CN104379498A - 用于较低成本、较小规模制造液体燃料的发动机重整器系统 - Google Patents

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W.H.格林
A.萨波克
D.R.科恩
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Abstract

公开了一种重整器-液体燃料制造系统，其利用发动机来生成富氢气体。发动机在诸如2.5<φ<4.0的非常富余的条件下运行。这样做时，其形成放热反应，这导致合成气的产生。此外，该系统利用来自放热反应的能量来使轴旋转且还利用在合成气中的热量来加热反应物。机械动力设备与旋转轴连通且根据需要可被用于产生氧气、提供电力或运行压缩器。富氢气体被供应至化学反应器，其将气体转变成液体燃料、诸如甲醇。

Description

用于较低成本、较小规模制造液体燃料的发动机重整器系统
相关申请的交叉引用
该申请要求2013年3月14日提交的美国专利申请序列No. 13/828,140以及2012年4月18日提交的美国临时专利申请序列No. 61/635,041的优选权，这些申请的公开内容通过引用全文并入本文中。
背景技术
传统甲醇以及其它气体至液体(GTL)的生产系统使用天然气或其它烃气体作为输入燃料且生产液体诸如例如甲醇、汽油或柴油燃料。给料首先在燃料重整器中转变成合成气(氢气和一氧化碳的组合，称为“富氢气体”)。这些重整器是催化反应器，其可使用例如蒸汽重整、干式重整(利用CO2)、部分氧化或自热运行。这些技术包括放热转化反应(诸如部分氧化)或吸热反应(诸如蒸汽重整或干式重整)。由于相当的规模经济，这些系统典型地尺寸很大以便使成本最小化。
商用制造设备倾向于“大型设备”的大小，在甲醇的情况中每年生产多于1百万吨甲醇，或者在柴油的情况中多达100000桶/天。这些非常大的设备存在一些问题，包括长的建设周期，带有相当大的成本超支(尤其对于生产柴油燃料的设备)和建设延迟，以及在长的建设周期内预测市场的困难性。此外，为了生产该数量的甲醇，设备必须被供应以相当大量的反应物。因此，商用设备典型地通过输送必需的反应气体的管线来供应或靠近具有相当大产量的天然气井。
对于运输困难或昂贵的基于生物质(biomass)或天然气的给料，不能使用传统的商用制造设备。因此，可能期望制造较小的较低成本的重整器，以便使与采集地的运输距离最小化。气流包括天然气(来自页岩或其它来源)，其可能难以或不可能引入管线中。其它示例包括小规模的隔离的气体生产、在近海钻井设备中生成的天然气以及从填埋场或从厌氧消化池中产生的沼气。
因此，需要较低成本、较小规模的重整器系统来用于从气体到甲醇以及其它气体到液体(GTL)产品的分布式转变。该需要特别强烈以完全开拓低成本天然气的增加的可用性。
而且，为了使重整器以及整个GTL设备的成本最小化，可期望整合构件包括压缩器、发电机和马达、重整器、气体净化单元以及催化反应器用于制造燃料诸如甲醇或Fischer-Tropsch柴油。
在一些实施例中，诸如部分氧化和其它类型的重整器，回收在该过程中产生的一部分能量也将是有吸引力的。该能量可被用于使该单元在能量方面自给自足，降低在GTL设备中其它子系统的成本或者转变成电力用于外售。除了燃料生产之外，同一系统可被用于以类似方式生产其它化学品、诸如氨。
发明内容
公开了一种重整器系统，其使用发动机来生成富氢气体用于液体燃料生产。该发动机在非常浓的条件下运行，诸如2.5<φ<4.0，其中φ是当量比。这样做时，其产生放热反应，这导致产生富氢气体。此外，该系统利用来自放热反应的能量来使轴旋转且还利用合成气中的热量来加热反应物，同时为在重整器下游制造液体燃料的反应器提供热重整。机械动力设备与旋转轴连通且可根据需要被用于产生氧气、提供电力或操作压缩器。富氢气体被供应到化学反应器，其将气体转变成液体燃料、诸如甲醇。
附图说明
为了更好地理解本公开，参考附图，其通过引用并入本文中且其中：
图1A-C示出了根据一个实施例的多区HCCI计算；
图2A-C示出了根据另一实施例的多区HCCI计算；
图3A-C示出了根据另一实施例的多区HCCI计算；
图4A-C示出了根据另一实施例火焰传播以及C2浓度的计算；
图5A-C示出了根据另一实施例的多区HCCI计算，包括烟粒的产生和消灭；
图6A-C示出了根据另一实施例的多区HCCI计算；
图7示出了发动机重整器的实施例；
图8示出了根据一个实施例的可以是机械动力设备的部分的各种构件；
图9示出了根据另一实施例的重整器系统；
图10示出了根据另一实施例的重整器系统；
图11示出了根据另一实施例的重整器系统；
图12示出了用于生成O2和H2的电解器；
图13示出了使用基于发动机的重整器的燃料制造设备；
图14示出了在10巴下作为未燃烧燃料温度以及当量比的函数的在甲烷/氧气中的层流焰特性；
图15示出了在20巴下作为未燃烧燃料温度以及当量比的函数的在富含甲烷/氧气的空气中的层流焰特性；
图16示出了在20巴下在氧气中作为未燃烧燃料温度和当量比的函数的对于甲烷和一些残留物的层流焰特性；
图17示出了作为未燃烧燃料温度和当量比的函数的在沼气中的层流焰特性；
图18示出了对于不同的当量比在入口阀关闭时作为缸内温度变化的函数的峰值压力，其中压力的较大增加是由于爆震；
图19示出了对于若干当量比在入口阀关闭时作为平均缸内温度的函数的对于1巴的入口歧管压力在HCCI运行中的峰值温度；
图20示出了对于若干当量比在入口阀关闭时作为平均缸内温度的函数的在1巴的入口歧管压力的情况下甲烷的转化；
图21示出了对于图19-20的条件合成气的H2/CO比率。
图22示出了对于一个发动机运行条件作为燃料中H2浓度的函数的合成气的H2/CO比率；
图23示出了对于一个发动机运行条件作为燃料中H2O浓度的函数的合成气的H2/CO比率；以及
图24示出了对于一个发动机运行条件作为燃料中CO2浓度的函数的合成气的H2/CO比率。
具体实施方式
往复式发动机可提供显著降低非常小规模的重整器-液体燃料生产系统的成本的手段。如果燃料在往复式发动机中重整，可实现大量消除系统构件。对于生产甲醇的系统，成本降低的百分比最大。这些单元可尤其适合于非常小规模的应用。这些重整器称为“发动机重整器”。
虽然在过去已尝试发动机重整，但是其对于生成合成气以制造燃料不实用，因为条件不适合于生成足够质量的合成气。为了生成合成气，发动机的条件使得常规发动机运行不可能。对于部分氧化，反应产物是氢气和一氧化碳，生成极少CO2和水，如以下所示。
CmHn+ ?m O2 -> m CO+ ?n H2，或者
CmHn+ m H2O -> m CO + (m + ?n) H2
为了实现这些反应，用于合成气生产的燃料/空气比除以用于燃料完全燃烧的空气/燃料比(即当量比或φ)需要非常高(对于天然气，φ>3)，而在常规火花点火发动机中火焰从着火点将不传播。在柴油发动机的情况中，扩散火焰的过程将完全燃烧燃料，生成大量的水和CO2，对于液体燃料生产是不期望的。
虽然在过去已建议基于发动机的重整器，但是其仅被用于氢气的车载生成，用于改进车辆性能，诸如降低排放，或改进效率。未建议过将基于发动机的重整器集合到燃料制造设备中，也未公开过对于具有接近部分氧化条件的燃料/氧化剂比的高效重整所需的条件和特征。已使用发动机探索过天然气的热裂解，作为将天然气升级到C2化合物的手段，但是先前的工作未探索过制造合成气的可能性。
图13示出了燃料制造设备10，其使用基于发动机的重整器20。基于发动机的重整器20包括一个或多个缸体，每个具有带有布置在其中的往复式活塞的腔。活塞与旋转轴30连通。基于发动机的重整器接收气态烃燃料21(诸如天然气)和氧化剂22(诸如空气、富氧空气或氧气)作为反应物。氧化剂22可以以各种方式来生成，如在本文中所述。烃燃料21和氧化剂22可在基于发动机的重整器20上游、在入口歧管中或在缸体中来混合。
在反应物21、22之间的反应是放热的，释放大量的热，其可被系统10使用。在处理反应物21、22之后，基于发动机的重整器20生成以旋转的轴30的形式的机械动力、以合成气40(氢气和一氧化碳的混合物)的形式的化学能以及热量。合成气40可经过换热器70，在那里其将热量传给另一流体、诸如烃燃料21或氧化剂22。合成气40可经过压缩器(其可位于机械动力设备60中)以将压力增加到化学反应器50所要求的压力。合成气然后被供给到化学反应器50中，其将合成气转变成液体燃料，诸如例如甲醇或FT柴油。离开化学反应器50的任何气体可被称为尾气。可使尾气再循环经过化学反应器50以便增加转变，或者其可送至发动机20用于燃烧或帮助重整操作，或二者的组合(一些被再循环经过化学反应器50而其余的来到发动机20)。旋转轴30可被用于给机械动力设备60提供功率。机械动力设备60可产生例如电力。备选地，机械动力设备60可被用于直接驱动用于氧气生成单元的压缩器/真空泵，例如，避免较大的发电机以及马达的成本。控制器90可与化学反应器50、发动机20以及机械动力设备60连通以控制系统10的整体运行。
