CN101550866A - 直接再生水移动制氢发动机燃料系统及其装置 - Google Patents

Abstract

一种液态含氢燃料机载直接再生水移动制氢发动机燃料系统及其装置，燃料催化重整过程直接使用发动机排气的再生水蒸汽和废热、并以除碳系统部分除去催化重整过程中产生的二氧化碳。重整系统没有水的蒸发过程，不需要专用水箱或使用含水燃料，不结垢、续驶里程长、发动机废热利用率高，重整器制造成本低廉。

Description

直接再生水移动制氢发动机燃料系统及其装置

本发明引用或延续了部分本发明人申请中的专利技术2008100957703《随行制氢发动机燃料系统》、2008100914394《随行制氢发动机燃料系统及其装》、2008100699006《移动制氢发动机燃料系统及其装置》和200810091438X《紧凑型随行制氢装置》和2008102149759《移动制氢燃料电池燃料系统及其装置》技术。本发明人于此前申请的移动制氢技术相关文件涉及的移动制氢术语使用“随行”一词，如随行制氢、随行制氢装置、紧凑型随行制氢装置，与本申请文件使用的“移动”含义等同，并在本申请文件中继续引用。

所属技术领域

本发明涉及一种以液态含氢燃料(低碳醇、烃、醚等)为氢载体的机载移动催化重整制氢技术，尤其是燃料催化重整中直接使用发动机排气的再生水蒸汽和废热、并以(除去二氧化碳的)除碳系统部分除去二氧化碳的直接再生水移动制氢发动机燃料系统及其装置，属发动机燃料系统和能源技术领域。

背景技术

随着石油资源的不断枯竭和日夜增加的排放压力，节能减排已经成为全球共同的认识，其技术早已经成为世界各国热门研发课题。

以液态含氢燃料(低碳醇、烃、醚等)为氢载体，利用发动机排气废热，依据公知的催化重整反应原理(直接裂解、或和水蒸汽重整、或和部份氧化)随车转化为以氢气为主，同时含有一定二氧化碳、一氧化碳、甲烷等气体的富氢混合气，并以此富氢混合气为发动机燃料的移动制氢技术，能改变现有技术直接燃烧液态含氢燃料的不科学的、高耗能的使用方式。因为将液态的含氢燃料转化为富氢混合气后，其燃料的总热值有20％以上增值，能较大地提高发动机的热效率，是节能降耗的有效途径，并能大大改善排气质量。

包括本发明人申请中的专利技术2008100957703《随行制氢发动机燃料系统》、2008100699006《移动制氢发动机燃料系统及其装置》等在内的诸多公知移动制氢发动机燃料系统技术，无论燃料使用低碳醇或是烃，燃料蒸汽或预热燃料在随行制氢装置(重整器)催化反应腔中发生催化重整反应时，均存在至少三方面的的不足：

第一，所需水蒸气由液态水经加热蒸发提供，水蒸发过程需要消耗大量的热能，冷启动过程需要较长时间。

第二，发动机排气废热只能通过换热管壁对催化反应腔内的催化剂间接加热，其传热速率较慢、废热利用率低、热响应时间较长，而且移动制氢装置单位功率体积较大、不利于小型化。

第三，催化重整反应中有部分氧化或自热反应时，需要专门的高压风机向催化反应腔定量泵入空气或氧气，系统自耗能率较大，机车热效率低。

除本发明人申请中的专利技术2008100957703《随行制氢发动机燃料系统》(发动机燃用富氢混合气)、2008100914394《随行制氢发动机燃料系统及其装置》(发动机燃用工业级纯氢)和2008100699006《移动制氢发动机燃料系统及其装置》外，现有公知移动制氢技术还存在以下两方面的不足：

其一、为了减少或克服制氢过程中移动制氢装置(重整器)的积炭现象，无论使用含水醇或配备专用水箱的烃燃料，以控制催化制氢中有较大比例的水蒸气重整反应，或保证烃燃料有足够的水蒸汽参与催化重整反应，水蒸发时都存在严重的结垢问题；与相同容积燃料箱的现有直接燃烧的汽柴油发动机机车比较，其续驶里程仅为直接燃烧汽柴油发动机机车的40％左右。现有公知移动制氢技术对水蒸发时的结垢现象和续驶里程极短的问题甚至根本未引起重视，而结垢和续驶里程短，是移动制氢技术走向实用化的必须解决的问题。

其二、使用烃燃料时，在移动制氢系统中需要增加专门的脱硫装置，系统结构繁复、控制方法相对复杂，减少或简化系统设备装置、管道对于移动机车有限的空间和减少自重十分重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种直接使用发动机排气再生水蒸汽和废热、没有水蒸发过程的不结垢、自耗能低、机车续驶里程长、移动制氢装置(重整器)结构简单、制造成本低廉的机载直接再生水移动制氢发动机燃料系统及其装置。

