CN101481635A - 用于对用在燃气发动机中的天然气预处理的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对用在燃气发动机中的天然气预处理的方法和设备。为对用在燃气发动机中的天然气进行预处理，将较高级烃(14)从输入的天然气混合气(10)中分离出来并将在除去较高级烃(14)后甲烷值有所提高的剩余天然气混合气(16)提供给燃气发动机作为燃料(18)。

Description

用于对用在燃气发动机中的天然气预处理的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于对用在燃气发动机中的天然气预处理的方法和设备以及经相应预处理的天然气及其应用。
背景技术
燃气发动机、例如柴油燃气发动机和燃气汽油发动机例如作为固定式设备的动力源以及在天然气汽车中越来越重要。柴油燃气发动机的结构和工作模式例如在DE 197 54 354 C1和DE 10 2005 050 435 A1中进行了详细的说明，因此在相关方面可以参考它们文本的全部内容。
所用天然气的气体特性对燃气发动机的工作方式、尤其是它的燃烧过程至关重要。天然气的主要成分为碳氢化合物“甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)和丁烷(C4H10)”以及气体“二氧化碳(CO2)和氮气(N2)及可能的硫化氢(H2S)”。在欧洲使用的天然气的甲烷值随着来源的不同通常在70到98之间。一般而言，燃烧过程中的爆震倾向随着甲烷值的变小而增加，其中纯甲烷的甲烷值为100，纯氢气的甲烷值则为0。当天然气中存在的成分丙烷和丁烷降低了抗爆性时，可通过惰性气体成分氮气和二氧化碳来提高抗爆性，从而天然气混合气的甲烷值甚至能超过100。
由于燃气的品质越来越差并且甲烷值也低于70，再加上现代燃气发动机的工作范围有限，因而需要改进燃气的品质，尤其是提高燃气的甲烷值。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供用于对用在燃气发动机中的天然气进行预处理的改良方法和改良设备。
按本发明的第一观点，该技术问题通过具有权利要求1特征的、用于对天然气进行预处理的方法解决。
用于对用在燃气发动机中的天然气进行预处理的方法的特征在于，从已有的或输入的天然气混合气中分离出较高级烃，剩下的天然气混合气则作为气体燃料提供给燃气发动机。
通过从天然气混合气分离出较高级烃可以让剩余天然气混合气的甲烷值提高，从而使燃料品质鉴于其较高的抗爆性得到改进。借助该方法有利的是，甲烷值较低的天然气混合气也能用于运行范围有限的现代燃气发动机。甲烷值可例如根据E DIN 51624：2007-01来计算。
该方法同样适用于对用在燃气机发动机、例如具有或不具有预燃室点火、带有或不带有增压的柴油燃气发动机和燃气汽油发动机中的天然气进行预处理。燃气发动机例如可以用于固定式设备或天然气汽车。
此外，该方法原则上可用于任意的天然气混合气，即使对于甲烷值较低的天然气混合气而言也特别有利。要分离的较高级烃在此尤其指所有具有至少两个碳原子的烃，如乙烷、丙烷、丁烷等。根据本分离方法实施形式的不同，属于较高级烃的尤其指所有具有至少三个或更多碳原子的烃。较高级烃一般具有较高的沸点温度。因此优选从要预处理的天然气中分离出较高沸点的烃，剩余的天然气混合气则提供给燃气发动机作为燃料。
较高级烃例如可通过膜分离法和/或压力冷凝法从输入的天然气混合气中分离出来，但本发明并不局限于这两种分离工序。在本发明的一种方案中，较高级烃借助多级工序从输入的天然气混合气中分离出来，由此提高分离过程的效率。
在本发明的一种有利方案中，已分离出的较高级烃被液化，然后作为点火介质供给燃气发动机。因为较高级烃通常也具有较高的沸点，所以它们很容易被液化，且在液化后比例如气态甲烷更加易燃，由此可以例如降低点火装置的预热销温度。
按本发明的第二个观点，上述目的通过一种具有权利要求5特征的、用于对天然气进行预处理的设备解决。
按照本发明，用于对用在燃气发动机中的天然气进行预处理的设备设有用于从输入的天然气混合气中分离出较高级烃的分离装置以及用于接收作为燃气发动机燃料的剩余气体的装置。
使用该设备就能获得和使用上述方法一样的优点，因此不再对此作重复说明。
分离装置例如为了用于将较高级烃借助膜分离法和/或压力冷凝法从输入的天然气混合气中分离出来而构成。
此外，该设备优选具有用于将分离出来的较高级烃液化的装置并尤其优选具有用于接收已液化的作为燃气发动机点火介质的较高级烃的装置。
附图说明
下面结合附图通过对优选实施例的说明来更好地了解本发明上述及其它的技术问题、特征和优点。唯一的一幅附图是用于阐释本发明的示意性工序流程图。
具体实施方式
图1局部示意地示出了按本发明的用于对用在燃气发动机中的天然气进行预处理的工序。天然气混合气的预处理在如图所示步骤之前和/或之后当然还可以包含其它的工序和装置(如过滤器、传感器等)，这些工序和装置是为对作为燃气发动机燃料的天然气混合气进行预处理所需要的，并且对于本领域技术人员而言是可由现有技术得知的。
输入的天然气混合气10通常含有的成分为甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)和丁烷(C4H10)以及二氧化碳(CO2)和氮气(N2)及可能的硫化氢(H2S)。输入的天然气混合气10的甲烷值在欧洲通常位于70到98之间的范围内，然而也逐渐在70以下了。输入的天然气混合气10被输送给用于分离出较高级烃14的分离装置12，较高级烃14指的是含至少两个碳原子的烃，换句话说就是乙烷、丙烷、丁烷等。也可选择只分离出含至少三个或更多碳原子的较高级烃14。
较高级烃14的分离在此例如借助膜分离法或压力冷凝法完成。为提高分离工序的效率，优选在多级工序中将较高级烃14从输入的天然气混合气10中除去。
分离后剩余的天然气混合气16的主要成分是甲烷，并因而具有比输入的天然气混合气10更高的甲烷值。剩余的天然气混合气16因其较高的甲烷值而提高了抗爆性，因而在用作燃气发动机的燃料18时其品质和功率收益都有所改进。本发明的方法因此尤其利于对输入的甲烷值很低例如小于70的天然气混合气10进行预处理，但该方法原则上也可用于甲烷值较高的天然气混合气10。
在本发明一个特别优选的实施形式中，已分离出的较高级烃14被输往用于液化这些烃的另一装置20。较高级烃14在液化后可以提供给燃气发动机作为点火介质22使用。液化了的较高级烃借助现有或改型后的喷射技术在燃气发动机中使用。
相比甲烷，较高级烃还具有较高的沸点(甲烷：-162℃，乙烷：-88.6℃，丙烷：-42℃，丁烷：-0.5℃)。较高级烃因此很容易被分离出来，分离出来的较高级烃14用较少的能量开支就能轻易被液化并提供给燃气发动机作为液体点火介质22使用。这种液体点火介质22原则上要比例如气态的甲烷更易燃，因而能降低燃气发动机点火装置的预热销温度，并减少燃气机内用于高压压缩的能量开支。对天然气混合气的分析表明，在甲烷值很低的不符合规格的天然气混合气中，可用作点火介质的液化气体量占2％至4％。以该方式生成的点火介质22和以该方式生成的燃料18在输送给燃气发动机前先分别被收集在用于接收这些物料的合适的装置(如收集罐)中。
本发明的方法和设备因此既可以为燃气发动机提供具有更佳品质(较高甲烷值、较低爆震倾向、较高功率效益)的燃料，又可以提供具有更佳品质(较高易燃性、以少量能量就能实现高压压缩)的点火介质。

