CN101675000A - 采用等离子体系统生产内燃机燃料的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了生成内燃机燃料的系统和方法。所述系统可以包括等离子体转化器、分离系统和内燃机。该等离子体转化器可以从液体供应源产生气流。该气流可以包括分子氢和碳氧化物。利用该分离系统可以从等离子体转化器中生成的气流中产生氢气流。可以将该气流的至少一部分和该氢气流的至少一部分提供给内燃机。

Description

采用等离子体系统生产内燃机燃料的方法及系统
技术领域
本发明涉及内燃机燃料的生成。更具体地说，本发明涉及采用等离子体系统生成作为内燃机燃料的分子氢的系统和方法。
背景技术
由于内燃机的排放物作为空气污染源受到越来越大的关注，用于内燃机的可替代燃料也受到了越来越大的提倡。其中一种可替代燃料是分子氢。分子氢可以用来作为内燃机的燃料，或者作为燃料电池的燃料，该燃料电池可以产生能量，以代替内燃机或者与内燃机一起使用。因为分子氢不是自然资源，它一般可以从一种或者更多种包含分子氢的化合物中产生。例如，分子氢可以由碳氢化合物的蒸气转化产生。
碳氢化合物的蒸气转化是一个吸热过程。因此，必须为蒸气转化过程提供热量源。采用蒸气甲烷转化过程产生分子氢需要产生足够热量，加热反应器来产生该热量所需的处理设备和/或时间不能使碳氢化合物的蒸气转化满足快速启动、密集、便携式应用的需求(例如，汽车和/或公交)。
Daniel等申请的专利号为6976353的美国专利；Ciray等申请的专利号为6903259的美国专利；Kong等申请的专利号为6804950的美国专利；Bromberg等申请的专利号为6793899的美国专利；Voecks等申请的申请号为2007/0059235的美国专利申请公开；Voecks等申请的申请号为2004/0206618的美国专利申请公开；及Fletcher申请的申请号为2004/0148860的美国专利申请公开描述了使用等离子体转化碳氢化合物和/或气态碳氢化合物。
由于分子氢是一种可生产资源，而且如原油等氢资源正在减少，从可替代资源的供给产生内燃机燃料的经济而有效的方法和系统令人期盼。
发明内容
本发明提供从低温等离子体转化器(reformer)生产燃料的系统和方法。
在一些实施方案中，生产分子氢的系统包括等离子体转化器。该等离子体转化器可以接收液体供应源，并从该液体供应源产生气流。该等离子体转化器可以产生温度最高约为400℃的等离子体。在一些实施方案中，等离子体转化器的压力约为0.3个大气压到5个大气压之间。该气流包括分子氢和碳氧化物。
在一些实施方案中，等离子体转化器与分离系统连通。该分离系统包括变电吸附分离系统和/或膜分离系统。该分离系统可以至少清除该气流中的一部分碳氧化物，以便产生与进入该分离系统的气流相比含有更多分子氢的气流。
在一些实施方案中，等离子体转化器和/或分离系统与一内燃机连接。在等离子体转化器中产生的分子氢可以被提供给内燃机，作为该内燃机的燃料。在一些实施方案中，该等离子体转化器的气流与一种替代燃料相混合，该混合物被提供给该内燃机作为燃料。
在一些实施方案中，该等离子体转化器的气流与水煤气变换触媒接触。气流与水煤气变换触媒的接触将气流中的一部分一氧化碳转换成与水煤气变换触媒接触之前的气流相比含有更多分子氢的气流。该富含分子氢的气流可以被提供给内燃机。
现在描述采用上述系统来生产内燃机燃料的方法。在一些实施方案中，生产内燃机燃料的方法可以包括为等离子体转化器提供液体供应源。在该等离子体转化器中，该液体供应源可以被转换成包含分子氢的气流。在一些实施方案中，该气流还包括一氧化碳和/或碳氧化物。该气流可以被提供给内燃机。在一些实施方案中，该气流在被传送到内燃机之前，先将其提供给分离系统。该分离系统可以将气流中的分子氢与其它化合物分离，以形成分子氢流。该分子氢流可以被提供给内燃机。在一些实施方案中，该分子氢流与替代燃料混合形成燃料混合物。该燃料混合物可以被提供给内燃机。
附图说明
通过以下对依照本发明的示例性优选实施方案的详细说明并结合附图，将会更充分地理解本发明的方法和设备的特征和优点。
图1图示了等离子体转化器系统的实施方式；
图2图示了等离子体转化器的电极配置的实施方式；
图3A和图3B图示了包含介电壁垒的等离子体转化器的实施方式；
图4图示了包含一个或多个尖头加长部件的电极的实施方式；
图5图示了包含一个或多个中凸加长部件的电极的实施方式的仰视图；
图6图示了包含开口的电极的实施方式；
图7图示了电极的俯视图的实施方式；
图8图示了流体通过等离子体转化器的实施方式的示意图；
图9图示了包含触媒的等离子体转化器系统的实施方式；
图10图示了包含触媒区域的等离子体转化器的实施方式；
图11图示了转化器内部具有膜分离系统的等离子体转化器；
图12图示了具有与等离子体转化器耦合的膜分离系统的等离子体转化器的实施方式；
图13图示了具有变电吸附系统的等离子体转化器的实施方式；
图14图示了包含触媒系统和膜分离系统的等离子体转化器；
图15图示了包含触媒和膜分离系统的等离子体转化器的实施方式；
图16图示了包含触媒和变电吸附系统的等离子体转化器的实施方式；
图17图示了包含等离子体转化器系统和内燃机的系统；
图18图示了包含等离子体转化器系统、膜分离系统以及内燃机的系统；
图19图示了包含等离子体转化器、触媒系统、膜分离系统和内燃机的系统的实施方式；
图20图示了包含等离子体转化器、变电吸附分离系统和内燃机的系统的实施方式；
图21图示了包含等离子体转化器、触媒系统、变电吸附分离系统和内燃机的系统的实施方式。
本发明具有各种修改和替换的形式，其具体实施方案将结合附图在此举例详细说明。附图所示的比例可能与实际的不一样。应当理解，附图及对其详细说明并非要将本发明限制为所公开的特定形式，相反，本发明旨在涵盖落入如所附权利要求限定的本发明的精神与范围之内的所有修改、等同和替代方式。
具体实施方式
下面将描述采用低温等离子体转化器制造和使用内燃机燃料的方法和系统。在此使用的术语列表如下。
“碳氧化物”是指一氧化碳和/或二氧化碳。
“气体”是指一种或更多种在0.101MPa和25℃时不凝结的化合物。
“液体”是指一种或更多种在0.101MPa和25℃时凝结的化合物。
“低温等离子体”是指最高在约400℃时生成的等离子体。
“分子氢”是指H2。
“含氧碳氢化合物”是指一种或更多种在其组分中含碳、氢、氧的化合物。含氧碳氢化合物包含，但不限于，醇类(例如，甲醇和/或乙醇)、醛类、酮类、羧酸、过氧化物、酯类或者它们的混合物。
“元素周期表”是指由国际纯化学与应用化学联合会于2007年6月定义的元素周期表。