本发明涉及的移动制氢装置、重整器和随行制氢装置同义；发动机排气指燃气在汽缸内燃烧后的热流气体，其中包括水蒸气、二氧化碳(前一周期燃料催化重整产物)、过剩氧气等；重整气指燃料与发动机排气混合后在移动制氢装置的催化反应腔，催化重整转化的混合气，其中包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、二甲醚等和发动机排气中参与催化重整反应后过剩的水蒸气组成的混合气；燃气指经除碳系统除去部分二氧化碳、混合出去水蒸气、未反应燃料蒸汽后的净化燃气；除碳、脱碳均指除去二氧化碳。

本发明的核心在于，将发动机排气直接引入单通道移动制氢装置的催化反应腔，为燃料的催化重整反应提供水蒸气和热源；发动机排气中的二氧化碳(源于燃料催化重整产物)部分通过除碳系统、部分通过排气分流管排出系统；燃料蒸汽与发动机排气混合后通过催化反应腔发生催化重整反应；利用电动涡轮增压器提高燃气的压力和提供保证发动机正常运行的足够低的排气背压；使用烃燃料时，系统中应用本发明人的集成脱硫腔的紧凑型随行制氢装置，可以进一步简化系统结构、节约有限的机车空间，更有利于机载移动重整制氢技术的实用化。

本发明所采用技术方案是：

包括由增压泵、发动机、移动制氢装置、燃料蒸发换热器、除碳系统等装置组成的直接再生水移动制氢发动机燃料系统及其装置(附图1)，其特征在于发动机的排气管直接与移动制氢装置的进气管连接，燃料在移动制氢装置催化反应腔催化转化的重整气通过重整气管引入燃料蒸发换热器热流通道后，再通过冷却重整气管与除碳系统的吸收器的进气分布器连接，脱碳(脱除二氧化碳)后的净化燃气(二氧化碳含量减少)通过吸收器的引出器导入低压燃气管与增压泵的低压侧连接，增压后的富氢混合气通过燃气管送至发动机燃气进气口；发动机排气管上的分支点连接有排气分流管；来自燃料管的液态燃料通过燃料泵进入燃料蒸发换热器冷流通道、经燃料蒸汽管进入脱硫腔脱硫、再经脱硫燃料蒸汽管进入移动制氢装置的进气管。

本发明涉及的增压泵，较好的选择是轴流或径流涡轮增压器(尤其是电动涡轮增压器)，利用较低的能耗即可获得进口端具有大流量抽吸作用和出口端有一定推力的燃气压力，以保证发动机较小的排气背压和获得发动机正常工作的燃气压力。增压泵安装的位置可以改装在冷却重整气管上(附图5)，但这种技术方案要求增压泵能耐较高的温度和具有更大的负荷(水蒸气尚未凝结)，造价较高，能耗较大，不是最佳方案。

本发明的移动制氢装置(附图1)，其特征在于只有由互为连通的进气腔、催化反应腔和尾气腔组成的一个通道，没有换热管，燃料蒸汽与发动机排气混合后直接进入催化反应腔(如本发明人申请中的专利技术200810091438X《紧凑型随行制氢装置》实施例8)。

本发明的移动制氢装置(附图2)，其特征在于只有由互为联通的脱硫腔、进气腔、催化反应腔和尾气腔组成的一个通道，没有换热管，经脱硫腔脱硫的燃料蒸汽与发动机排气混合后直接进入催化反应腔；燃料蒸发器内置于尾气腔。本发明将燃料蒸发器内置于移动制氢装置的尾气腔，可以使燃料系统更加紧凑，尤其适用于双筒并列的紧凑型移动制氢装置(如本发明人申请中的专利技术200810091438X《紧凑型随行制氢装置》实施例8)。

本发明涉及的移动制氢装置催化反应腔装载燃料催化重整的催化剂，根据具体的燃料和控制条件，可以选用不同的催化剂，外形上尤其优先选用多孔蜂窝状整体催化剂。

本发明由(二氧化碳)吸收器、(不能通过气体的)液体单通阀、(二氧化碳)解吸器、循环水泵组成的除碳系统(附图1)，其特征在于吸收器顶部有循环水管并与内顶端水的吸收喷淋头连接、底部有引出吸收二氧化碳后的水溶液的液体单通阀，通过液体单通阀连接有循环水管，上端有净化燃气的引出器、下端有重整气分布器；解吸器顶部有循环水管并与内顶端的解吸喷淋头连接，底部有引出吸收二氧化碳后的水溶液的液体单通阀，通过液体单通阀连接有循环水管，内下端有空气分布器，空气分布器通过脱除二氧化碳空气管与风机连接，顶部有二氧化碳排出管；连接在循环水管上的吸收器、解吸器、循环水泵构成水的循环通路；吸收器内的分布器、引出器构成燃气通路。