形成有效的基于发动机的重整器的关键是烃燃料21和氧化剂22的部分燃烧。用于解决该情况的两个可能的途径包括烃燃料21与氧化剂22(诸如氧气或空气)的火花点火，以及使用预混合的空气/燃料或氧气/燃料混合物的自点燃、也称为均质充量压燃(HCCI)，或其低温燃烧变型，诸如PCI(部分预混合的压燃)或RCCI(反应控制的压燃)。
首先将讨论对于火花点火选项的要求。氧化剂22和烃燃料21可在入口歧管中被预混合且喷入基于发动机的重整器20。备选地，例如可能直接将氧化剂22喷入缸体中，尤其是如果是加热的氧气，当需要引入的氧气体积小于燃料体积时，甚至在甲烷的情况中。备选地，氧气可被引入入口歧管中而烃燃料21可被直接喷入发动机的缸体中。
在部分氧化的情况中，氧化剂可以是氧气，在不期望氮气的情况中，诸如在甲醇或FT柴油燃料的生产中。然而，在其它实施例中，氧化剂22可以是空气或富氧空气，尤其例如对于氨的生产，在那里在过程中需要氮气。
在氧气燃烧的情况中，研究了燃料的层流焰特性。在图14中示出对于甲烷和氧气的情况作为未燃烧的CH4/O2温度(单位K)以及当量比φ(在图中描述为f)的函数的火焰速度。已确定对于在10巴和700K下的运行在氧气中对于φ~3的情况的层流焰速度大于大约一半在传统SI发动机中在发火花的时刻(其典型地是大约10巴和640K)对于在空气中甲烷的化学计量燃烧(φ=1)的火焰速度。火焰速度可被用于提供有用的参考范围以确定不发火，其非常难以计算。在发火花时刻的火焰速度与化学计量运行的液体燃料(汽油)的大约相同，或者大约30-40cm/s。因此，对于图14中的条件，在火焰速度大于大约30-40cm/s的情况下，传统的发火花将可能带有甲烷在氧气中的部分氧化燃烧。表1作为当量比的函数示出非常富燃料的氧气/甲烷混合物的火焰速度和峰值火焰温度。对于甲烷的部分氧化的理想条件是φ=4。然而，注意甚至对于φ=3.5，火焰速度已降低不少，且其不太可能导致足够的燃烧稳定性，除非其在大于700-750K的温度下(在发火花的时刻，或者比在空气/甲烷混合物中的SI化学计量运行的情况中更热大约50-100K)运行。而且，在这些条件下，甲烷转化也被减少。
富氧空气的火焰速度已被计算以确定利用氮稀释剂的发火花可能性。已确定，通过预加热空气/燃料混合物可能得到足够的火焰速度，甚至在高达33% O2~67% 氮气(摩尔)的复合物的情况下。图15作为当量比φ和温度的函数示出在这些条件下的火焰速度。为了得到充分的火焰速度以避免不发火，要求高于800K的温度(即比在化学计量甲烷/空气混合物的情况中高150K)且需要接近φ~3的当量比。注意到在发火花时的温度是在入口阀关闭时的温度的大约两倍，如此在入口阀关闭时的温度增加小于图14和图15中所示。对于富氧空气的情况，在入口阀关闭时甲烷空气的加热相比化学计量甲烷/空气混合物更热大约75K。
如上所述，为了避免不发火，在引入发动机20的入口歧管之前预加热烃燃料21、氧化剂22或者两者可以是有用的。金属泡沫换热器可以是将热量从合成气转移到烃和/或氧化剂的特别有效的方式。在点火时的温度与在入口阀关闭时的温度的典型比大约是2(即，对于在入口阀关闭时330K的缸内温度，在典型的用于点火时的温度是640K)。图14示出了在大约700-750K在φ~3.8时发生的充分火焰速度。因此，对于上面所述使用2:1温度比的鲁棒性能，在入口阀关闭时要求大约350-375K的缸内温度。在富氧空气的情况中，如在图15中所示，对于φ~3-3.4在发火花时的温度需要超过大约850-900K，在入口阀关闭时要求多于425-450K的缸内温度。即使那样，以空气运行将要求增强的发火花，如下所述。在一个实施例中，燃料21、氧化剂22或两者在引入发动机之前可被发生经过换热器70(参见图13)。可有利地将燃料21和氧化剂加热到高于350K的温度，而在其它实施例中高于450K。在其它实施例中，可使用其它类型的加热器。这些例如可通过由机械动力设备60所提供的电力来驱动。可能在换热器70中分离地加热燃料21和氧化剂22且随后再混合，或在换热器70上游混合。
在一些实施例中，可期望使用高级发火花技术，包括高功率火花系统、多次放电火花或通过喷射高十六烷值燃料(诸如柴油或DME)“类似柴油机”的发火花。DME可从产物甲醇中获得，其中甲醇通过在重整器下游的化学反应器50来制造。期望的是由引燃燃料(pilot-fuel)发火花所提供的能量是由重整过程所提供的能量的一小部分。
高能量点火源还可通过添加或使用预燃室来提供。在一个实施例中，预燃室可被旋入火花点火(SI)发动机的火花塞端口，或被集成到发动机设计中。预燃室可被供应有燃料且包含火花塞或其它点火源。预燃室的使用可提供比使用传统增强的发火花技术(诸如多火花和高功率火花系统)可提供的能量明显更多的能量来在主缸体中点燃浓混合物。用于天然气发动机和柴油发动机的商用预燃室的示例尤其对于本领域技术人员是公知的。
因为在TDC处在缸体中的有限体积甚至在最佳阀正时的情况下一些合成气将留在缸体中。图16示出了对于具有大约10%残留物份额(剩余物摩尔体积作为甲烷/氧气混合物的摩尔体积的一部分)的发动机条件作为温度和当量比的函数的火焰速度。应注意到火焰速度对于剩余物的敏感度很小，进一步说明了发动机-重整器的性能的鲁棒性。
发动机可以以涡轮增压运行以便允许小型化，导致降低的摩擦损失和因此增加的效率。高达4-5巴的入口歧管压力可被使用且对于重型发动机是典型的。这些涡轮增压器存在，尽管其倾向于在相对低的温度下运行。通过使用汽车构件、诸如涡轮增压器或超增压器(supercharger)，可能使系统的成本最小化，去除昂贵的压缩器。
在沼气(即从有机物的厌氧分解中生成的气体)的情况中，典型复合物的火焰速度作为温度和当量比的函数在图17中示出。虽然要求稍高的温度，但是甚至在高当量比值的情况下点火是鲁棒的。
对于SI发动机运行，除了上面通过上面的火焰速度计算来解决的不发火之外，第二个问题是爆震。只要在入口阀关闭时的缸内温度低于大约500-550K，具有相对高的压缩比的甲烷和氧气的非常浓的混合物的爆震确定不是问题。图18示出了对于不同的当量比(描述为f)作为在入口阀关闭时缸内温度的函数的峰值压力。曲线中这些尖锐的弯曲表示自点燃(即爆震)。因此，对于图18中的条件，只要在入口阀关闭时温度低于500-550K，发动机重整器不应经历爆震。此外，在火花点火发动机中，应可能通过使用火花延迟来防止点燃。对于应用于发动机重整器，虽然利用火花延迟将使用于产生功率的缸体的效率更低，但是这不是关键的。还可使用基于传感器的爆震抑制控制策略。如果存在爆震的问题，则其可通过喷射基于酒精的燃料或水或其组合、通过使用包括冷却合成气和/或尾气的其它稀释剂来控制。
因此，公开了导致强力燃烧且避免在发动机重整器的SI运行中不发火的各种入口条件。运行窗口是充足的。可使用火花延迟来进一步增大它。在氮稀释剂的情况下，鲁棒发火花所要求的温度和用于爆震的温度限制都增大，保持运行条件的窗口。
发动机的运行的第二模式是以低温燃烧模式，诸如HCCI或其变型，诸如部分压燃(PCI)或反应控制压燃(RCCI)，其中空气/燃料混合物不均匀。已确定在使用温度分层的情况下对于φ~3在空气中重整的恰当HCCI条件。如将在下面示出，需要在入口阀关闭时充分的缸内温度。
在发动机中，一些缸体可作为SI、一些作为HCCI运行。此外，一些或全部缸体可在两个模式上运行(不是同时)。可获得利用每个模式的优点的运行的灵活性。例如，火花塞或其它点火机构可布置在每个缸体中。当在低温燃烧模式中使用时，火花不被点燃。在其它实施例中，一些缸体可致力于低温燃烧模式，其中不提供火花塞。
还可能具有氧化剂/燃料分层，但是在下面所示的计算中，仅示出温度分层。需要温度分层以便对于HCCI的情况降低燃烧的热释放的速率以及相关联的在缸体中压力上升的速率。备选地，可使用稀释剂以调节压力上升的速率。在计算中包括相对高浓度的水作为稀释剂。此外，还可使用所生成的冷却合成气中的一些作为稀释剂，或者使用来自该过程的尾气。
如果水用作稀释剂，其可直接被喷入缸体中。如果在循环中进行得足够晚，其可在缸体中产生相当的不均匀性，诸如上面所述的需要以降低压力上升速率以及峰值压力的那种。为了在这些条件下操作，水喷射的速率必须相对快。需要带有良好的水滴雾化的水喷射以防止壁被水润湿以及后来的油膜移除。需要水的高压喷射，以当缸体压力高时实现良好的雾化以及实现高喷射速率。应注意，如果水作为液体引入缸体中且在缸体中发生蒸发，可增加发动机功率以及效率。整个缸体的温度和成分的较大区别可以以该方式来生成。
可能能够使用被动稀释剂。可使用氮气，但是由于高温其会生成一些NOx或其它碳氮化合物(诸如HCN)。因为可能能够以闭环来运行系统，可能能够使用其它稀释剂。例如，氩气可被用作稀释剂。氩气可在空气分离单元(其可以是机械动力设备60的部分)中产生。尾气将主要由氩气(带有剩余合成气)、水以及CO2构成。CO2和/或其它化合物可能必须被从尾气中移除，且尾气可被再引入发动机中，可能在涡轮增压器之后的压力下。