由于作为燃料来源的碳氢化合物的逐渐减少，使用液态含氧碳氢化合物作为燃料源(例如，醇类和/或与化石燃料混合的醇类)逐渐增多。具有高体积能量密度的生物衍生可再生液体燃料是一种合适的可替代供应源。例如，从自然资源如糖、纤维素，或碳水化合物中提取的液态含氧碳氢化合物已经被发现适合作为燃料源。可再生液体燃料可以不需要专门制造的容器来运输。例如，液态含氧碳氢化合物由于在运输过程中不需要加压容器，因此它可能比气态碳氢化合物更安全且更容易运输至世界的孤立和/或遥远地区。另外，液态含氧碳氢化合物可以作为一种燃料源，比目前从原油中提取的碳氢化合物更容易获取。例如，对于世界的一些地区，从甘蔗中提取乙醇可能比从一种成分中提取碳氢化合物更容易。
液态含氧碳氢化合物可以提供高浓度的分子氢。例如，在有水环境下转化乙醇以产生一氧化碳和分子氢的反应如下：
C2H5OH+H2O→2CO+4H2     Δf＝+260kJmol-1
由于该反应是吸热反应(生成正的热能)，醇类和/或碳氢化合物的转化过程一般在约700℃至约1000℃的温度范围进行。该转化反应的副产品是一氧化碳。为了增加分子氢的生成量，可以采用如下水煤气变换反应来将一氧化碳转换成二氧化碳：
CO+H2O→CO2+H2        Δf＝-41.7kJmol-1
该转化反应的吸热特征以及将该一氧化碳从该在内燃机中使用的分子氢中分离和/或转换的需要使得使用传统的含氧碳氢化合物的转化过程来生成作为内燃机燃料的分子氢的方法逊色。
在一些实施方案中，低温等离子体用于在不需要太多热量的情况下将液态含氧碳氢化合物和/或液态含氧碳氢化合物和碳氢化合物的混合物转换成气流，该气流包括，但不限于，分子氢、一氧化碳和包含至多3个碳原子的碳氢化合物，该转换过程不需要太多的热量。在一些实施方案中，液态含氧碳氢化合物和水的混合物可以用作供应源。该液态含氧碳氢化合物与水的比例可以约为5∶1，约4∶1至约3∶1，或者约2∶1。在一些实施方案中，水与液态含氧碳氢化合物的比例约为1∶1、2∶1、3∶1、10∶1，30∶1或者50∶1。
生成的燃料(如分子氢)可以被提供给内燃机。所生成的燃料在内燃机中的燃烧可以产生很少的排放物或者说比燃烧碳氢化合物(如汽油)产生的排放物更少。将分子氢喷射进入进气歧管和/或一个或更多个内燃机的气缸可以促进该燃烧反应。进入进气燃料供给和/或一个或更多个气缸的分子氢提高了混合燃料供给中辛烷的比例并提高了燃烧速度，因此允许该内燃机在相比传统燃料来说更提前点火正时、更高压缩比以及更稀空气燃料混合物的条件下反应。因此，该内燃机的热效率(移动已知距离所需的燃料量)可以提高至少10％、20％、30％或50％。随着该内燃机的热效率的提高，与传统内燃机相比，该内燃机的燃料经济性也随之提高。总效率涉及内燃机的热效率和机械效率的乘积。热效率指燃烧过程中真正转化为机械功的能量百分比。机械效率是指，在减去机械损耗例如摩擦之后内燃机输出的能量与没有能量损耗的内燃机输出能量的百分比。
低温等离子体由介质阻挡放电发生器、脉冲电晕放电型等离子体发生器、无声放电等离子体发生器、射频发生器、微波发生器，或者其组合产生。在一些实施方案中，等离子体由脉冲交流电(AC)或者脉冲直流电(DC)产生。这种等离子体产生方法不需要电弧。采用无弧技术产生的等离子体可以阻止无用副产品的形成，例如，焦炭和/或具有至少3个碳原子的碳氢化合物。
图1描述了等离子体转化器系统的实施方案。如图1所示，等离子体转化器100包括电极102、电极104和端口106和106’。如图所示，电极102可以包括一个或更多个加长部件108。在一个替换实施方案中，电极102和/或电极104包括一个或多个加长部件108。电极102和电极104形成产生等离子体的电路。在一些实施方案中，电极102为该电路的阳极，电极104为该电路的阴极。在另外一些实施方案中，电极104为该电路的阳极，电极102为该电路的阴极。图2描述了等离子体转化器的电极构造的替换实施方案。如图2所示，电极102和104是彼此相对放置的单电极。
放置电极102和电极104以形成间隙110。间隙110的高度范围可以为约1毫米(mm)至100毫米之间，约5毫米至约80毫米或约10毫米至约50毫米。在一些实施方案中，间隙110的高度至多约为20毫米。间隙110应该有足够的尺寸以保持从液态含氧碳氢化合物生成分子氢的等离子体。应当理解，电极102相对于电极104的方向(见图1至4)可以是足以保持间隙110中的等离子体的任何方向。
在一些实施方案中，一个或更多个电极包含一个或更多个介电壁垒。图3A和3B描述包含介电壁垒的等离子体转化器的实施方案。如图3A所示，介电壁垒112、112’可以与电极104的外表面相连。介电壁垒112和112’可以通过对电极104表面以一种或更多种导电材料金属化而形成。间隙110形成于介电壁垒112、112’与电极102之间。形成介电壁垒112和112’的材料包括，但不限于，高介电常数的陶瓷材料和/或钛。图3B描述具有一个介电壁垒的等离子体转化器100。使用介电壁垒可增加等离子体的活化能。增强的活化能帮助促进转化反应的完成，因此供应源的每克形成更多的氢。
电极102和电极104可以由以下材料制得：不锈钢、碳、或者足以产生等离子体的、适于传递电荷的任意材料。电极102和电极104的大小应该足以产生和保持间隙110中的等离子体。电极102配置为允许电流从该电极的顶部流入，并从该电极的底部流出。图4描述一电极的实施方案，该电极包括一个或更多个尖头加长部件。图5描述一电极实施方案的仰视图，该电极包含一个或更多个凸出加长部件。如图4所示，加长部件108具有尖头端。加长部件108的底端为图5所示的凸出状。凸出端或圆端可以使得电极102受到最少的腐蚀和/或点蚀。在等离子体产生过程中的放电会导致电极表面的腐蚀和/或点蚀。电极102底端的形状可以为适于保持间隙110中等离子体和/或阻止电极污垢产生的任意尺寸。加长部件108可以为中空的，以便让流体流进间隙110。可以利用本领域中的已知的技术(如胶合、焊接，熔接或者其结合)将加长部件108附加到支承体116上。加长部件108和支承体116可以由同一种材料形成。电极102可以包括约1个至约100个、约2个至约50个，或约3个至约20个加长部件。
在一些实施方案中，电极可以包括位于其一个或更多个表面的开口。例如，电极的侧面可以包括开口和/或电极的支承体可以包括开口。电极上开口的形状可以为任意形状(如椭圆、球面、矩形、多边形或其结合)。在另一些实施方案中，电极的表面可以具有凹槽。在等离子体产生的过程中，电极上的开口可以让流体的分流流进该间隙。例如，液体供应源可以通过其中一个电极进入该间隙，气体可以通过相对设置的电极的开口流出。图6描述包含开口的电极的实施方案。如图6所示，加长部件108包括开口118。支承体116包括进口120，以便让流体进入间隙110。在一些实施方案中，支承体112为一金属熔块。
图7描述一电极的俯视图的实施方案。电极104包括开口118，电极104可以为足以保持间隙110中的等离子体的任意形状和/或任意大小。例如，电极104可以为一金属熔块。