本发明的将(二氧化碳)吸收器和解吸器集成为一体的除碳系统(附图3)，其特征在于将二氧化碳吸收器内置于解吸器中，构成上部为环状园柱体下部为圆柱体的杯状解吸器，吸收器和解吸器共用一个顶；吸收器顶部有循环水管并与内顶端水的吸收喷淋头连接，底部有引出吸收二氧化碳后的水溶液的液体单通阀，通过液体单通阀连接有循环水管，顶端有引出除碳净化燃气的引出器、下端有重整气分布器；解吸器顶端有环状的解吸喷淋头，并与来自吸收器底部的循环水管连接，内下端有空气分布器，空气分布器通过脱除二氧化碳空气管与风机连接，顶部有二氧化碳排出管，底部有循环水管；连接在循环水管上的吸收器、解吸器、循环水泵构成水的循环通路；吸收器内的分布器、引出器构成燃气通路(如本发明人申请中的2008102149759《移动制氢燃料电池燃料系统及其装置》专利技术)。

本发明涉及的除碳系统中的除碳净化燃气的引出器不是必须的，取消引出器时，净化燃气管直接从吸收器顶部引出净化燃气。

本发明的除碳系统中的吸收器工作时，水和重整气在吸收器内的填料层混合接触并发生二氧化碳的传质过程(即重整气中的二氧化碳溶解到水中)。在分布器与引出器之间装载增大水的比表面积的填料层(不是必须的)，二氧化碳吸收剂的水从吸收喷淋头自上而下经填料层分散增大比表面并吸收来自重整气的二氧化碳(重整气中的水蒸气、未反应燃料蒸汽同时被混合凝结成液态)，然后进入循环水管；重整气从分布器自下而上经填料层释放二氧化碳(被水吸收)后成为净化燃气从引出器排出。重整气中的氢气、一氧化碳、甲烷等气体几乎不溶于水，随除碳净化燃气管导出。

二氧化碳在水中的溶解吸收遵守亨利定律：即在温度一定的条件下，二氧化碳在水中的溶解度与二氧化碳在气相中的分压成正比。由于进入吸收器的重整气中，二氧化碳的浓度较高(25％v/v以上)，其分压也较大，在水中有较大的溶解度，所以被吸收而溶入水中，并被循环水带走。

解吸器工作时，在空气分布器和解吸喷淋头之间转载填料(不是必须的)。二氧化碳在解吸器的解吸也遵守亨利定律：二氧化碳溶解于水后进入二氧化碳解吸器，空气从空气分布器自下而上通过填料与二氧化碳水溶液表面接触，由于空气中二氧化碳的分压极低(～0％v/v)，二氧化碳从水中解吸出来，并同空气一起经二氧化碳排空管排出系统。

在吸收器和解吸器之间的循环水管段上(附图1、8中循环水管的d管段处)设置只能通过液体的液体单通阀是必要的，以防止富氢混合气经循环水管进入解吸器；在吸收器前的循环水管段上设置散热器(附图1中循环水管的打折处)降低循环水的温度，有利于增大水对二氧化碳的吸收系数，以增强除碳效果，并可降低净化燃气中的水蒸气含量，提高富氢混合气的能量密度；在解吸器与循环水泵之间的管段上，设置油水分离器(对烃燃料，附图未示出)，可以回收在催化反应腔未反应燃料蒸汽随重整气进入吸收器水中的燃料。

除碳系统工作过程中，部分水随二氧化碳排空管排空而蒸发损失，但在吸收器内水和重整气接触交换二氧化碳的过程中，液态的吸收剂水和重整气中的催化重整反应过剩的水蒸气同时也进行了混合换热过程，水蒸气由气态转变为液态，使除碳系统的吸收剂水得到补充。并且，重整气中的水蒸气与液态循环水混合迅速转变为液态的过程，有利于及时降低发动机排气背压，提高发动机的输出功率，同时可以较小后续涡轮增压器的负荷，降低功耗。

本发明涉及的燃气管上并行设置燃气缓冲旁路系统(附图4)，其特征在于在燃气管上串接节流阀，节流阀前连接旁路缓冲燃气管，缓冲燃气管上串接缓冲增压泵、缓冲进气阀、燃气缓冲罐、缓冲出气阀、减压阀，再回到节流阀后的燃气管上；在节流阀前的燃气管上连接冷启动排空管，冷启动排空管上有冷启动排气阀。