在另一实施例中，可使用液体(诸如水)与气态稀释剂的组合，诸如利用传统气体辅助喷射器。在一个情况中，代替空气可使用被动稀释剂用于进一步促进水的雾化。在另一实施例中，反应物氧气可与水喷射器一起使用以进一步增强水雾化(在更低压力下)且还提供对于燃烧/合成气生产所需要的氧气。
在不使用催化剂的情况下，对于小于4的当量比(φ)，使用上述方法已计算发动机20中的天然气的高效转化。
在图1、2和3中示出了对于在空气中和在氧气中HCCI运行的示例性计算。图1和2对于φ=3来计算，而图3对于φ=3.4来计算。在这些计算中所使用的化学动力学模型是3.0 GRI机理模型。所使用的发动机模型是多区CHEMKIN发动机模型，该发动机是绝热的(与壁没有热交换)。
这些计算不包括缸体中的残留物。还应注意，在示意图中所指示的压力很高。期望在较低的峰值缸体压力下运行，这可通过增加稀释、增加温度分层和氧化剂/燃料浓度、降低压缩比、更低的入口歧管压力或者所有上述项的组合来实现。虽然该计算在1000 rpm进行，可使用更高或更低的速度。改变运行的速度是一种控制合成气的生产率的手段。备选地，发动机可在更低的温度、更低的扭矩以及更低的BMEP(平均有效制动压力)下运行。
图1示出了在以下条件下的多区HCCI计算：1000rpm，φ=3，燃料21包括甲烷，氧化剂22包括空气，压缩比为14，5巴歧管压力。图1A作为时间的函数示出了缸体中的各种气体的摩尔分数。图1B作为时间的函数示出了缸体内的温度和压力。图1C示出了对于缸体的10个不同区域乙炔的局部浓度。计算乙炔是因为其是烟灰形成的前体(precursor)。随着所生产的乙炔的量短暂飙升，在该过程中期望很少的烟灰形成，如果有的话。
图2示出了对于如下条件的多区(10个区)HCCI运行的计算：1000rpm，φ=3，燃料21包括甲烷，氧化剂22包括氧气，其中添加水作为稀释剂，使用13的压缩比，5巴歧管压力。如上所述，图2A作为时间的函数示出了在缸体中的各种气体的摩尔分数。图2B作为时间的函数示出了缸体内的温度和压力。图2C示出了对于缸体的10个不同区域乙炔的局部浓度。注意到在这10个区中的温度分布在545K与653K之间，然而跨这些区的浓度是均匀的。乙炔峰值还对应于非常迅速的过程，导致乙炔非常快速的产生和消耗，以短的期间使烟灰的产生最小化。
图3示出了在以下条件下的多区(10个区)HCCI运行的计算：1000rpm，φ=3.4，燃料21包括甲烷，氧化剂22包括氧气，以比率(O2/H2O:1/1.5)添加水作为稀释剂，使用14的压缩比，5巴歧管压力。如上所述，图3A作为时间的函数示出了在缸体中的各种气体的摩尔分数。图3B作为时间的函数示出了缸体内的温度和压力。图3C示出了对于缸体的10个不同区域乙炔的局部浓度。注意到在这10个区中的温度分布在545K与612K之间，但是浓度是均匀的。乙炔峰值还对应于非常迅速的转化，导致乙炔非常快速的产生和消耗。
压力上升速率在图1-3的计算中通过热分层来控制，利用相同的氧化剂/燃料混合物。在该情况中压力上升速率非常高，且需要手段来降低峰值压力和压力上升速率。
排气压力很高，对应于高入口压力。对于具有HCCI的图1，注意在下止点(BCI)处的压力是~15巴。因此，可能以相对高的压力排出合成气，避免使用一些压缩器。
可允许用于运行HCCI模型的窗口进行参数调查。图19和图20分别示出了在1巴入口歧管压力、19的压缩比、在1800rpm运行的情况中对于若干当量比作为平均缸内温度的函数的峰值压力和甲烷的转化。在图中所示的温度对应于这10个区中的平均温度，其中温度跨度大约160K，但是~80%的燃料在仅30K的温度跨度内。良好的转化发生在大约700K的在入口阀关闭时的缸内平均温度。
这些图中的结果显示，当温度很低时，在多区模型中(以及在分层缸体中将发生)区中的一个或更多个不反应。因此，存在相当多未转化的甲烷。增加温度增加了转化率并且确保所有区反应。增加温度跨度减少了热释放速率(和因此压力上升速率)。
图21示出了对于图19-20的条件的H2/CO比。该H2/CO略小于2，指示氢气中一些已被转变成水，更少生成CO2。如上所述，在发动机重整器20下游的化学反应器50更喜欢接近2的H2/CO比。已关于通过喷射H2O、CO2以及H2调整合成气中的成分来调查发动机重整器20的性能。其对添加H2最敏感，H2可从尾气或从来自发动机重整器的其它器件获得。
图22示出了对于HCCI运行模式作为燃料中的H2/CH4浓度的函数的H2/CO比，其中在入口阀关闭时~ 690K的平均温度，其它条件类似于图19-20。
图23示出了作为燃料中的H2O/CH4浓度的函数的H2/CO比，其中其它条件类似于图22。图24示出了作为燃料中的CO2/CH4浓度的函数的H2/CO比，其它条件类似于图22。显然H2/CO比可通过引入添加剂来调整：H2/CO比可通过引入H2、H2O增加而通过引入CO2降低。根据化学反应器设备50的化学过程，可能在发动机重整器20中调整H2/CO比。
基于图2，可对SI发动机在这些条件下的性能做出观察，其中火焰传播和阻碍会限制压力上升的速率且总体避免爆震且降低峰值压力。带有紊流火焰速度的模型SI运行是非常有挑战性的。然而，在SI中的总体化学过程可与利用HCCI所获得的非常不同，其中，反应在高压和不同的温度下发生。在峰值压力之后，膨胀过程类似。在该情况中，在TDC的压力大于~20巴，部分因为当氧气是氧化剂22((没有氮稀释剂))时摩尔数中较大的相对增加。
如果在排气循环期间期望较低的压力和温度，可能使用Miller循环(压缩比在膨胀循环中比在压缩循环中更大)。如果仅期望较低的温度，可使用过量能量来预热燃料21或氧化剂22或者将被用于空气分离单元(其可以是机械设备60的部分)的空气。对于在发动机下游的化学反应器50的最佳功能，可期望数十巴(20-30巴)的压力。径直使用与适当排气阀正时相联结的往复式发动机以提供所要求的压缩。该解决方案避免需要单独的压缩器而直接使用发动机功率来驱动压缩。然而，将可能使用由旋转轴30生成的机械能来驱动压缩器，直接、通过传动装置或者通过发电机/电马达。使用缸内活塞运动来压缩合成气导致构件的数目降低以及装备成本的大力降低。在适当的时间打开排气阀可造成在排气中的适当压力。根据环境，可能需要调整定时，且因此，包括通过液压、机械或电气器件打开/关闭排气阀的可变阀正时的选项可以是有益的。对于固定的运行(流速以及燃料/氧化剂成分)，可能不需要控制在重整缸体中的阀正时。然而，VVT总地来说可增加发动机的灵活性。
虽然在φ=3处几乎所有甲烷都被转化了，但是在更高的当量比处相当量的甲烷未被转化。对于类似的发动机条件在φ=4的情况中，排气中甲烷的浓度高于10%，除非温度进一步增加，如在图20中所示。特别是在氧气作为氧化剂22的情况中，在除去一些化合物、诸如CO2和/或水之后，该气体可与氧化剂被再引入发动机中。
在入口阀关闭时的缸内温度比对于具有在空气中的传统(即φ<1)HCCI运行的HCCI运行所要求的温度高很多。需要冷却来自燃料制造反应器的排出物，以便分离甲烷。过量的热可被换热器70用于在涡轮增压器的上游或下游预热氧化剂22或燃料21。在一些实施例中，HCCI所要求的入口温度可高于650-700K。一些预热可通过调整缸体中的残留物的量来提供。
如果要求比由制造合成气的相同缸体所提供的那些压力高得多的合成气压力，通过使用具有不同性质的不同缸体来提供可能更好。来自一个缸体的排气将被引入用于第二缸体的入口歧管。
浓运行可导致烟灰的形成，特别是利用传统燃料诸如汽油或柴油。在甲烷的情况中，对于发生烟灰形成，需要增加燃料分子中的碳含量，所C2化合物的形成开始。虽然仍未很好地明白烟灰的形成，但是C2化合物的形成已很好地理解和调查。图4A-C示出了在大气压力下火焰的情况中反应物的浓度、气体的温度和速度以及C2化合物的浓度，其中400K的初始温度，使用甲烷/氧气混合物，φ=3。特别地，图4A作为距离的函数示出在缸体中各种气体的摩尔分数。图4B作为距离的函数示出在缸体中火焰的温度和轴向速度。图4C示出了各种C2化合物的浓度。
火焰速度是大约30cm/s而峰值温度是大约2000K。燃烧区是大约0.1cm厚。乙炔(其是碳前体)的峰值浓度是大约5%。该图指示，在大气压力燃烧的情况下可能将生成碳。
在HCCI运行的情况中，通过监测C2化合物、尤其C2H2来调查发动机重整器烟灰生成，而且研究了SI发动机中的所期待的运行。图1C、2C以及3C示出了对于各种HCCI构造作为时间的函数的乙炔的局部浓度。乙炔是具有最高浓度的C2化合物。在模型中存在10个区，且每个区的燃烧快到使得乙炔的浓度可视为飙升。在温度的连续分布中，该过程将更平稳，虽然不期望在任何一个位置处的局部浓度高于5-6%。乙炔飙升的期间是大约500微秒。