如图1至3和图8至16所示，电源122为电极102和104提供足够的电流，以便在最高约400℃、最高约300℃或最高约200℃的温度生成等离子体。在一些实施方案中，该电源可以提供直流电，交流电或直流电和交流电的混合电流。在一些实施方案中，等离子体的温度变化范围为室温(25℃)至约400℃，约50℃至约300℃，或者约100℃至约200℃。在一些实施方案中，等离子体的温度变化范围为室温(25℃)至约400℃，约50℃至约300℃，或者约100℃至约200℃。低温等离子体的使用实现该等离子体系统的“快速启动”，因为该系统可以不需要相当大量的时间去达到要求的温度，以便生成产生分子氢所必要的热量。快速启动等离子体系统使得当启动机器时燃料能够稳定地提供给内燃机。
如图所示，交流电由电源122提供。AC电源122可以提供电极102和104之间的脉冲电流，以产生等离子体。在液态含氧碳氢化合物接触脉冲AC电产生的等离子体时，脉冲AC电可以阻止液态含氧碳氢化合物中碳氢化合物的形成。
由于等离子体在间隙110中生成，供应源124可以被转换成气流126。气流126可以通过一个或更多个端口流出等离子体转化器。气流126可以包括，但不限于，分子氢、碳氢化合物、碳氧化物，水或其混合物。如图1和8所示，供应源124可以通过端口106和/或端口106’进入等离子体转化器。如图1所示，供应源124流经和/或围绕电极102和/或电极104进入间隙110。如图所示，供应源124的流道与电极104平行或垂直。如图8所示，供应源124流经等离子体转化器100进入与电极104平行的间隙110。可以理解，该供应源可以从任意方向并经过等离子体转化器100中的一个或更多个端口流进间隙110。可以使用本领域中已知的任意技术(如泵吸、喷洒、喷雾或者其结合)进行供应源124至等离子体转化器的传送。
在一些实施方案中，电源122和等离子体转化器100与控制器相连。该控制器可以控制电源122和等离子体转化器100的操作。例如，该控制器可以控制提供给电极的电流的脉冲间隔和/或提供给等离子体转化器的供应源流。
如图9、10、14至16及19所示，等离子体转化器100可以包括触媒系统128。触媒系统128可以是水煤气变换触媒。触媒系统128可以包括，但不限于，元素周期表的第7栏、第10栏和第14栏中的一种或更多种金属，和/或一种或更多种第7栏金属、第10栏金属和第14栏金属一种或更多种化合物，或它们的其混合物。金属的示例包括，铜、镍、锡、铂、锌、铼或其混合物。金属含量的变化范围可以为每克触媒约0.001克至约0.3克、约0.01克至约0.2克，或约0.05克至0.1克金属。在一些实施方案中，触媒系统128可以包含一种或更多种触媒。例如，触媒系统128可以包括铂触媒和铼/铂触媒。
在一些实施方案中，该触媒为载体触媒。该载体可以为一种或更多种矿物氧化物、氧化铝、二氧化钛、氧化铈或水煤气变换触媒的任意合适载体。金属可以浸渍在该载体上和/或与载体一起研磨以形成水煤气变换触媒。在一些实施方案中，该触媒的表面积范围可以为约50m2/g至约500m2/g，约100m2/g至约400m2/g，或约200m2/g至约300m2/g。在一定的实施方案中，该触媒可以为非载体触媒。
图9描述等离子体转化器系统的实施方案，该系统包括触媒系统。如图9所示，触媒系统128可以位于间隙110附近。液体供应源124(如含水酒精)可以进入间隙110。间隙110中等离子体的生成可以将液体供应源124转换为气流126。气流126可以包含气体和痕量供应源。当产生气流126时，该气流可以与触媒系统128接触。当存在液体供应源124时气流126与触媒系统128的接触可以使得气流126中的一氧化碳转换成二氧化碳和分子氢，以形成相比与该触媒系统相接触之前的气流来说富分子氢的气流130。富含分子氢的气流130可以包括，但不限于，分子氢、二氧化碳、碳氢化合物，和少量液体供应源或其混合物。在一些实施方式中，触媒系统128位于床中，且转化液态含氧碳氢化合物所产生的气流经过该触媒床。在一些实施方式中，触媒系统128包括叠床配置中的一种或更多种触媒。
等离子体转化器100中的温度范围可以为约25℃至400℃，约500℃至300℃，或者约100℃至约200℃。等离子体转化器100中的等离子体的温度最高可以为约400℃、约300℃或约200℃。
相比之下，对于一些需要大气压和/或低于大气压的压力来维持等离子体的等离子体生成器而言，等离子体转化器在维持等离子体时可以在比大气压更高的气压下进行操作。等离子体转化器100中的压力范围可以为约0.3atm至约5atm，约0.5atm至约2atm，或约1atm至约3atm。在高于大气压的压力下操作等离子体转化器100可以使得生成分子氢时产生很少甚至几乎不产生碳氢化合物和/或一氧化碳。在高于大气压的压力下操作等离子体转化器100可使得产生于等离子体转化器的加压气流能够直接用于内燃机，而不需要再对其进行加压。
在一些实施方案中，等离子体转化器100的一部分或更多个部分是绝缘的。等离子体转化器100的绝缘部分可以使得在等离子体转化器中产生很少甚至几乎没有一氧化碳、且不产生焦炭和/或不希望的碳氢化合物的情况下生成分子氢的效率更高。
图10描述等离子体转化器的实施方案，该转化器包括触媒区域和等离子体区域。如图10所示，触媒系统128设置于位于等离子体区域136附近的触媒区域134中。触媒区域134可以通过膜和/或其它透气材料与等离子体区域136分隔开来。在一些实施方案中，触媒区域134与等离子体转化器100相连接。触媒区域134与等离子体区域136的分离可以使得每个区域中的反应条件可以变化。在一些实施方案中，触媒区域134可以包括一种或更多种触媒。例如，触媒区域134可以为叠床反应器。气流126先与第一种触媒(如铂触媒)再与第二种触媒(如铼/铂触媒)的接触可以阻止在水煤气变换反应过程中生成碳氢化合物。阻止生成碳氢化合物可以促进由液体供应源中生成分子氢。
等离子体区域136中的温度范围为约25℃至约400℃，约50℃至约300℃，或约100℃至约200℃。等离子体转化器100中等离子体的温度最高可以为约400℃、约300℃或约200℃。等离子体区域136中的压力范围可以为约0.3atm至约5atm，约0.5atm至约3atm，或约1atm至2atm。在一些实施方案中，等离子体区域136的一部分或更多个部分是绝缘的。
触媒区域134可以在与等离子体区域136相同或不同的温度和压力下进行操作。触媒区域134中的温度为约100摄氏度至约600摄氏度，约200℃至约500℃，或者约300℃至约400℃。触媒区域134中的压力范围可以为约0.3atm至约10atm，约2atm至约8atm，或约3atm至约5atm。在一些实施方案中，触媒区域134的一部分或更多个部分是绝缘的。触媒区域134的绝缘部分可以使得在等离子体区域136中不产生焦炭和/或不希望的碳氢化合物的情况下，一氧化碳至二氧化碳的转化效率更高。在一些实施方案中，触媒区域134在与等离子体区域136中温度和/或压力条件不同的情况下进行操作可以使得以尽可能少的副产品更高效地生成分子氢。