本特征技术方案在燃气管上设置燃气缓冲罐旁路，具有双重功能：一是解决冷启动问题，发动机冷启动时，启用燃气缓冲罐中预储存的燃气，直至移动制氢装置催化反应腔升温至正常工作温度。二是作为燃气的调峰缓冲容器，即当发动机由低负荷运行状态向高负荷迅速提升时，开启缓冲出气阀，燃气缓冲罐储存的旁路燃气和燃气管的主燃气同时向发动机输送燃气；发动机匀速运行时，关闭旁路燃料出气阀；发动机运行状态由高负荷向低负荷变化时，同时开启旁路增压泵和旁路燃料进气阀，将部分燃气储存于燃气缓冲罐，直至燃气缓冲罐到达额定压力。本技术方案的优点在于，燃气涡轮增压器的推力要求低(能满足发动机对燃气进气的压力要求即可，相对压力在0.05-0.6Mpa间，通常为0.1-0.3Mpa)，虽然缓冲增压泵的工作压力较高(根据燃气缓冲罐的容积大小，以储存的燃气量能保证发动机正常启动为宜)，但其工作状态是间隙性的，能耗较低。本特征技术方案涉及的旁路增压泵，较好的选择是隔膜泵或柱塞泵。

本发明涉及的燃气管上串接燃气缓冲系统(附图5)，其特征在于在燃气管上串接燃料缓冲进气阀、燃气缓冲罐、燃料缓冲出气阀、减压阀；在燃料缓冲进气阀前的燃气管上连接冷启动排空管，冷启动排空管(3011)上有冷启动排气阀。

本特征技术方案在燃气管上设置燃气缓冲罐，同样具有双重功能：一是解决冷启动问题，发动机冷启动时，启用燃气缓冲罐中预储存的燃气，直至移动制氢装置催化反应腔升温至正常工作温度；冷启动使用燃气缓冲罐的燃气时，在移动制氢装置未正常产出燃气之前，开启冷启动排气阀，排除系统中的空气，直至移动制氢装置有燃气产出才关闭。二是作为燃气的调峰缓冲容器，当发动机由低负荷运行状态向高负荷迅速提升时，发动机排气流量和燃料供应流量增加(由未示出的控制系统控制)，催化反应腔内产生的重整气流量增大，经除碳系统后的燃气流量增大，进入燃气缓冲罐的燃气量增大，压力增加；反之，发动机运行状态由高负荷向低负荷变化时，发动机排气流量和燃料供应流量减少，催化反应腔催化重的重整气流量减少，经除碳系统后的燃气流量减少，进入燃气缓冲罐的燃气量减少，压力降低；以此始终保证减压阀后的燃气管有相对稳定的供应燃气流量。本技术方案对连续不间断工作的增压器的推力要求较高(燃气缓冲罐储存的燃气量能满足发动机冷启动的需要，其气压力根据发动机排量和燃气缓冲罐容积确定，控制压力1.0-10Mpa为宜)，能耗较大。

本发明涉及的控制方法(附图7)，其特征在于在脱硫腔后的脱硫燃料蒸汽管上串接燃料蒸汽调节阀，并通过联动机构，实现与发动机的空气节气门联动。

本特征技术方案可以实现脱硫燃料蒸汽的流量随节气门的同步变化，稳定催化反应腔的温度和产气成分，从而达到稳定发动机输出功率的目的。将调节阀安装于脱硫腔前，联动调节的效果不及本特征技术方案，因为调节阀动作后，进入催化反应腔的脱硫燃料蒸汽流量的变化有一定的滞后时间，不是最佳选择。对于使用集成脱硫腔的移动至氢装置的技术方案，也可以在脱硫腔脱硫燃料蒸汽出口设置调节机构(附图未示出)通过联动机构与发动机节气门联动。

本发明设置发动机排气的直排分流管是必须的，用以部分排除除碳系统不能除去的二氧化碳，以防止二氧化碳浓度的累计增加；同时通过调节阀改变发动机排气的直排分流流量，以调节催化反应腔的温度。

本发明将发动机排气的直排分流管内置于移动制氢装置(附图未示出)，其特征在于发动机排气的直排分流管内置于移动制氢装置，直排分流管的内通道与移动制氢装置的进气腔、催化反应腔和尾气腔互为隔离，直排分流排气经排气分流管内通道穿过进气腔、催化反应腔和尾气腔最后排出系统。

本特征技术将发动机排气的直排分流管内置于移动制氢装置内，不仅可以回收利用直排废气的余热，并可以使系统管线更加紧凑，此时分流阀的安装位置不局限于附图1所示的i点。

本发明涉及的燃气管与多点喷射发动机的连接系统(附图8)，其特征在于在燃气管与发动机之间设置燃气恒压轨，燃气恒压轨通过其燃气支管再与多点喷射发动机的燃气喷嘴连接。

本发明发动机排气中的过剩空气(氧气)作为燃料催化重整过程中的部分氧化或自热氧化反应的氧化剂，有助于提高催化反应腔的温度。改变发动机燃烧的空燃比或和调节排气分流管上的调节阀，可以改变进入催化反应腔的氧气的浓度，以调节催化反应腔的反应温度。