使用用于计算烟灰形成的现有技术模型。建入CHEMKIN中的用于颗粒追踪的公式与修改的表面壁方程一起来使用。图5示出了利用由CHEMKIN提供的C2H 4化学动力学机理使用在空气中H2C4重整的结果。特别地，所使用的条件如下：1000pm，φ=3.4，燃料21包括甲烷，氧化剂22包括空气，14的压缩比，5巴歧管压力，其中温度跨度从480K-536K。图5A作为时间的函数示出了各种气体的相对浓度。图5B作为时间的函数示出了缸体内的压力和温度。图5C作为时间的函数示出了颗粒浓度。
在该情况中，通过限制性地控制温度跨度，峰值压力已从图1下降。峰值压力的进一步下降可通过更高的温度跨度和/或添加稀释剂实现。图6A-C示出了对于以下条件的类似结果：1000rpm，燃料21包括甲烷，氧化剂22包括氧气，其中14的压缩比，5巴歧管压力，φ=3.4，其中温度跨度从480K-612K。
在空气和氧气这两个情况中结果指示可容忍的烟灰形成。如果生成了适量的烟灰/颗粒，可能能够使用传统的烟灰捕集器、诸如柴油微粒过滤器(DPF)来捕集烟灰。当在传统的DPF单元中时，其可被在线再生。因为在设备中氧气的可利用性，可能够利用氧气以非常低的流速使DPF再生(离线)，以使由于放热反应在DPF中的温度最小化。还可能够使用催化的DPF，其中喷射水、氧气或空气，以便提供使微粒气化所要求的氧气。假设存在充分水平的NO，在低温下，根据发动机供给气体以及废气成分，烟灰经由NO/NO2的催化氧化也是可能的。根据废气成分可使用附加后处理系统、诸如氧化催化剂用于促进过滤器再生。可使用若干类型的DPF。然而，高温DPF是优选的。在一些高温DPF中使用碳化硅。在其它实施例中，可使用金属过滤器元件，其还可被电气地再生，甚至当发动机关闭时，或者备选地使用由例如通过发动机驱动的发电机所提供的电能。
备选地，计算指示具有大约500nm的平均直径的碳颗粒在发动机重整器20中再生。可收集且从系统移除炭黑，以在不同的过程中使用或销售。颗粒收集过程可使用传统柴油机微粒过滤器、静电集尘器、过滤袋屋或其它相关器件。
然而，由于该过程的性质，碳颗粒可大于或小于500nm。颗粒控制技术的选择可与所生成的颗粒相配。
发动机、重整器以及重整器系统的相当灵活的运行可通过发动机20的每个缸体的单独控制而获得。图7示出了发动机20，其具有多个缸体23，每个具有入口24和出口25。缸体23的数目不受本公开的限制。缸体23中的一些或全部可使用相同运行条件驱动。然而，具有灵活性，以便缸体23中的一些或全部可使用不同的条件驱动。每个缸体23的单独控制，包括调整燃料/氧化剂比、入口歧管压力、温度和温度梯度、阀正时(入口和/或出口)、火花定时、稀释剂的添加和甚至停缸的器件。原则上，还可有用的是提供在排气歧管中的控制，诸如通过使用阀26，以便提供来自缸体23的输出的混合(如果其在类似状态下运行)，或者保持这些输出分离。在排气歧管内的控制意图包括通过缸体排气的恰当的阀26任何混合来自每个缸体23或者缸体23的组的排气。还可能够通过停缸来改变发动机排量。
当以不同的条件操作缸体时，为了平衡发动机20，可能有用的是通过操作在相同运行条件下异相的缸体来平衡发动机。其它程序可用于防止发动机在以缸体中的不同条件运行的时候相当不平衡地运行。
除了允许控制出口25外，可在入口24处提供类似的控制。每个入口24可分离地以阀调节，以允许选定各种燃料21和氧化剂22。因此，发动机系统20足够灵活以基于缸体来调整以适应在缸体上的燃料或氧化剂中的改变。
尤其地，在入口歧管中的高压可以是涡轮增压器或超增压器的结果。可考虑单个单元或多个涡轮或超增压器。涡轮增压器可基于来自单个缸体23或来自缸体组的排气操作。还可能够使用单个涡轮增压器，其基于缸体23或缸体23的组运行，其中缸体在为了涡轮增压器的优化性能而调整的条件下操作(涡轮增压器专用缸体)。在涡轮增压器的情况下，驱动压缩的能量来自排气(在该情况中为合成气)，其在成分上与传统涡轮增压器相当不同(低得多的分子量)。因此，可能有用的是使用超增压器代替，使用通过轴30的旋转由发动机20生成的功率。
可有利地是使用来自柴油发动机的发动机本体，因为它们能够容忍高峰值压力。为了提供长的发动机寿命，在相对低的发动机速度下操作是最优选的，如同在用于发电的重型柴油发动机中通常所做的。因此，在图1和2中所示的计算是针对1000rpm的发动机速度。然而，从500rpm到4000rpm的操作速度是可能的。因为在SI模式中点火的鲁棒性高速是可能的，以及在低温燃烧(HCCI、PCI或RCCI)中的过程的高速。
发动机速度还可变化以便调整合成气产生或发电的速率。
可考虑不同的发动机几何构型：直列；V-构型；旋转式活塞发动机及其它。在V-发动机构型的情况中，在一个V上的缸体可关于在该V形的缸体的另一侧上的缸体具有不同的空气/燃料比、不同的稀释剂、不同的阀正时、不同的火花定时、不同的入口歧管压力或者上述中的一些或全部的组合。
虽然在同一发动机中集成发动机和压缩器的概念在4循环发动机中具有增加的灵活性，但是关于该概念还可使用2循环发动机或甚至6循环发动机。然而，可需要增加扫气的器件以对该应用使用2循环发动机，因为排气压力可很高。
合成气的扫气是重要的，因为由于排气在高压下操作，所以将存在大量的残留物。需要增加扫气的器件。可用于增加扫气的一些技术可在排气冲程期间在TDC(上止点)附近喷射尾气。备选地，可使用在压缩冲程中朝TDC喷射水或蒸汽，因为可需要水以便提供一些稀释剂，尤其是用于氧气-甲烷燃烧的情况。在该情况中，使用蒸汽来将合成气成分推出缸体。水可作为液体喷射，且在缸体中或在击中表面(诸如顶部活塞)后蒸发。还可使用水来冷却合成气，因为合成气的温度高于化学反应器50所要求的温度。最后，在TDC处的体积可最小化，或者通过可变压缩比，以便在排气冲程中在TDC处的体积最小化。分离的排气阀可用于释放处于更低压力的一些合成气，用于在系统中的其它地方使用，例如，以提供附加的氢以调整在重整产品中的H2/CO比。备选地，在排气歧管中的压力可完全降低，这可要求存在更大的压缩器，以便提供发动机重整器下游的化学反应器50所要求的压力。可使用这些技术的组合。理想地，所注射的物质中的一些不与合成气混合，且其被用于在排气阀打开时使合成气移置出缸体23，从而对合成气进行扫气。
在注射液体或气体以减少在缸体中的残留物的情况中，可期望在合成气排气阀关闭之后释放缸体中的压力。当缸体接近上止点(即最小体积)时，这可通过打开不同的第二排气阀来实现，诸如扫气物质排气阀(scavenger substance exhaust valve)，其排气至更低压力。可能的是扫气物质排气阀在入口阀打开的同时打开而从入口阀流出的充量(charge)将扫气物质通过扫气物质排气阀推出缸体。其可能允许充量中的一些通过入口阀以通过扫气物质排气阀逸出。
有趣的是，注意到如果排气阀在液体喷射期间没有打开，则合成气的温度可降低。要求相对低的功率用于压缩，因为物质在为液体的时候压缩。事实上，当今的高度选择性的甲醇催化剂更喜欢降低的温度。
在其它实施例中，使用6循环发动机，即，在传统的4循环发动机上加上附加的膨胀和排气循环。在该情况下，在喷射扫气物质之后，排气阀关闭，存在膨胀循环(功率循环)，在之后，扫气物质排气阀打开。扫气物质在低压下排出，从而在体积最小时最小化在上止点处的残留物质。扫气物质阀关闭且入口阀打开(可选地具有一些重叠)。
因此，扫气技术包括添加附加的循环到发动机20，从而通过与低压源连通的另一排气端口排出残留气体，或者在缸体23中喷射扫气物质以迫使残留合成气通过打开的排气阀离开。
用于在发动机中重整的当量比(φ)可从大约2.5到4。在流动的燃烧器火焰以及在缸体计算中，较低的当量比导致在转变中释放更多的能量、在缸体温度中更高的峰值、对氢气和CO更低的选择性、C2H2更低的浓度。
在一些实施例中，可能使用对于燃料/氧化剂混合物的自点燃添加剂，以减轻自点燃所需要的条件。由于特定燃料，诸如甲烷的高自点燃性能，有必要使用非常高的温度和压力以获得自点燃，且然后在自点燃之后非常高的燃烧率。因此，使用点火添加剂可以是有益的。DME是可使用的点火添加剂的示例。MDE可容易地从甲醇来制造，且确实其可在较少选择性的甲醇催化剂下生成。DME可通过脱水从甲醇产生。例如，如果化学反应器50生产甲醇，则DME可就地产生。
点火添加剂可与燃料/氧化剂混合物预混合，或者直接喷射到缸体内。可使用热和复合物分层来降低热释放的速率。
虽然已经在图1和2中基于甲烷准备了计算，但是可使用可引入发动机中的任何类型的烃燃料：天然气，如在管线中，来自页岩生产的天然气，来自油井的天然气，来自填埋场和消化池的沼气，或者可引导入发动机且不损害发动机运行的液体燃料。
发动机20可使用多种控制策略和方法来控制。可使用具有与包括指令的存储器装置连通的过程单元的控制器(未示出)。这些指令，当由过程单元执行时，允许控制器执行在本文中描述的监测和控制功能。
在一个实施例中，来自进口空气流量表和燃料流量表的组合的测量可被用于调节发动机的氧化剂燃料比。气态排放物的下游(排气)测量，尤其是H2和CO，但是还有CO2、未燃烧的烃以及H2O还可用于调整/修改发动机的操作以及合成气生成系统。排气烟灰传感器或基于RF的DPF感测器还可用于监测烟灰排放物。还可使用缸内压力和排气温度以及压力测量值。