如图10所示，触媒区域134包括进口138。进口138可以使得液体流139(例如水)被喷射入触媒区域134。在一些实施方案中，进口138与图1中所示的端口106相同。水可以促进一氧化碳至二氧化碳的转化。可以以促进存在于触媒区域中的气体中水分的分散的方式将水传送至触媒区域134。例如，可以将水喷雾、喷洒和/或泵吸到触媒区域134中。气流126与触媒系统128的接触产生相对于与触媒系统接触之前的气流相比富含分子氢的流130。富含分子氢的流130可以从等离子体转化器中流出并作为能量源使用。
在一些实施方案中，使气流126和/或富含分子氢的流130流经一分离系统，该分离系统可以清除气流中的成分并提高或进一步提高与进入该分离系统之前的流相比气流中分子氢的含量。气流富含分子氢使在以分子氢可以使分子氢流在需要分子氢作为燃料源的设备中被用作能量源的效率很高。如图11至16所示，等离子体转化器100包括分离系统140。分离系统140包括，但不限于，膜系统，变电吸附系统、变压吸附系统或其结合。分离系统140可以与等离子体转化器100流体连通。在一些实施例中，净化系统140将生成的气体中的二氧化碳水平降低至每单位体积气体中最多约10ppm、约5ppm，或约1ppm。
在一些实施方案中，分离系统140为膜系统。该膜系统可以包括一层或更多层能够将分子氢、二氧化碳和/或碳氢化合物从气流中分离的薄膜。清除反应流中的所选气体可以使得生成更多分子氢，和/或使得更多的一氧化碳被转化为二氧化碳。薄膜可以由分子氢渗透性材料和/或分子氢选择性材料，例如，但不限于，陶瓷、碳、金属、粘土或其结合形成。薄膜可以包含元素周期表第5至10栏中的一种或更多种金属和/或一种或更多种元素周期表第5至10栏的金属的一种或更多种化合物。金属的示例包括，但不限于，钯、铂、镍、银、钽、钒、钇和/或铌。可以将薄膜支承在多孔基板上，该多孔基板例如为氧化铝、碳，金属氧化物或其结合。该支承体可以将该薄膜与等离子体转化器分隔。分隔的距离和该支承体的绝缘性可以利于使该薄膜维持在所需的温度范围内。在一定的实施方案中，薄膜可以由多胺和/或聚酰胺制成。在一些实施方案中，薄膜可以为二氧化碳选择性材料。
图11描述内部具有膜分离系统的等离子体转化器。如图11所示，分离系统140位于间隙110附近。在一些实施方案中，分离系统140不断清除气流126中的所选气体，以便生成分子氢流142和碳氧化物流144。碳氧化物流144可以包括一氧化碳和/或二氧化碳。在一些实施方案中，被分离的气流144包括碳氢化合物气体。泵146可以通过在分离系统140中产生压差来协助从生成的气流中清除所选气体。
图12描述具有膜分离系统的等离子体转化器的实施方案，该膜分离系统与等离子体转化器连接。如图12所示，分离系统140位于等离子体转化器100附近或与其相邻。气流126从等离子体转化器100流出并进入分离系统140。在分离系统140中，气流126中的分子氢被分离，以形成分子氢流142和被分离的气流144。分子氢流142可以包含很少或痕量碳氢化合物和/或碳氧化物。与进入膜分离系统的气流相比，分子氢流142可以富含分子氢。分子氢流142可以用作能量源。
在一些实施例中，分离系统140可以为变电吸附系统。Judkins等申请的专利号为5972077、5925168和5912424的美国专利描述了变电吸附气体存储和传送系统。变电吸附可以通过在吸附材料上吸附所选气体将所选气体(如二氧化碳和/或一氧化碳)与生成的气流分离。当把电流施加到吸附材料时，吸附材料可以具有对所选气体的增强吸附力。用于变电吸附的吸附材料包括，但不限于，碳、活性碳纤维成分和/或分子筛。通过施加不同于施加到该材料上施加的原始电压的电压可以将被吸附的气体清除。施加不同的电压可以升高材料的温度，并使得该气体从该吸附材料上脱附。在一些实施方案中，可以改变变电吸附系统中的压力以便清除该材料上被吸附的成分。一些实施方案中，碳氧化物(如二氧化碳)为被吸附的成分。该碳氧化物从该吸附材料中脱附并隔离。
一些实施方案中，内燃机的排放物被传送至变电吸附系统和/或被传送至进入该变电吸附系统的流体。可以将该排放物中的碳氧化物从排放物中清除，以便生成具有低碳氧化物含量的流体。
图13描述具有变电吸附系统的等离子体转化器的实施方案。参考图13，生成的气流126从等离子体转化器100流出并进入变电吸附分离系统140’。在变电吸附分离系统140’中，导电吸附材料被来自电源148的电流激活。气流126与该导电材料的接触可以使得分子氢与气流126相分离，以形成分子氢流142和被分离的气流144。分子氢流142可以包含很少量的碳氧化物和/或碳氢化合物。与进入变电吸附系统的气流相比，分子氢流142可以富含分子氢。被分离的气流144可以包含碳氧化物、碳氢化合物、含氧碳氢化合物、气化供应源、水或其混合物。
一些实施例中，所希望的是生成的气流中含有高浓度的分子氢。水煤气变换气体和分离系统的结合可以产生适于需要高纯度和/或高浓度分子氢的设备中所使用的分子氢流。图14至16描述与等离子体转化器结合的触媒系统和分离系统的实施方案。
图14描述等离子体转化器，其包括触媒系统和膜分离系统。如图14所示，触媒系统128位于间隙110和膜分离系统140附近。气流126与触媒系统128的接触可以产生与同触媒接触之前的气流相比富含分子氢的流130。富含分子氢的气流130可以进入膜分离系统140。在膜分离系统140中，分子氢可以与该气流中的其它成分相分离，以形成分子氢流142和被分离的气流144。被分离的气流144可以包含一氧化碳和/或二氧化碳。，被分离的气流144可以具有与进入膜分离系统140的气流相比富含分子氢的成分。在一些实施方案中，分离系统140不断将所选气体从气流126中清除，以生成分子氢流142和被分离的气流144。泵146可以通过在分离系统140中产生压差协助将所选气体从生成的气流126中清除。
图15描述等离子体转化器的实施方案，其包括触媒系统和与等离子体转化器连接的膜分离系统。如图15所示，分离系统140位于等离子体分离器100附近或与其邻近。气流126与触媒系统128的接触可以使得产生与同该触媒系统接触之前的气流相比富含分子氢的气流130。富含分子氢的气流130可以进入膜分离系统140。在分离系统140中，可以将分子氢与该气体中的其它成分分离，以形成分子氢流142和被分离的气流144。被分离的气流144可以包括一氧化碳和/或二氧化碳。一些实施方案中，分离系统140不断将所选气体从气流126中清除，以生成分子氢流142和被分离的气流144。一些实施方案中，分离系统包括泵，其用于产生压差，以协助将气体从等离子体转化器中清除。分子氢流142与进入该膜系统的气流相比可以富含分子氢。