本发明涉及的液态含氢燃料，包括低碳醇(甲醇、乙醇，尤其是生物质乙醇)、烃(汽、柴油，尤其是低碳链烃)以及其它生物质含氢燃料(生物质二甲醚等)。本发明涉及的脱硫腔不是必须的，设置脱硫腔(装载脱硫剂)适用于有脱硫需要的烃类燃料，也适用于无脱硫需要的醇类燃料或催化重整过程使用耐硫催化剂的烃类燃料。使用于无脱硫需要的醇类燃料或催化重整过程使用耐硫催化剂时，脱硫腔无需装填脱硫剂，或取消脱硫腔。

本发明的工作过程

以附图1、4、7所示的特征技术方案为例，说明本发明的工作过程：

本发明的运行由专门的电控机构(附图未示出)按程序进行控制。当发动机在停止状态时，所有电控阀等控件均处关闭态，燃料泵、增压器和旁路增压泵处非工作态。

启动发动机时，燃气缓冲罐中的预储燃气向发动机供应燃料，此时，缓冲出气阀、冷启动排空阀打开，除碳系统启动，发动机的排气全部进入移动制氢装置的催化反应腔对催化剂进行加热，当催化剂和尾气腔温度达到设定值时，燃料泵启动并向燃料蒸发换热器的蒸发器(冷流通道)泵送液态燃料，液态燃料受热蒸发为燃料蒸汽并进入脱硫腔脱硫，脱硫燃料蒸汽通过脱硫燃料蒸汽管经调节阀后，在移动制氢装置的入口与发动机排气混合，燃料蒸汽与发动机排气中的水蒸气、过剩氧气、二氧化碳(前一周期的燃料催化重整产物)的混合气体经进气腔紊流环境充分混匀后，进入催化反应腔参与催化重整反应，燃料催化重整反应生成的富氢混合气(氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、二甲醚等)和发动机排气中过剩水蒸气、二氧化碳组成的重整气进入尾气腔，经重整气管进入燃料蒸发换热器的热流通道降温后，再通过冷却重整气管送入除碳系统吸收器的进气分布器，重整气在吸收器内分散上行并与填料表面的吸收剂水接触过程中，大部分二氧化碳被吸收(氢气、一氧化碳、甲烷几乎不溶于水，过剩水蒸气和未反应燃料蒸汽被液态的吸收剂水混凝为液态)，脱碳(脱除二氧化碳)后的净化燃气(氢气、一氧化碳、甲烷、饱和水蒸气、少量二氧化碳等)通过低压燃气管进入增压泵的低压侧，增压后的富氢混合气进入燃气管；当系统检测到燃气管有正常压力的燃气时(附图未示出传感器及电控机构控制)，打开燃气管上的节流阀、关闭冷启动排气阀，将燃气直接送至发动机燃气进气口，进入汽缸燃烧做功；同时关闭燃气缓冲罐的缓冲出气阀、开启排气分流管上的分流阀，系统进入正常的运行程序。系统进入正常的运行程序后，燃气缓冲罐前后的旁路增压泵、旁路进气阀和缓冲出气阀的工作状态，根据燃料缓冲罐内储存的燃气压力、发动机负荷状况由控制系统调控。

由于本发明设置了节气门和脱硫燃料蒸汽调节阀的联动机构，可以克服或缓解当发动机运行负荷变化时，燃气进气量和空气流量均要发生变化，排气流量和温度将发生改变，从而导致移动制氢装置催化反应腔内催化剂温度、燃料催化重整产物成分等一系列变化，最后导致发动机输出功率的不稳定的问题。当发动机排气流量增加时，不仅因为热流流量增加会引起催化反应腔温度升高，如果脱硫燃料蒸汽的流量一定，还会因排气中过剩氧气流量增加，燃料催化重整反应中部分氧化反应的比例增大，导致催化剂过热而加速老化。因此，节气门和脱硫燃料蒸汽调节阀的联动技术显得非常重要。

使用本发明有益结果是：

本发明直接将发动机的排气引入移动制氢装置的催化反应腔，具有至少以下三方面的有益结果：

1、直接利用发动机排气的再生水蒸气参与燃料的催化重整反应，完全避免了水的蒸发过程能耗和结垢的问题，机车无需携带专用水箱(对烃类燃料)、或使用含水燃料(如醇类燃料)，有效延长了机车的续驶里程。燃料重整过程中水蒸发的能耗、结垢现象和续驶里程短，一直以来是移动制氢技术难以克服的瓶颈问题，在本发明中得以完全解决。