Claims (13)

1.用于对用在燃气发动机中的天然气进行预处理的方法，其特征在于，从天然气混合气(10)中至少部分地分离出较高级烃(14)，剩余的天然气混合气(16)则提供给燃气发动机作为燃料(18)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，借助膜分离法(12)从输入的天然气混合气(10)中至少部分地分离出较高级烃(14)。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助压力冷凝法(12)从输入的天然气混合气(10)中至少部分地分离出较高级烃(14)。
4.按权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，借助多级工序将较高级烃(14)从输入的天然气混合气(10)中除去。
5.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，将分离出来的较高级烃(14)液化(20)，以便提供给燃气发动机作为点火介质(22)。
6.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，要预处理的天然气混合气的甲烷值特别遵照E DIN 51624最大为90，尤其最大为80，优选最大为70。
7.按前述权利要求之一所述的方法，从要预处理的天然气混合气中分离出较高沸点的烃，尤其是丙烷、丁烷和/或戊烷。
8.用于对用在燃气发动机中的天然气进行预处理的设备，其特征在于用于将较高级烃(14)从天然气混合气(10)中分离出来的分离装置(12)以及用于接收作为燃气发动机燃料(18)的剩余天然气混合气(16)的装置，该设备用于实施按前述权利要求之一所述的方法。
9.按权利要求8所述的设备，其特征在于，分离装置(12)用于借助膜分离法(12)从输入的天然气混合气(10)中分离出较高级烃(14)。
10.按权利要求8或9所述的设备，其特征在于，分离装置(12)用于借助压力冷凝法(12)从输入的天然气混合气(10)中分离出较高级烃(14)。
11.按权利要求8至10之一所述的设备，其特征在于，所述设备还具有用于将所分离出的较高级烃(14)液化的装置(20)和用于接收液化了的、作为燃气发动机点火介质(20)的较高级烃的装置。
12.一种用在燃气发动机中的天然气，其特征在于，所述天然气按权利要求1至7之一所述的方法进行过预处理。
13.按权利要求1至7之一所述方法预处理过的天然气用作燃气发动机的动力燃料。
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