图16描述等离子体转化器的实施方案，其包括触媒和变电吸附系统。参考图16，触媒系统128位于触媒区域134内。变电吸附系统位于等离子体转化器100附近。在等离子体区域136中由液体供应源124生成的气体126与触媒系统128的接触可以产生与同触媒系统接触之前的气流相比富含分子氢的流130。富含分子氢的流130可以进入分离系统140’。该分离系统可以为本文中描述的任意等离子体转化器/膜变电吸附系统(如，图13)。变电吸附分离系统140’中，导电吸附材料被来自电源148的电流所激活。富含分子氢的气流130与导电材料的接触可以将二氧化碳从富含分子氢的气流130中分离出去，以形成分子氢流142和被分离的气流144。分子氢流142可以包括极少量的碳氧化物和/或碳氢化合物。分子氢流142与进入变电吸附系统的气流相比可以富含分子氢。一些实施方案中，膜分离系统140和变电吸附系统140’可以串联使用。
图1至16中分别描述的等离子体转化器系统和/或其结合可以用于生成内燃机燃料。一些实施方案中，生成的燃料与其它燃料混合，并送入内燃机。其它燃料包括，但不限于，汽油、乙醇、生物燃料或其混合物。生成的燃料和其它燃料的混合物为燃烧过程提供更好的压缩比。一些实施方案中，在该燃料和/或燃料混合物进入内燃机之前，可以将其压缩。
该燃料和/或燃料混合物的燃烧可以产生能量和排放物。由于提供给内燃机的燃料的纯度高，该排放物可以包含很少的污染物(如，氮氧化合物和/或碳氧化合物)，甚至不包含污染物。一些实施方案中，全部或部分排放物可以被回收进入等离子体转化器。排放物的回收可以为等离子体转化器的一部分或多个部分(如触媒区域)提供热量。
图17描述一系统，其包括等离子体转化器系统和内燃机。等离子体转化器100可以为在此描述的任意等离子体转化器系统(如，图1至3和9至10描述的等离子体转化器)。如图17所示，液体供应源124进入等离子体转化器系统100。在等离子体转化器100中，液体供应源124被转换为气流126。气流126进入内燃机150。替换燃料流152可以进入内燃机150。一些实施方案中，气流126在进入内燃机150之前与替代燃料相混合。内燃机150燃烧气流126和替代燃料流152，以产生能量和排放物154。
排放物154’可以被回收到等离子体转化器系统100并清除其中的污染物(如，清除氮氧化合物)。气流和替代燃料流可以包含阀156、156’和156”。阀156、156’和156”可以将燃料流和替代燃料调整到内燃机150。例如，当替代燃料的供应很少或较少时，阀156’可以为部分或完全闭合。或者，可以打开或关闭阀156’和156以调整分子氢和送入内燃机150的其它燃料的混合物。
气流126’进入存储单元158。存储单元158可以包括一个或更多个压缩机，以压缩气流126’。压缩机包括机械压缩机和/或化学压缩机。一些实施方案中，化学压缩机为金属氢化物压缩机。存储的气流160和160’从存储单元158中排出，并在需要时进入内燃机150和/或气流126。生成和存储分子氢的能力可以使得满足边远地区和/或孤立地区的能源需求成为可能。
图18描述用于生成燃料的系统的实施例，其包括等离子体转化器、膜分离系统和内燃机。如图18所示，液体供应源124进入等离子体转化器系统100。等离子体转化器系统100可以为本文中描述的任意等离子体转化器系统(如，图1至3和图8描述的等离子体转化器系统)。在等离子体转化器100中，液体供应源124与等离子体接触，以形成气流126。气流126从等离子体转化器100排出，并进入膜分离系统140。等离子体转化器-膜分离系统可以为本文中描述的任意系统(如，图11、12、14和15)。在膜分离系统140中，可以将分子氢从气流126中分离，以形成分子氢流142和被分离的气流144。被分离的气流144可以被燃烧、隔离和/或回收到等离子体转化器100并/或与排放物154和154’混合。
替代燃料流152可以进入内燃机150。一些实施例中，气流142在进入内燃机150之前与替代燃料混合。内燃机150燃烧气流126，并有选择地燃烧其它燃料流152，以产生能量和排放物。排放物154’可以被回收进入等离子体转化器100，且/或者清除其中的污染物(如清除氮氧化合物)。阀156、156’和156”可以将生成的燃料流和替代燃料流调整进入内燃机150。
分子氢流142’进入存储单元158。存储单元158包括一个或多个压缩机，以压缩气流142’。压缩机包括机械压缩机和/或化学压缩机。一些实施方案中，化学压缩机为金属氢化物压缩机。存储的气流160和160’从存储单元158排出，并在需要时进入内燃机150和/或气流142。
图19描述产生燃料的系统的实施例，该系统包括等离子体转化器、触媒系统、膜分离系统和内燃机。如图19所示，液体供应源124进入等离子体转化器系统100。在等离子体转化器100中，液体供应源124与等离子体接触以形成气流。该气流与本文中前面描述的触媒系统128(如图9和10描述的等离子体转化器系统)接触，以形成与同触媒系统接触之前的气流相比富含分子氢的气流130。富含分子氢的气流130进入膜分离系统140。膜分离系统140中，可以将分子氢从气流126中分离，以形成分子氢流142和被分离的气流144。被分离的气流144可以被燃烧、隔离和/或被回收到等离子体转化器100，并/或与排放物154和154’混合。
替代燃料流152可以进入内燃机150。一些实施例中，气流142在进入内燃机150之前与替代燃料混合。内燃机150燃烧气流126和替代燃料流152，以产生能量和排放物。排放物154’被回收进入等离子体转化器系统100并/或将其中的污染物清除(如清除氮氧化合物)。阀156、156’和156”可以将生成的燃料流和替代燃料流调整进入内燃机150。
分子氢流142’可以进入存储单元156。存储单元156可以包括一个或多个压缩机，以压缩分子氢流142’。存储的分子氢流158和158’从存储单元156排出并在需要时进入内燃机150和/或分子氢流142。分子氢流142’可以进入存储单元156。存储单元156可以包括一个或多个压缩机，以如在此描述的方式压缩分子氢流142’。分子氢流142’可以进入存储单元156。存储单元156可以包括一个或多个压缩机，以压缩分子氢流142’。
图20描述生成燃料的系统的实施方案，其包括等离子体转化器、变电吸附分离系统和内燃机。如图20所示，液体供应源124进入等离子体转化器系统100。等离子体转化器系统100可以为本文中描述的任意等离子体转化器系统(如，图1至3和图8描述的等离子体转化器系统)。等离子体转化器100中，液体供应源124与等离子体接触以形成气流126。气流126从等离子体转化器排出并进入分离系统140’。该分离系统为此处描述的任意等离子体转化器/膜变电吸附系统(如，图13和16所示的系统)。在变电吸附分离系统140’中，可以将分子氢从气流126中分离，以形成分子氢流142和被分离的气流144。被分离的气流144可以被燃料、隔离和/或回收到等离子体转化器100，并/或与排放物154和154’混合。排放物154’可以被回收到变电吸附分离系统140’。变电吸附分离系统140’中，以本文中描述的方式将碳氧化物从排放物中清除，以生成含有较少或很少碳氧化物的排放物流。该碳氧化物(如二氧化碳)被从吸附材料上脱附并隔离。