来自上文中所述的传感器和换能器的输出可用于针对各种目的而优化以及控制发动机运行，诸如在一个示例中最大化合成气的生产，或者用于调整排气压力，或者用于抑制或增大烟灰排放物的生产(当使用RF或烟灰传感器时)。缸内压力传感器还可用于提供实时燃烧反馈控制。在另一情况中，当要求发动机以驱动辅助装置时，可期望优化组合的合成气产生以及功率发生系统以在所要求的发动机功率水平上提供最大的合成气输出。
可采用打开和关闭的循环控制策略。控制可基于测量值以及查阅表，或者来自上文中所述的传感器中的一个或多个的反馈控制。控制系统还可针对特定燃料或燃料质量优化。
当发动机中的不同缸体用于不同过程时，可使用多个传感器。因此，可能够使用化学计量甲烷运行一个或多个缸体，用于发动机控制，一些用于合成气制造，一些用于为空气分离单元压缩/膨胀空气，其在下文中将更详细地描述。爆震、质量流速(气体、液体)、温度、点火定时、排气传感器以及其它可用于控制发动机。
可通过从发动机上游、从发动机下游但是从催化剂上游或者从催化剂下游移除化合物来实现排放物的控制。尤其地，硫可从发动机的上游在低温处移除，从发动机下游但是从催化剂上游热移除，或者从催化剂下游，或者热或者冷地移除。一些甲醇或者FT催化剂对硫很敏感，且因此需要将他们从催化剂上游移除，最可能地是从发动机重整器20的上游移除。
作为总结，发动机重整器20是具有多个往复式活塞的发动机，每个活塞布置在缸体中。缸体的壁和活塞头形成燃烧室。燃料21和氧化剂22引导入缸体中。这可通过将燃料与氧化剂混合物混合在一起且将其从入口歧管馈送到缸体而做到。备选地，这些构件中的一个或多个可直接注射入缸体中。燃料和氧化剂以2.5<φ<4的比率混合。氧化剂22可为氧气或空气，而燃料可为任何烃燃料，诸如甲烷、天然气或沼气。
燃料21和氧化剂22然后部分燃烧以产生合成气。在一个实施例中，使用火花点火系统，其中火花在缸体中在TDC前方或附近生成。这可使用传统的火花塞或者先进的火花技术，诸如高功率火花系统、多次放电火花或者“类似柴油机”点火来执行。在一些实施例中，使用预燃室来形成进入缸体的火焰。
在其它实施例中，低温燃烧，诸如HCCI或PCI用于部分燃烧燃料和氧化剂。添加剂(诸如DME)可被用于帮助自点燃。
在一些实施例中，压缩比在12与15之间。在歧管中增加的压力可使用涡轮增压器或超增压器来实现。压缩可通过打开和关闭排气阀(其可使用VVT)来控制。压缩还可通过在入口歧管处的温度和压力来控制。
在一些实施例中，诸如氩气、氮气、酒精、冷却合成气、尾气或水的稀释剂可用于控制温度、压力或使用缸体实现的压力上升速率。尤其地，在一些实施例中，水直接注射入缸体内，以控制热释放速率和峰值压力。
在一些实施例中，通过在缸体23内的放热反应所生成的热量使用与发动机20的排气连通的换热器70来提取。在一些实施例中，热合成气用于在烃燃料21或氧化剂22引导入发动机20之前预热它们。可期望具有紧凑换热器，尤其是当大小很受重视时，诸如在滑橇(skid)或在驳船上的GTL系统。可使用利用微通道技术或利用开室(open-cell)多孔泡沫金属的高效的紧凑换热器。
发动机20可包括多个缸体，其中每个缸体或者缸体组在特定的操作参数组下操作。
控制器90可使用多个传感器来监测发动机20的操作。基于这些传感器读数，控制器90可控制发动机20的操作以优化合成气生产，最小化排气、最小化烟灰生成或者用于一些其它功能。
而且，燃料和氧化剂的部分燃烧还产生机械能，其中所生成的热量迫使活塞向下，这导致轴30旋转。
如上文所述，发动机重整器20的输出优选的是合成气，其是氢气和一氧化碳的混合物。使用合成气，化学反应器50可用于生产各种不同的输出燃料，诸如甲醇。除了甲醇外，还存在乙醇/混合的酒精、FT燃料、DME以及具有比起初的烃燃料21更高的值的其它液体或化学复合物。
图13示出来自发动机20的旋转轴30可供应功率到机械动力设备60。由于考虑用于该过程的发动机可为用于车辆的传统发动机，其可能够使用已经开发用于该发动机/车辆的传动装置作为变速箱。由于这些传动装置设计良好且大量生产，传动装置的成本可比定制的变速箱小得多，进一步降低系统的成本。
如上文所述，空气或者氧气可用作氧化剂。然而，在一些实施例中，氧气可以是用于制造合成气的优选方法，其最佳地定制用于制造液体(甲醇、乙醇、混合酒精、FT或其它液体)。氧气可以以多种方式生成。
图8示出了系统10，其具有包括变速箱61的机械动力设备60，氧气生成单元62、发电机63以及第二往复式机器或发动机64，其中每个缸体具有不同的排量。不需要存在所有这些单元。该途径可比使用具有不同排量的单个发动机更实用。然而，发动机可修改以提供具有不同几何构型的一些缸体。此外，通过重置缸体内衬和活塞，可具有在发动机的缸体之间的变化的压缩比。在一些实施例中，第二往复式发动机64可用作压缩器，以增加气体(诸如烃燃料21、氧化剂22或所产生的合成气40)的压力。其还可用于压缩空气用于氧气生成单元62，或者其可用于生成在真空辅助压力回转吸收空气分离单元中所要求的真空。
空气分离要求将空气变成高压。虽然图8示出了进行压缩和空气的膨胀的相同缸体，但是并不必然这样要求。可能在一个缸体上进行这种压缩，从空气中移除热量或者复合物，且在不同的缸体中使其膨胀，以针对温度和压力中的改变而调整。这提供了回收被用于压缩空气的能量的手段，使氧气耗尽的空气膨胀通过缸体。
图9示出了根据另一实施例的重整器系统10的示意图。氧气生产单元62可附连到轴30(通过齿轮)，如在图8中所示。备选地，其可使用由发动机20所生产的电力来操作。下文中描述了两个选项。
在一些实施例中，氧气源可为直接连接或通过齿轮连接到发动机20的空气分离单元(ASU)。ASU可使用发动机机械动力中的一些用于操作。该选项可消除对发动机和马达的需要。然而，可要求相当的单元尺寸。
由于专利权的原因，空气分离单元的特性难以发现。Smith等提供了关于对5000BPDOE(每日桶油当量)燃料制造设备的要求的一些信息，在图2中示出。这些数字已按比例缩小，假定恒定比功率消耗，对于低温设备很有可能不是这样的情况，但是可能适用于压力回转吸收设备。对于100BPDOE设备所要求的制造氧气的功率要求是大约250kW。在本文中所述的产生100BPDOE的发动机20(使用15升发动机)生成500kW的功率，以便在没有附加燃料燃烧的情况下所生成的功率适于驱动空气分离单元。在压力回转吸收的情况中，可能够使用往复式真空泵/压缩器64，其通过发动机机械驱动，如在图10中所示。
还可能够使用基于隔膜的空气分离单元。在该情况中，可能够使用一个或多个缸体用于压缩空气，其中氧气消耗完的空气在缸体中膨胀，且因此再捕获压缩能量中的一些。图10示出了系统的示意图，其中空气压缩器62由发动机64驱动。往复式机器64提供高压(用于生成氧气所需的隔膜分离空气，或者压力回转吸收所需的高压/真空)。压缩器然后是发动机缸体中的一个或多个，其具有高压缩比，从而进一步消除构件。分离可在连接到缸体的排气的腔中发生，且然后压缩的、氧气消耗完的空气可在相同或其它缸体中解压，从而允许回收压缩能量中的一些。腔可具有分离的入口/出口，且可产生用于充分的氧气分离的相当的驻留时间。相当量的空气需要移动以产生氧气，由于仅仅小部分的氧气在系统中移除，且因此高效的压缩/解压可以是理想的。阀正时可用于控制压缩空气的排气，以及氧气消耗完的空气进入缸体的入口。
应提到，不必需要纯氧。可期望降低氮气的量，但是不需要高的氧纯度。因此，在隔膜的情况中，可使用具有更大产量但是较小选择性的隔膜。此外，可不必在氧气生成系统中使用多个级。
存在可用于生成氧气的第三个选择，其使用水的裂解。可使用直电解槽或使水裂解的反向燃料电池。图11示出了系统10的示意图，其中发电机63联接到轴30以提供电力来驱动氧气生成单元62。氧气生成单元62可为电解器或以反向电极操作的固体氧化物燃料电池(SOFC)。
图12示出了电解器200的示意图，其可与图11的实施例一起使用。在该情况中，获得相对高的氧纯度。驱动电解器200所要求的功率可通过发动机20、使用联接到发电机63的发动机的过量机械动力而生成，如在图11中所示。电极201、202放置在水源中。氢气吸引到正电极202，而氧气吸引到负电极201。这些气体可在其相应的电极201、202附近收集。氧气可在发动机20中用于重整，而氢气可添加到合成气，其供应到化学反应器50。当所生成的合成气缺少氢气用于生成液体燃料(例如，填埋场气体)，这可以是非常有用的。理想地，氢气/氧气可在压力下生成，从而消除对气体进行压缩的需要，在氧气的情况中，该气体为待引入发动机20中的气体，而在氢气的情况中，该气体为与合成气混合的气体。还有用的是，氢气的温度高于室温。可期望高温、高压电解。也可使用以反向模式操作的固体氧化物燃料电池(SOFL)。
