造成用于在运行中保证输入到内燃机(20，120)的全部烃的预先确定特性处于预先确定的误差范围内。
16.根据权利要求11的装置(5，105)，其中，所述控制单元(75)具有计算单元(85)，其被设置用于在由分析单元(80)确定的成分基础上确定下列的随时间的进程
-输入到分离装置(35，135)的烃混合物量，
-在分离装置(35，135)内分离至少一种可脱氢的化合物和/或者
-向内燃机(20，120)输入脱氢的化合物和/或者在分离至少一种可脱氢的化合物时残留的烃混合物残余的输入类型，其中保证在预先确定的时间段在运行中输入到内燃机(20，120)的全部烃预先确定的特性处于预先确定的误差范围内。
17.根据权利要求1～4中任一项的装置(5，105)，所述装置包含：
-混合单元(90)，用于从
-烃混合物(15)，
-分离至少一种可脱氢的化合物时残留的烃混合物残余以及
-脱氢的化合物
中以预先确定的比例制造混合物以及
-检测单元(95)，用于检测所述混合物的预先确定的特性。
18.根据权利要求1～4中任一项的装置(5，105)，所述装置包含：
-用于接收燃料电池(50)内所产生的水的贮水器(100)。
19.一种用于获取能量的体系，所述体系包含：
-根据前述权利要求中任一项的装置(5，105)以及
-含有至少一种可脱氢化合物的烃混合物(15)。
20.根据权利要求19的体系，其中，所述烃混合物(15)为烃基燃料。
21.根据权利要求19的体系，其中，所述烃混合物(15)为煤油。
22.一种用于从含有至少一种可脱氢化合物的烃混合物(15)中获取能量的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供(305，405)烃混合物(15)以及
-燃烧(365，465)烃以获取热能和/或者动能，
其特征在于，该方法作为其他步骤包括：
-从烃混合物(15)中至少部分分离(315，415)至少一种预先确定的可脱氢化合物，
-从所分离的可脱氢化合物中通过脱氢获取(325)氢，
-向内燃机间接或者直接输入(345，445)脱氢的化合物以及
-反应(355，455)所获取的氢以获取电能。
23.根据权利要求22的方法，其中，所述烃混合物(15)为烃基燃料。
24.根据权利要求22的方法，其中，所述烃混合物(15)为煤油。
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