替代燃料流152可以进入内燃机150。一些实施方案中，气流142在进入内燃机150之前与替代燃料混合。内燃机150燃烧气流126和替代燃料流152，以产生能量和排放物。排放物154’可以被回收进入等离子体转化器系统100并/或将其中的污染物清除(如清除氮氧化合物)。阀156、156’和156”可以将生成的燃料流和替代燃料流调整到内燃机150。
分子氢流142’可以进入存储单元156。存储单元156可以包括一个或更多个压缩机，以压缩分子氢流142’。存储的分子氢流158和158’从存储单元156中排出并在需要时进入内燃机150和/或分子氢流142。分子氢流142’可以进入存储单元156。存储单元156可以包括一个或更多个压缩机以便用在本文描述的方式压缩分子氢流142’。
图21描述生成燃料的系统，其包括等离子体转化器、触媒系统、变电吸附分离系统和内燃机。如图21所示，液体供应源124进入等离子体转化器系统100。等离子体转化器100中，液体供应源124与等离子体接触以形成气流126。气流126与本文中前文所述的触媒系统128(图9和10描述的)接触，以形成与接触触媒系统之前的气流相比富含分子氢的气流130。富含分子氢的气流130进入变电吸附分离系统140’。变电吸附分离系统140’中，可以将分子氢被从气流126分离，以形成分子氢流142和被分离的气流144。被分离的气流144可以被燃烧、隔离和/或回收到等离子体转化器系统100，并/或与排放物154和154’混合。排放物154’可以被回收到入变电吸附分离系统140’。变电吸附分离系统140’中，碳氧化物可以本文所述的方式被从排放物清除，以产生含有较少或很少碳氧化物的排放物流。该碳氧化物(如二氧化碳)被从吸附材料上脱附并隔离。
替代燃料流152可以进入内燃机150。一些实施方案中，气流142在进入内燃机150之前与替代燃料混合。内燃机150燃烧气流126和替代燃料流以产生能量和排放物。排放物154’可以被回收进入等离子体转化器系统100并将其中的污染物清除(如清除氮氧化合物)。阀156、156’和156”可以将生成的燃料流和替代燃料流调整进入内燃机150。
分子氢流142’可以进入存储单元156。存储单元156包括一个或多个压缩机，以压缩分子氢流142’。存储的分子氢流158和158’从存储单元156中排出并在需要时进入内燃机150和/或分子氢流142。分子氢流142’可以进入存储单元156。存储单元156可以包括一个或多个压缩机以便用在本文描述的方式压缩分子氢流142’。
实施例
以下说明本文中描述的采用低温等离子体从液体供应源生成分子氢的系统和方法的实施例，该实施例不用于限制本发明。
实施例1.管式反应器配置了两个垂直方向电极，以及位于两个电极之间1/2英寸的石英管(等离子体生成区域)。阴极电极(1/4”不锈钢管)位于管式反应器的底部。该阴极电极包含一个开口，以便让产生的气体离开该反应器。阳极电极(10-1/16英寸不锈钢针头)位于该管式反应器的顶部。该阳极电极与一泵相连，该泵向等离子体生成区域中提供乙醇水溶液。阳极电极与配置有脉冲信号输入(HP)的高电压放大器(Trek 20/20C)相连。阴极电极接地。阳极电极和阴极电极之间的间隙为15mm。使用IR数字温度探针估测出间隙中等离子体的温度为260℃至280℃之间。
表1中列出的触媒与等离子体区域比邻设置。在一些操作中，如表1所示，触媒区域是绝缘的。在触媒区域中的温度维持在300℃。如此处的描述来制备触媒。
将乙醇的水溶液(35％体积乙醇)以表1中列出的流速提供给等离子体反应器。等离子体在以下条件生成：电压RMS 3.93kV；电流RMS 2.25kV；频率5.99kHz；功率RMS 3W。表1和表2列出通过低温等离子体转化乙醇产生的生成物。
Pt/TiO2触媒.Pt/TiO2触媒由以下方法制备。在室温下将TiO2(Degussa TiO2P25，Evonik Degussa，德国)粉末以H2PtCl6溶液浸渍，持续12小时，以形成铂/氧化钛混合物。将铂/氧化钛混合物在100℃干燥，持续12小时，然后在400℃温度下在空气中煅烧4小时。
Re/Pt/TiO2 触媒.Re/Pt/TiO2触媒由以下方法制备。在室温下将TiO2(Degussa TiO2 P25，Evonik Degussa，德国)粉末以NH4ReO4溶液浸渍，持续1小时，然后在室温下以H2PtCl6溶液浸渍，持续12小时，以形成铂/氧化钛混合物。将该铼/铂/氧化钛混合物在100℃干燥，持续12小时，然后在400℃温度下在空气中煅烧4小时。
表1
触媒量   流速mL/min   H2体积％   CO2体积％   CO体积％   CH4体积％   C2H6体积％ 是否绝缘
  无   87.8   63.9   4.96   30   0.37   0.26
  1克1％Pt/TiO2   98.4   70.1   12.3   15.5   0.57   1.34   否
  1克1％Pt/TiO2   102.5   74.2   20   4.3   0.64   0.79   是
  1克2％Pt/TiO2   111.6   73.7   20.6   3.83   0.69   1.10   否
  1克2％Pt/TiO2   89.5   69.8   21.5   4.09   3.2   1.38   是
  2克2％Pt/TiO2   115.4   74.7   21.3   2.42   0.6   0.95 底部绝缘
表2
Figure G2007800466245D00221
实施例2.实施例1中描述的等离子体转化器在5psig和10psig、无触媒的条件下运行。实验条件、各种压力和生成产物的结果在表3中列出示。
表3
  实验条件   5psig   10psig
  H2O/EtOH比例   3.24   3.24
  供应速率(mmol/min)   1.15   1.00
  电压RMS(kV)   4.05   4.66
  电流RMS(mA)   2.20   2.17
  频率(kHz)   6.54   6.20
  功率RMS(W)   2.97   3.51
  总和
  H2+CO   产量(sccm)   139.2   131.4
  H2选择性   111％   120％
  CO选择性   82％   87％
  CO2选择性   7％   7％
  HC选择性   11％   6％
  转化效率   79％   82％
COx的选择性＝产物COx的摩尔数/(2×被转化的乙醇的摩尔数)×100。
H2的选择性＝生成物H2的摩尔数/(3×被转化的乙醇的摩尔数)×100。
被转化的乙醇为在以下反应中的乙醇的摩尔总数：
C2H5OH+H2O＝2CO+4H2
C2H5OH+H2＝2CH4+H2O
C2H5OH＝C2Hx+H2O+yH2
乙醇的摩尔总数通过摩尔产物CO、C2Hx和CH4进行反演运算得到。CO、C2Hx和CH4用在线气相色谱法通过绝对校准进行确定。然后基于以下公式计算转化：