关于水裂解的一个潜在问题是发动机过量机械动力，当转变成电能时(假定相对高的效率)，仅足以产生发动机所要求的氧气的大约10%。因此，或者要求外部电力以驱动水裂解单元，或者水裂解单元仅用于使用由发动机所产生的过量功率。关于水裂解选项的第二个问题是这些器械可以很贵:每天产生大约12吨O2(每天1.5吨的H2)的单元到2017年预期是~1-2 M$。然而，在发动机重整器具有相对低的氢气的成分的情况中，氢气的电解生产可用于调整在化学反应器50中的H2/CO比。
在天然气作为燃料以及氧气作为氧化剂的情况中，可不需要涡轮增压器或涡轮增压器，因为天然气可处于高于大气的压力，且其可能够生成高于大气的氧气，进一步降低发动机机械动力要求。可能仅仅天然气需要压缩，而氧气在涡轮增压器或超增压器的下游添加到天然气。
应注意到，在图8、10和11中的往复式机器还可用于在烃燃料21进入发动机20之前压缩它。附加地，往复式机器64可用于在氧化剂22(空气或者氧气)进入发动机20之前压缩它。在一些情况中，由发动机20所生产的合成气40可使用往复式机器64在其进入化学反应器50之前压缩至20-30巴。燃料和氧化剂可一起或者分离地加压。
附加地，应注意到在图8、10和11中所示的发电机63还可用于提供过量的电力。在一个实施例中，电力可由重整器系统10消费。在另一实施例中，电能可用于再生颗粒过滤器。在其它实施例中,重整器系统10可不使用电力.例如,该电力可用于外部用途,且可提供用于销售或用作功率站的一部分,其包括液体燃料和电力的生产。而且，液体燃料和电力的生产可调整以满足对电力的需要。发动机运行可通过改变速度、扭矩、在一个或多个缸体中的氧化剂/燃料混合物的成分来调整，以便匹配需求。为了通过改变在一个或多个缸体上的成分来提供可变电力/燃料生产，最好调整一个或多个缸体的成分以完全燃烧燃烧，且缸体的排气被调整以完全燃烧而不发送至发动机下游的化学反应器50。液体燃料中的一些在高电力需求期间可在发动机中使用，如果不能得到足够的天然气的话。发动机还可燃烧尾气。
总而言之，机械动力设备60从发动机20以旋转轴30的形式接收能量。其可然后将该旋转能量转换成各种其它形式，具体取决于系统和环境的需要。例如，在一些实施例中，该功率用于为空气分离单元充能，其将空气分离以提供更纯的氧气到发动机20。在其它实施例中，机械能用于在烃燃料21和氧化剂22进入发动机20之前压缩其中的一种或两种。在其它实施例中,生成电力,其可为重整器系统10或者系统10外部所使用。
基于发动机的重整器的使用可经历瞬态，包括在起动以及停机期间。通过以不同的氧化剂/燃料比来操作发动机，可能稳定发动机运行，且提供功率/热能用于瞬态，诸如起动、停机或用于产量中的改变。可能通过使用在不同的缸体中的不同条件操作来改变发动机运行条件。条件可包括压力、温度、氧化剂-燃料比率、缸体的分层(热或成分)。喷射定时、火花定时、阀正时、稀释剂的喷射的使用可用于帮助解决关于瞬态的问题。当所有构件已经达到期望的温度，且流动和压力达到期望值时，实现稳态条件。
在使用氧气作为氧化剂22的操作的情况中，发动机20可在关闭的条件下操作以在起动期间以空气中的化学计量操作，以便提供功率用于氧气生成单元62。当氧气开始通过氧气生成单元62产生时，发动机运行可改变使用富氧的空气和更浓的成分。入口歧管压力还可在瞬态期间改变。一旦催化剂变暖，换热器70已经达到温度且氧气生成单元62产生如该过程所要求的尽可能多的氧气，稳态操作实现。所有该过程通过使用控制器90来控制，其可驱动发动机控制单元(ECU)。
如上所述，合成气可用于制造液体燃料，诸如甲醇或FT柴油。化学反应器50使用合成气来产生期望的液体燃料。化学反应器50可包括气体净化单元51，其用于从输入气体流以及燃料催化单元52移除不期望的构件。在一些实施例中，化学反应器，以及特别地燃料催化单元52使用Fischer-Tropsch过程来将合成气转变成液体烃。在该情况中，化学反应器50产生如下反应：
(2n+l) H2+ n CO -> CnH(2n+2)+ n H2O，其中两个反应物都由合成气提供。
为了制造液体燃料，可需要催化剂。系统10的尺寸和成本可由催化剂决定。可能在更高压力下操作，超过对于生产最佳的，以便降低系统的物理尺寸。
可使用一系列催化剂。如果要求紧凑的大小，可优选液载催化剂，特别是用于甲醇生产(其高度放热，从而要求移除大量的热量)。
如果在来自化学反应器50的排气(即尾气)中存在余下的未处理的合成气，这是当目标不是最高的转变而是在转变与大小之间的折中的情况，尾气可再引入发动机20中(用于完全燃烧或者帮助部分氧化反应)，或者发动机20的缸体23中的一个可用于再压缩残留合成气以及将其再引入催化剂上游的合成气。
已经描述了系统10的构件中的每个，应注意系统可以以各种方式使用。例如，合成气10可在多联产系统中使用。在多联产系统中，可动态调整系统运行以发电、生产合成气或者这两者的组合。例如，在空气中φ=1附近的操作仅产生比用于生成合成气所需的氧气中的浓运行(2.5<φ<4.0)稍微更多的机械动力。虽然在部分氧化反应中仅仅释放了在甲烷中的一小部分能量，但是在相同入口歧管压力下，在氧气中的部分氧化的情况中，相比于在空气中的化学计量操作的情况下缸体中的甲烷，在缸体中存在六倍的甲烷。这是由于在化学计量天然气操作的情况下，氧气量降低以及氮稀释剂的消除。
因此，如果连接到发动机63的话，发动机20可在空气中的化学计量条件附近操作用于发电。备选地，其可在用于重整的浓条件下运行，从而生成支持单元的功率要求的足够的功率。当然，发动机20可在其间的任何操作点处操作。在缸体中的一些在空气中化学计量操作的情况下，氧气的生产降低，且可进入氧气生成设备的功率可改为用于附加电力的生产。而且，发动机20可构造成使得第一组缸体23在有利于生产合成气的条件下操作，而第二组缸体可在化学计量条件附近操作以发电。分给每个功能的缸体23的数量可动态变化。在一天中需求更大的部分中，系统可生产更多的电力。分配给发电的缸体可构造成在低需求时间期间用于合成气。
其可能够运行带有发电机63的系统，其生成所期望的相态/频率，或者其可生成不同频率且使用整流器/交换器，以便生成恰当的频率/相态。
当针对功率操作时，其可能够使用一个或多个缸体以继续生成合成气，虽然以更小的产量，以便维持温度。发动机20可生成各种量的合成气以保持系统10操作，其中流速降低。换热器70可调整以便防止在温度中的大的改变。
总而言之，使用开发良好的技术，诸如发动机以及为针对车辆的大量生产而开发的相关联的装备，可能制成不昂贵的、小规模的重整器。发动机除了重整之外，还在适于产生GTL过程的条件(温度和压力)下产生合成气。发动机还回收在转变过程中释放的能量的一部分，或者作为机械动力或者作为电力(如果发电机与其联接，诸如在传统的发电机组中)。
在一些实施例中，可优选的是，重整器可以是能量自我满足的，在该情况中，不仅因为其不必连接到电网，而且是为了经济问题。然而，如果连接到电网，系统可产生输送到电网的附加的电力，或者如果存在电力缺乏，从电网消耗一些。
需要冷却来自化学反应器50的气体。焓可用于预热空气(如果氧气设备要求热空气)或者燃料/氧化混合物。
系统可设计成足够小，使得其可进行是滑橇安装。在一个实施例中，提出使用重型发动机(15升)的小系统。空气分离单元或者氧气生成系统62可相对大，类似于催化器的大小。在一个实施例中，可要求每天制造大约17吨的氧气(不必要具有高纯度)。甚至在该实施例中，整个甲醇生成系统应装在滑橇上且生成大约100bpd油当量。
在近海钻井设备的情况中，天然气可用于生成甲醇，其可与原油混合或者其可在驳船中发送至海岸。整个甲醇制造单元可放置在驳船上，与油井分离。甲醇并不高度可燃，且可比汽油状燃料或者天然气更安全地处理。在溢出的情况中，甲醇非常迅速地自然降解。备选地，可来制造Fisher Tropsch燃料，虽然成本更高。
可以有益的是将进行重整的发动机20连接到更小的往复式发动机64，其更适合于做其它事情，包括压缩空气或氧气、再压缩剩余的合成气(尾气)，以及可使用较小排量的缸体更好地处理的其它事务。在另一情况中，发动机20可用于推进(诸如以移动装置)以及用于合成气生成。
重型柴油发动机适于上文中所述的应用。然而，存在可从这些发动机中消除的相当多的元件。在当今的柴油发动机常见的，昂贵的高压喷射系统可不需要。此外，也不需要昂贵的后处理系统。还可能够使用设计成以天然气运行的发动机或甚至双-或多-燃料气体发动机。
此外，可期望具有紧凑的系统，用于从其它烃、诸如汽油来生成富氢气体。
这里所说明的系统可对于难以利用的(stranded)天然气是附加地有利的，其中存在大量的天然气液体成分(丙烷、乙烷、丁烷)，且由于小的输出量，对于分离出这些分子来说没有经济上的吸引力。发动机重整器可以是有利的，因为其不使用催化剂。使用传感器信息的控制系统可改变发动机重整器操作特性，以便当天然气液体含量改变时，确保期望的合成气质量以及优化的效率。