2、直接混合利用发动机排气中的废热，废热利用充分，催化重整反应启动迅速，和直接利用发动机排气中过剩氧气，参与燃料部分氧化反应或自氧化反应，系统设备少管线简单。现有公知技术仅利用发动机排气废热难以实现的液态烃高温催化重整反应，在本发明中显得简单易行。

3、移动制氢装置的压力极低，设备制造成本低廉。应用本发明人的集成脱硫腔的紧凑型随行制氢装置，简化了系统结构、节约了有限的机车空间，更有利于机载移动重整制氢技术的实用化。

附图说明下面结合附图进一步说明本发明。

图1是本发明涉及的一种直接再生水移动制氢发动机燃料系统的示意图。

图2是本发明涉及的一种集成脱硫腔、并在尾气腔内置燃料蒸发器的移动制氢装置剖视结构示意图。

图3是本发明涉及的一种将二氧化碳吸收器和解吸器集成为一体的除碳系统结构示意图。

图4是本发明涉及的一种在燃气管上并行设置燃气缓冲旁路系统的局部系统示意图。

图5是本发明的一种在燃气管上串接燃气缓冲罐的局部系统示意图。

图6是本发明涉及的一种在重整气管上串接增压泵的局部系统示意图。

图7是本发明涉及的一种节气门和脱硫燃料蒸汽调节阀的联动机构的局部系统示意图。

图8是本发明涉及的一种燃气管与多点喷射发动机的连接方式的局部系统示意图。

图中：

1-循环水泵2-(二氧化碳)吸收器3-(脱碳净化燃气)增压泵4-发动机5-移动制氢装置6-燃料蒸发换热器7-燃料泵8-风机9-(二氧化碳)解吸器10-燃料气缓冲罐11-缓冲增压泵12-燃料气恒压轨

a-(水)吸收喷淋头b-(净化燃气)引出器c-(重整气进气)分布器d-(不能透过气体的)液体单通阀e-(二氧化碳水溶液)解吸喷淋头f-空气分布器g-燃料蒸发器h-节气门i-排气管上连接排气分流管的分支点j-(发动机排气直排分流)调节阀k-(燃料气缓冲罐)缓冲出气阀m-减压阀n-(燃料气缓冲罐)缓冲进气阀p-(燃料气管)节流阀q-冷启动排空阀s-脱硫燃料蒸汽调节阀t-联动机构

001-进气腔002-催化反应腔003-尾气腔004-脱硫腔

0-(二氧化碳)排出管00-空气管000-(发动机排气直排)分流管

101-循环水管201-除碳净化燃气管301-燃气管3012-缓冲燃气管401-发动机排气管402-燃气喷嘴501-重整气管601-重整气管602-燃料蒸汽管603-脱硫燃料蒸汽管3011-冷启动排空管

实施例1

如附图1所示，一种包括由增压泵、发动机、移动制氢装置、燃料蒸发换热器、除碳系统等装置组成的直接再生水移动制氢发动机燃料系统及其装置，其特征在于发动机4的排气管401直接与移动制氢装置5的进气管连接，燃料在移动制氢装置5催化反应腔002催化转化的重整气通过重整气管501引入燃料蒸发换热器6热流通道后，再通过冷却重整气管601与除碳系统吸收器2的进气分布器c连接，脱碳(脱除二氧化碳)后的净化燃气通过吸收器2的引出器b导入低压燃气管201与增压泵3的低压侧连接，增压后的富氢混合气通过燃气管301送至发动机4燃气进气口；发动机4排气管401上的分支点i连接有排气分流管000；来自燃料管100的液态燃料通过燃料泵7进入燃料蒸发换热器6冷流通道、经燃料蒸汽管602进入脱硫腔004脱硫、再经脱硫燃料蒸汽管603进入移动制氢装置5的进气管。

实施例2

如附图1所示，一种移动制氢装置，其特征在于只有由互为连通的进气腔001、催化反应腔002和尾气腔003组成的一个通道，没有换热管，燃料蒸汽与发动机4排气混合后直接进入催化反应腔002。

实施例3

如附图2所示，一种移动制氢装置，其特征在于只有由互为连通的脱硫腔004、进气腔001、催化反应腔002和尾气腔003组成的一个通道，没有换热管，经脱硫腔004脱硫的燃料蒸汽与发动机4排气混合后直接进入催化反应腔002；燃料蒸发器g内置于尾气腔003。

实施例4

如附图1所示，一种由吸收器、液体单通阀、解吸器、循环水泵组成的除碳系统，其特征在于吸收器2顶部有循环水管101并与内顶端水的吸收喷淋头a连接、底部有引出吸收二氧化碳后的水溶液的液体单通阀d，通过液体单通阀d连接有循环水管，上端有净化燃气的引出器b、下端有重整气分布器c；解吸器9顶部有循环水管101并与内顶端的解吸喷淋头e连接，底部有引出吸收二氧化碳后的水溶液的液体单通阀d，通过液体单通阀d连接有循环水管101，内下端有空气分布器f，空气分布器f通过脱除二氧化碳空气管00与风机8连接，顶部有二氧化碳排出管0；连接在循环水管101上的吸收器2、解吸器9、循环水泵1构成水的循环通路；吸收器2内的分布器c、引出器b构成燃气通路。