乙醇转化＝(被转化的摩尔乙醇)/摩尔乙醇×100，其中摩尔乙醇输入通过乙醇和水的混合物的供应速率进行计算。
在本专利中，将一些美国专利和美国专利申请公开通过引述方式合并于此。但是，仅对这些美国专利和美国专利申请公开的文本以引述方式并入到与此处阐明的其它陈述和附图之间没有抵触的程度。如果有这样的抵触，那么在以引述方式并入的美国专利和美国专利申请公开中任何相抵触的文本特别地不以引述方式合并于本专利中。
鉴于本说明书，本发明各方面的进一步修改和替换实施方式对本领域技术人员来说将是明显的。相应地，本说明书仅构成为用于解释本专利，并以教导本领域技术人员实施本发明的一般方式为目的。应当理解，本文中示出和说明的本发明中的形式用于作为优选实施方案。本文中例示和说明的要素和材料可以被替换，部件和处理可以颠倒，本发明的某些特征可以单独使用，鉴于具有本发明说明的有益效果，这对本领域技术人员来说都将是明显的。在不偏离如权利要求中所描述的本发明精神和范围的情况下，可以改变本文中描述的要素。

Claims (87)

1、一种生产内燃机燃料的系统，包括：
低温等离子体转化器，被配置为接收液体供应源、并在最高约400℃的等离子体温度下从液体供应源产生气流，其中该气流包括分子氢和碳氧化物；以及
内燃机，被配置为接收来自低温等离子体转化器的气流，其中该气流作为所述内燃机的燃料。
2、如权利要求1所述的系统，其中所述液体供应源包括液态含氧碳氢化合物。
3、如权利要求1所述的系统，其中所述液体供应源为乙醇。
4、如权利要求1所述的系统，其中所述液体供应源包括占该液体供应源总体积的至少5％体积的含氧碳氢化合物。
5、如权利要求1所述的系统，其中所述液体供应源包括碳氢化合物。
6、如权利要求1所述的系统，其中所述等离子体转化器包括：
一个或更多个加长阳极电极；
与所述一个或更多个加长阳极电极相对放置的阴极电极；以及
电流源，被配置以为所述一个或更多个加长阳极电极和所述阴极电极提供电流，以便在所述阴极电极和所述一个或更多个加长阳极电极之间的间隙生成等离子体。
7、如权利要求6所述的系统，其中所述阴极电极和所述一个或更多个加长阳极电极之间的间隙范围为约1毫米至约100毫米之间。
8、如权利要求6所述的系统，其中该等离子体转化器具有进口和出口，该液体供应源以与所述板子平行的方向从所述进口流向所述出口。
9、如权利要求6所述的系统，其中该等离子体转化器具有进口和出口，该液体供应源在与该阴极电极垂直的方向流动。
10、如权利要求6所述的系统，其中所述加长阳极电极中至少一个的至少一放电端的形状是凸出的。
11、如权利要求6所述的系统，其中该电流为交流电。
12、如权利要求6所述的系统，其中该电流为直流电。
13、如权利要求1所述的系统，其中该内燃机被配置以燃烧所述气流的至少一部分，以生成排放物和能量。
14、如权利要求1所述的系统，所述系统还包括位于该等离子体转化器内的水煤气变换触媒，其中，该水煤气变换触媒被配置以将碳氧化物中的一氧化碳转化成二氧化碳和分子氢。
15、如权利要求1所述的系统，所述系统还包括位于等离子体转化器附近的水煤气变换触媒，其中该水煤气变换触媒被配置为将碳氧化物中的一氧化碳转化成二氧化碳和分子氢。
16、如权利要求13所述的系统，所述系统还包括与该内燃机耦合的排放物管道，其中该排放物管道将排放物的至少一部分传输至该等离子体转化器。
17、一种生产内燃机燃料的方法，包括以下步骤：
将液体供应源与最高温度约为400℃的等离子体相接触，以产生气流，其中该气流包含分子氢和碳氧化物；以及
将所述气流提供给内燃机。
18、如权利要求17所述的方法，其中所述液体供应源包含乙醇。
19、如权利要求17所述的方法，其中所述液体供应源包括乙醇和碳氢化合物的混合物。
20、如权利要求17所述的方法，还包括步骤：利用脉冲交流电生成等离子体。
21、如权利要求17所述的方法，其中所述液体供应源包含占该液体供应源总体积的至少5％体积的含氧碳氢化合物。
22、如权利要求17所述的方法，其中所述液体供应源包含乙醇。
23、如权利要求17所述的方法，还包括步骤：在将所述气流提供给内燃机之前将所述气流进行压缩。
24、如权利要求17所述的方法，还包括步骤：在内燃机中燃烧所述气流的至少一部分，以生成能量和排放物。
25、如权利要求24所述的方法，还包括步骤：将所述排放物的一部分传输至所述等离子体转化器。
26、如权利要求17所述的方法，还包括步骤：
将所述气流与水煤气变换触媒在水环境下相接触，以产生第二气流，其中该第二气流包含分子氢和二氧化碳；以及
将所述第二气流的至少一部分提供给内燃机。
27、如权利要求26所述的方法，其中该水煤气变换触媒包括元素周期表中一种或更多种第7栏金属，和/或元素周期表中一种或更多种第7栏金属的一种或更多种化合物。
28、如权利要求26所述的方法，其中该水煤气变换触媒包括元素周期表中一种或更多种第10栏金属，和/或元素周期表中一种或更多种第10栏金属的一种或更多种化合物。
29、如权利要求26所述的方法，其中该水煤气变换触媒包括元素周期表中一种或更多种第14栏金属，和/或元素周期表中一种或更多种第14栏金属的一种或更多种化合物。
30、如权利要求26所述的方法，其中该水煤气变换触媒包括二氧化钛和/或氧化铈作为载体。
31、如权利要求26所述的方法，其中该水煤气变换触媒包括元素周期表中一种或更多种第7栏金属、元素周期表中一种或更多种金属第10栏金属、元素周期表中一种或更多种第14栏金属，和/或元素周期表中一种或更多种第7栏金属的一种或更多种化合物、元素周期表中一种或更多种第10栏和/或第14栏金属的一种或多种化合物。
32、如权利要求26所述的方法，其中该水煤气变换触媒包括二氧化钛载体上的镍和锡金属和/或镍和锡的化合物。
33、如权利要求26所述的方法，其中该水煤气变换触媒包括二氧化钛载体上的铂金属和/或铂的化合物。
34、如权利要求26所述的方法，其中该水煤气变换触媒包括氧化铈载体上的铂金属和/或铂的化合物。
35、如权利要求26所述的方法，其中该水煤气变换触媒包括氧化铈载体上的铼金属和/或铼的化合物。
36、如权利要求17所述的方法，还包括步骤：
将所述气流的至少一部分与水煤气变换触媒在水环境下相接触，以产生分子氢流和二氧化碳；
将所述气流的至少一部分和所述分子氢流的至少一部分提供给内燃机。
37、一种生产内燃机燃料的方法，包括以下步骤：
将液体供应源与如权利要求1至16中任一项所述的等离子体转化器相接触；
将所述气流提供给内燃机。
38、一种采用净化系统生产内燃机燃料的系统，其包括：
等离子体转化器，被配置为接收液体供应源、并从液体供应源产生气流，其中该气流包括分子氢和碳氧化物；
分离系统，其与所述等离子体转化器连通，其中该分离系统被配置为从所述气流中清除所述碳氧化物的至少一部分，以产生富含氢气的气流；以及
内燃机，其与所述分离系统连接，其中所述富含氢气的气流作为燃料提供给所述内燃机，其中所述内燃机被配置为燃烧所述富含氢气的气流。