本文中所述的过程可应用于任何均匀化学反应，其要求在温度和压力中的相当大的增加。当反应是放热时这是最佳地，且其期望以较低的温度和压力返回产品。在该情况下，可能在膨胀过程中再捕获一些释放的能量。在放热反应的情况下，可能驱动系统，以便缸体中的仅仅一些执行期望的吸热操作，而其它缸体通过不同的放热反应，包括燃烧反应来提供功率。
带有由机械动力生产所释放的重整过程能量的优化使用的集成系统的这些特征还可用于降低涡轮重整器-液体燃料生产系统的成本。
本公开在范围上不受限于在本文中描述的具体实施例。事实上，本公开的其它各种实施例以及对实施例的修改，除了在本文中描述的那些之外，将对本领域技术人员从前述描述和附图中显而易见。因此，这些其它实施例和修改预期落在本公开的范围内。而且，虽然本公开已经在用于特定用途的特定环境中在特定实施例的背景下描述，但是本领域技术人员将认识到其用途不受限于此，且本公开可在用于任何数目的用途的任何数目的环境中有益地执行。因此，所陈述的权利要求应基于如本文中所述的本公开的全部宽度和精神来解释。

Claims (34)

1. 一种用于生产液体燃料的重整器系统，其包括发动机，其包括：
多个缸体，各具有布置在其中的往复式活塞，在那里活塞中的每个与可旋转的轴连通，
排气歧管，以及
入口歧管，烃燃料和氧化剂被供应到其中；其中，所述发动机通过在所述缸体中的至少一个中部分燃烧生产富氢气体，且从所述部分燃烧释放的能量被用于使所述轴旋转；
与旋转轴连通的机械动力设备；以及
与所述排气歧管连通的化学反应器，其利用所述富氢气体来生产所述液体燃料。
2. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，所述机械动力设备包括空气分离单元，其产生氧气以被用作在所述入口歧管中的所述氧化剂。
3. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，所述机械动力设备包括压缩器以压缩所述氧化剂、所述烃燃料和所述富氢气体中的至少一个。
4. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，所述烃燃料的压缩通过促动在所述缸体中的排气阀来控制，且所述排气阀使用可变阀正时。
5. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，所述烃燃料的压缩通过在所述入口歧管处所述烃燃料的温度和压力来控制。
6. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，所述烃燃料包括甲烷。
7. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，所述发动机是涡轮增压的且使用大于12的压缩比。
8. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，所述发动机是火花点火。
9. 根据权利要求8所述的重整器系统，其中，所述发动机包括类似柴油机的引燃火花点火、DME点火、预燃室或增强的点火源。
10. 根据权利要求9所述的重整器系统，其中，所生产的所述液体燃料包括甲烷；且其中，DME由所述甲烷来生产。
11. 根据权利要求1所述的重整器系统，其还包括换热器，其中,所述氧化剂和所述烃燃料中的至少一个在引入所述发动机之前被预热。
12. 根据权利要求11所述的重整器系统，其中，所述换热器包括金属泡沫加热器。
13. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，所述发动机包括HCCI发动机。
14. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，稀释剂被加到缸体中以控制在所述缸体内的热释放速率和峰值压力。
15. 根据权利要求11所述的重整器系统，其中，所述稀释剂选自水、合成气、尾气、氮气和氩气。
16. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，所述液体燃料包括甲醇或FT柴油，且所述重整器系统能够位于滑橇或驳船上。
17. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，需要电力用于所述重整器系统的操作，且所述电力由在重整过程中释放的能量生成。
18. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，所述机械动力设备生产电力。
19. 根据权利要求18所述的重整器系统，其中，所述电力驱动空气分离单元，其生产氧气以在所述发动机中被用作所述氧化剂。
20. 根据权利要求18所述的重整器系统，其中，所述电力驱动电解或燃料电池单元，其生产氧气以在所述发动机中被用作所述氧化剂。
21. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，所述发动机以在2.5与4之间的当量比(φ)运行。
22. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，所述发动机包括扫气器件，其从所述缸体排空所述富氢气体。
23. 根据权利要求1所述的重整器系统，其还包括换热器，其中，包含在所述富氢气体中的热量被传递至所述烃燃料或所述氧化剂。
24. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，第一缸体在与第二缸体不同的运行条件下运行。
25. 根据权利要求1所述的重整器系统，其中，所述缸体中的至少一个能够在生产所述富氢气体的第一模式中运行以及在化学计量操作被用于生产被传递至所述轴的机械动力的第二模式中运行，且所述缸体能够在所述第一模式或第二模式中的任一个中运行以改变所述液体燃料和电力的生产。
26. 一种用于生产液体燃料的重整器系统，其中，包括甲烷和氧化剂的气体被引入所述重整器中，且其中，所述重整器生产合成气，其然后通过催化剂被转变成液体燃料；且其中，在重整中释放的能量被用于提供机械动力；且其中，所述机械动力被用于机械地驱动空气分离单元来为重整过程提供氧气或生产电力以驱动所述空气分离单元。
27. 根据权利要求26所述的重整器系统，其中，所述机械动力被用于通过变速箱驱动空气分离单元。
28. 根据权利要求26所述的重整器系统，其中，所述机械动力被用于压缩合成气来与被用于生产所述液体燃料的所述催化剂相互作用。
29. 根据权利要求26所述的重整器系统，其中，所述机械动力通过往复式发动机重整器来生产。
30. 根据权利要求26所述的重整器系统，其中，所述氧化剂是空气或富氧空气。
31. 根据权利要求26所述的重整器系统，其中，生产氨。
32. 根据权利要求26所述的重整器系统，其中，所述液体燃料是甲醇或FT柴油。
33. 根据权利要求26所述的重整器系统，其中，所述气体包括不从其中移除天然气液体的天然气。
34. 根据权利要求33所述的重整器系统，其中，当所述天然气液体含量变化时，控制系统改变重整器操作。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109681349A (zh) * 2018-12-30 2019-04-26 北京工业大学 一种压升率可控的零排放质调节氢发动机及其控制方法
CN113428334A (zh) * 2021-08-16 2021-09-24 广西师范大学 一种船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统及其控制方法

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9169773B2 (en) * 2012-04-18 2015-10-27 Massachusetts Institute Of Technology Engine reformer systems for lower cost, smaller scale manufacturing of liquid fuels
WO2014209796A1 (en) * 2013-06-25 2014-12-31 Massachusetts Institute Of Technology Engine chemical reactor with catalyst
WO2016019357A1 (en) * 2014-08-01 2016-02-04 The Regents Of The University Of California Recirculating noble gas internal combustion power cycle
US10233809B2 (en) 2014-09-16 2019-03-19 Southwest Research Institute Apparatus and methods for exhaust gas recirculation for an internal combustion engine powered by a hydrocarbon fuel