实施例5

如附图7所示，一种将(二氧化碳)吸收器和解吸器集成为一体的除碳系统，其特征在于将二氧化碳吸收器2内置于解吸器9中，构成上部为环状园柱体下部为圆柱体的杯状解吸器9，吸收器2和解吸器9共用一个顶；吸收器2顶部有循环水管101并与内顶端水的吸收喷淋头a连接、底部有引出吸收二氧化碳后的水溶液的液体单通阀d，通过液体单通阀d连接有循环水管101，顶端有引出除碳净化燃气的引出器b、下端有重整气分布器c；解吸器9顶端有环状的解吸喷淋头e，并与来自吸收器2底部的循环水管101连接，内下端有空气分布器f，空气分布器f通过脱除二氧化碳空气管00与风机8连接，顶部有二氧化碳排出管0，底部有循环水管101；连接在循环水管101上的吸收器2、解吸器9、循环水泵1构成水的循环通路；吸收器2内的分布器c、引出器b构成燃气通路。

实施例6

如附图3所示，一种燃气管上并行设置燃气缓冲旁路系统，其特征在于在燃气管301上串接节流阀p，节流阀p前连接旁路缓冲燃气管3012，缓冲燃气管3012上串接缓冲增压泵11、缓冲进气阀n、燃气缓冲罐10、缓冲出气阀k、减压阀m，再回到节流阀p后的燃气管301上；在节流阀p前的燃气管301上连接冷启动排空管3011，冷启动排空管3011上有冷启动排气阀q。

实施例7

如附图4所示，一种燃气管上串接燃气缓冲系统，其特征在于在燃气管301上串接燃料缓冲进气阀n、燃气缓冲罐10、燃料缓冲出气阀k、减压阀m；在燃料缓冲进气阀n前的燃气管301上连接冷启动排空管3011，冷启动排空管3011上有冷启动排气阀q。

实施例8

如附图6所示，一种控制方法，其特征在于在脱硫腔004后的脱硫燃料蒸汽管603上串接调节阀s，并通过联动机构t，实现与发动机4的空气节气门h联动。

实施例9

将发动机排气的直排分流管内置于移动制氢装置(附图未示出)，其特征在于发动机4排气的直排分流管000内置于移动制氢装置5，直排分流管000的内通道与移动制氢装置5的进气腔001、催化反应腔002和尾气腔003互为隔离，直排分流排气经排气分流管000内通道穿过进气腔001、催化反应腔002和尾气腔003最后排出系统，以回收利用直排废气的余热。

实施例10

如附图8所示，一种燃气管与多点喷射发动机的连接系统，其特征在于在燃气管301与发动机4之间设置燃气恒压轨12，燃气恒压轨12通过其燃气支管1201再与多点喷射发动机4的燃气喷嘴402连接。

此外，本发明的权利要求包括将发动机排气部分或全部引入移动制氢装置(重整器)催化反应腔直接利用其再生水蒸气和废热、以及利用除碳系统除去燃料催化重整过程产物二氧化碳为核心的发明思想在内的其它改动。

Claims (10)

1、本发明涉及一种由包括由增压泵、发动机、移动制氢装置、燃料蒸发换热器、除碳系统等装置组成的直接再生水移动制氢发动机燃料系统及其装置，其特征在于发动机(4)的排气管(401)直接与移动制氢装置(5)的进气管连接，燃料在移动制氢装置(5)催化反应腔(002)催化转化的重整气通过重整气管(501)引入燃料蒸发换热器(6)热流通道后，再通过冷却重整气管(601)与除碳系统吸收器(2)的进气分布器(c)连接，脱碳(脱除二氧化碳)后的净化燃气通过吸收器(2)的引出器(b)导入低压燃气管(201)与增压泵(3)的低压侧连接，增压后的富氢混合气通过燃气管(301)送至发动机(4)燃气进气口；发动机(4)排气管(401)上的分支点(i)连接有排气分流管(000)；来自燃料管(100)的液态燃料通过燃料泵(7)进入燃料蒸发换热器(6)冷流通道、经燃料蒸汽管(602)进入脱硫腔(004)脱硫、再经脱硫燃料蒸汽管(603)进入移动制氢装置(5)的进气管。

2、权利要求1所述的移动制氢装置，其特征在于只有由互为连通的进气腔(001)、催化反应腔(002)和尾气腔(003)组成的一个通道，没有换热管，燃料蒸汽与发动机(4)排气混合后直接进入催化反应腔(002)。