39、如权利要求38所述的系统，其中所述分离系统包括薄膜。
40、如权利要求38所述的系统，其中所述分离系统包括变电吸附系统。
41、如权利要求38所述的系统，其中所述液体供应源包括液态含氧碳氢化合物。
42、如权利要求38所述的系统，其中所述液体供应源为乙醇。
43、如权利要求38所述的系统，其中所述液体供应源包含占该液体供应源总体积的至少5％体积的含氧碳氢化合物。
44、如权利要求38所述的系统，其中所述液体供应源包括乙醇和碳氢化合物的混合物。
45、如权利要求38所述的系统，其中所述等离子体转化器包括：
一个或更多个加长阳极电极；
与所述一个或更多个加长阳极电极相对放置的阴极电极；以及
电流源，被配置以为所述一个或更多个加长阳极电极和所述阴极电极提供电流，以便在所述阴极电极和所述一个或更多个加长阳极电极之间的间隙生成等离子体。
46、如权利要求45所述的系统，其中素搜狐阴极电极和所述一个或更多个加长阳极电极之间的间隙范围为约1毫米至约100毫米。
47、如权利要求45所述的系统，其中该等离子体转化器具有进口和出口，该液体供应源以与所述板子平行的方向从所述进口流向所述出口。
48、如权利要求45所述的系统，其中该等离子体转化器具有进口和出口，该液体供应源在与该阴极电极垂直的方向流动。
49、如权利要求45所述的系统，其中所述加长阳极电极中至少一个的至少一放电端的形状是凸出的。
50、如权利要求45所述的系统，其中该电流为交流电。
51、如权利要求45所述的系统，其中该电流为直流电。
52、如权利要求38所述的系统，所述系统还包括与该内燃机连接的排放物管道，其中该排放物管道将燃烧所述富含氢气的气流所产生的排放物的至少一部分传输至该等离子体转化器。
53、一种采用净化系统生产内燃机燃料的方法，包括以下步骤：
将液体供应源与等离子体相接触，以产生气流，其中该气流包含分子氢和碳氧化物；
将所述碳氧化物的至少一部分从所述气流中分离，以产生富含分子氢的气流；以及
将所述富含分子氢的气流提供给内燃机。
54、如权利要求53所述的方法，其中所述碳氧化物包括一氧化碳和二氧化碳。
55、如权利要求53所述的方法，其中所述分离系统包括一个多个薄膜。
56、如权利要求53所述的方法，其中所述分离系统包括变电吸附系统。
57、如权利要求53所述的方法，其中所述液体供应源包括含氧碳氢化合物。
58、如权利要求53所述的方法，其中所述富含分子氢的气流包括以体积计至多约50ppm的一氧化碳。
59、如权利要求53所述的方法，其中所述液体供应源包含乙醇。
60、如权利要求53所述的方法，还包括步骤：在将所述气流提供给所述内燃机之前将所述气流进行压缩。
61、如权利要求53所述的方法，还包括步骤：在所述内燃机中燃烧所述气流的至少一部分，以产生能量和排放物。
62、如权利要求61所述的方法，还包括步骤：将所述排放物的一部分传输至所述等离子体转化器。
63、一种采用分离系统生产内燃机燃料的方法，包括以下步骤：
将液体供应源与如权利要求38至52之任一项所述的等离子体转化器系统相接触，以产生气流，其中该气流包含分子氢和碳氧化物；
将至少一部分所述碳氧化物的从所述气流中分离，以产生富含分子氢的气流；并且
将所述富含分子氢的气流提供给内燃机。
64、一种使用在约0.3个大气压至约5个大气压之间的压力下产生的等离子体来生产内燃机燃料的系统，包括：
等离子体转化器，被配置为接收液体供应源、并从液体供应源产生气流，其中该等离子体转化器用于产生约0.3个大气压至约5个大气压之间的压力，且该气流包括分子氢；以及
内燃机，其与所述等离子体转化器连接，其中所述所述内燃机被配置为燃烧所述气流。
65、如权利要求64所述的系统，其中所产生的等离子体的温度最高约400℃。
66、如权利要求64所述的系统，其中所述液体供应源包括液态含氧碳氢化合物。
67、如权利要求64所述的系统，其中所述液体供应源为乙醇。
68、如权利要求64所述的系统，其中所述液体供应源包括占该液体供应源总体积的至少5％体积的含氧碳氢化合物。
69、如权利要求64所述的系统，其中所述液体供应源包括乙醇和碳氢化合物的混合物。
70、如权利要求64所述的系统，其中所述等离子体转化器包括：
一个或更多个加长阳极电极；
与所述一个或更多个加长阳极电极相对放置的阴极电极；以及
电流源，被配置以为所述一个或更多个加长阳极电极和所述阴极电极提供电流，以便在所述阴极电极和所述一个或更多个加长阳极电极之间的间隙生成等离子体。
71、如权利要求70所述的系统，其中所述阴极电极和所述一个或更多个加长阳极电极之间的间隙范围为约1毫米至约100毫米。
72、如权利要求70所述的系统，其中等离子体转化器具有进口和出口，该液体供应源以与所述板子平行的方向从进口流向出口。
73、如权利要求70所述的系统，其中该等离子体转化器具有进口和出口，该液体供应源在与该阴极电极垂直的方向流动。
74、如权利要求70所述的系统，其中所述加长阳极电极中至少一个的至少一放电端的形状是凸出的。
75、如权利要求70所述的系统，其中该电流为交流电。
76、如权利要求70所述的系统，其中该电流为直流电。
77、如权利要求64所述的系统，所述系统还包括排放物管道，其中该排放物管道将燃烧所述富含氢气的气流所产生的排放物的至少一部分传输至该等离子体转化器。
78、一种使用在约0.3个大气压至约5个大气压的压力下产生的等离子体来生产内燃机燃料的方法，包括以下步骤：
为等离子体转化器提供液体供应源；
将液体供应源与等离子体相接触，以产生气流，其中该气流包含氢气和碳氧化物，其中该等离子体转化器中的总压力为约0.3个大气压至约5个大气压；以及
将所述气流提供给内燃机。
79、如权利要求78所述的方法，其中所述液体供应源包括含氧碳氢化合物。
80、如权利要求78所述的方法，其中富含氢气的气流包括以体积计至多约50ppm的一氧化碳。
81、如权利要求78所述的方法，其中所述等离子体的温度最高约400℃。
82、如权利要求78所述的方法，其中所述液体供应源包括乙醇。
83、如权利要求78所述的方法，还包括步骤：在将所述气流提供给所述内燃机之前将所述气流压缩。
84、如权利要求78所述的方法，还包括步骤：燃烧内燃机中气流的至少一部分以产生能量和排放物。
85、如权利要求84所述的方法，还包括步骤：将所述排放物的一部分传输至所述等离子体转化器。
86、一种使用在约0.3个大气压至约5个大气压之间的压力下产生的等离子体来生产内燃机燃料的方法，包括以下步骤：
将液体供应源提供给如权利要求63至77之任一项所述的等离子体转化器系统；
将液体供应源与等离子体接触，以产生包含氢气和碳氧化物的气流，其中等离子体转化器的总压力为约0.3个大气压至约5个大气压；以及
将所述气流提供给内燃机。
87、采用权利要求1至86中任意方法和/或系统生产的内燃机燃料。
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