3、根据权利要求1所述的移动制氢装置，其特征在于只有由互为连通的脱硫腔(004)、进气腔(001)、催化反应腔(002)和尾气腔(003)组成的一个通道，没有换热管，经脱硫腔(004)脱硫的燃料蒸汽与发动机(4)排气混合后直接进入催化反应腔(002)；燃料蒸发器(g)内置于尾气腔(003)。

4、权利要求1所述的一种由吸收器、液体单通阀、解吸器、循环水泵组成的除碳系统，其特征在于吸收器(2)顶部有循环水管(101)并与内顶端水的吸收喷淋头(a)连接、底部有引出吸收二氧化碳后的水的循环水管(101)，上端有净化燃气的引出器(b)、下端有重整气分布器(c)；解吸器(9)顶部有循环水管(101)并与内顶端的解吸喷淋头(e)连接，底部有引出吸收二氧化碳后的水溶液的液体单通阀(d)，通过液体单通阀(d)连接有循环水管(101)，内下端有空气分布器(f)，空气分布器(f)通过脱除二氧化碳空气管(00)与风机(8)连接，顶部有二氧化碳排出管(0)；连接在循环水管(101)上的吸收器(2)、解吸器(9)、循环水泵(1)构成水的循环通路；吸收器(2)内的分布器(c)、引出器(b)构成燃气通路。

5、根据权利要求1、4所述的一种将吸收器和解吸器集成为一体的除碳系统，其特征在于将二氧化碳吸收器(2)内置于解吸器(9)中，构成上部为环状园柱体下部为圆柱体的杯状解吸器(9)，吸收器(2)和解吸器(9)共用一个顶；吸收器(2)顶部有循环水管(101)并与内顶端水的吸收喷淋头(a)连接、底部有引出吸收二氧化碳后的水溶液的液体单通阀(d)，通过液体单通阀(d)连接有循环水管(101)，顶端有引出除碳净化燃气的引出器(b)、下端有重整气分布器(c)；解吸器(9)顶端有环状的解吸喷淋头(e)，并与来自吸收器(2)底部的循环水管(101)连接，内下端有空气分布器(f)，空气分布器(f)通过脱除二氧化碳空气管(00)与风机(8)连接，顶部有二氧化碳排出管(0)，底部有循环水管(101)；连接在循环水管(101)上的吸收器(2)、解吸器(9)、循环水泵(1)构成水的循环通路；吸收器(2)内的分布器(c)、引出器(b)构成燃气通路。

6、根据权利要求1所述的燃气管上并行设置燃气缓冲旁路系统，其特征在于在燃气管(301)上串接节流阀(p)，节流阀(p)前连接旁路缓冲燃气管(3012)，缓冲燃气管(3012)上串接缓冲增压泵(11)、缓冲进气阀(n)、燃气缓冲罐(10)、缓冲出气阀(k)、减压阀(m)，再回到节流阀(p)后的燃气管(301)上；在节流阀(p)前的燃气管(301)上连接冷启动排空管(3011)，冷启动排空管(3011)上有冷启动排气阀(q)。

7、根据权利要求1所述的直接再生水移动制氢发动机燃料系统及其装置涉及的一种燃气管上串接燃气缓冲系统，其特征在于在燃气管(301)上串接燃料缓冲进气阀(n)、燃气缓冲罐(10)、燃料缓冲出气阀(k)、减压阀(m)；在燃料缓冲进气阀(n)前的燃气管(301)上连接冷启动排空管(3011)，冷启动排空管(3011)上有冷启动排气阀(q)。

8、根据权利要求1所述的直接再生水移动制氢发动机燃料系统的一种控制方法，其特征在于在脱硫腔(004)后的脱硫燃料蒸汽管(603)上串接调节阀(s)，并通过联动机构(t)，实现与发动机(4)的空气节气门(h)联动。

9、根据权利要求1、2、3所述的直接再生水移动制氢发动机燃料系统中涉及的将发动机排气的直排分流管内置于移动制氢装置，其特征在于发动机(4)排气的直排分流管(000)内置于移动制氢装置(5)，直排分流管(000)的内通道与移动制氢装置(5)的进气腔(001)、催化反应腔(002)和尾气腔(003)互为隔离，直排分流排气经排气分流管(000)内通道穿过进气腔(001)、催化反应腔(002)和尾气腔(003)最后排出系统，以回收利用直排废气的余热。

10、根据权利要求1所述的燃气管与多点喷射发动机的连接系统，其特征在于在燃气管(301)与发动机(4)之间设置燃气恒压轨(12)，燃气恒压轨(12)通过其燃气支管(1201)再与多点喷射发动机(4)的燃气喷嘴(402)连接。

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