US10255406B2 (en) * 2015-02-24 2019-04-09 Siemens Corporation Designing the geometry of a gas turbine exhaust diffuser on the basis of fluid dynamics information
US10125726B2 (en) * 2015-02-25 2018-11-13 Southwest Research Institute Apparatus and methods for exhaust gas recirculation for an internal combustion engine utilizing at least two hydrocarbon fuels
US9797349B2 (en) 2015-05-21 2017-10-24 Southwest Research Institute Combined steam reformation reactions and water gas shift reactions for on-board hydrogen production in an internal combustion engine
AT517216B1 (de) 2015-06-30 2016-12-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Brennkraftmaschine mit einer Regeleinrichtung
US9957888B2 (en) 2016-03-30 2018-05-01 General Electric Company System for generating syngas and an associated method thereof
US9874193B2 (en) 2016-06-16 2018-01-23 Southwest Research Institute Dedicated exhaust gas recirculation engine fueling control
US10260005B2 (en) 2016-08-05 2019-04-16 Greyrock Technology LLC Catalysts, related methods and reaction products
US10465631B2 (en) 2017-01-07 2019-11-05 General Electric Company System for generating an improved H2:CO ratio in syngas and an associated method thereof
US10495035B2 (en) 2017-02-07 2019-12-03 Southwest Research Institute Dedicated exhaust gas recirculation configuration for reduced EGR and fresh air backflow
JP2020537727A (ja) * 2017-09-29 2020-12-24 リサーチ トライアングル インスティテュート 炭化水素原料から合成ガスを生成する化学反応器としての内燃機関
US11446619B2 (en) 2017-10-24 2022-09-20 Dow Global Technologies Llc Pulsed compression reactors and methods for their operation
EP3727665A4 (en) * 2017-12-20 2021-12-08 BD Energy Systems, LLC MICRO REFORMER
KR102399817B1 (ko) 2021-02-04 2022-05-20 (주)키나바 압축천연가스 엔진을 이용한 수소의 제조 방법 및 장치
BR112023024158A2 (pt) 2021-05-18 2024-03-12 M2X Energy Inc Sistemas e métodos de conversão de gás de tocha modulares, autônomos
US20230279802A1 (en) * 2021-11-09 2023-09-07 M2X Energy Inc. Pre-Chamber Combustion Systems and Methods
US11649549B1 (en) * 2021-11-11 2023-05-16 Pyrochem Catalyst Company Oxidative reforming and electrolysis system and process for hydrogen generation
WO2023225532A2 (en) * 2022-05-17 2023-11-23 M2X Energy Inc. Systems, devices and methods for intensification of reformers and downstream chemical synthesis
US12060269B1 (en) 2023-10-13 2024-08-13 Pcc Hydrogen Inc. Reactor for conversion of hydrocarbons and oxygenates to syngas and hydrogen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2591687A (en) * 1947-01-17 1952-04-08 Texas Co Process for the manufacture of synthesis gas
US4965052A (en) * 1987-11-03 1990-10-23 Atlantic Richfield Company Integrated product generation and catalytic product synthesis in an engine-reactor

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2578475A (en) * 1949-05-09 1951-12-11 Gulf Research Development Co Production of gas comprising hydrogen and carbon monoxide
US2543791A (en) 1949-08-25 1951-03-06 Texas Co Engine generation of synthesis gas
US2846297A (en) 1953-10-10 1958-08-05 Firm Maschinenfabrik Augsburg Internal combustion engine for the production of synthesis gas
JPS50116823A (zh) 1974-02-26 1975-09-12
GB1465510A (en) 1974-03-06 1977-02-23 Nissan Motor Process of reforming hydrocarbon fuel into hydrogen-rich fuel
JPS51123422A (en) 1975-04-21 1976-10-28 Nissan Motor Co Ltd Fuel modulating system
JPS51138223A (en) 1975-05-27 1976-11-29 Nissan Motor Co Ltd Gas generator
US5162599A (en) 1991-09-19 1992-11-10 Exxon Research And Engineering Co. Rapid thermal pyrolysis of gaseous feeds containing hydrocarbon molecules mixed with an inert working gas
US5231968A (en) * 1992-07-27 1993-08-03 Donald Siefkes Foamed metal heat device
US5887554A (en) 1996-01-19 1999-03-30 Cohn; Daniel R. Rapid response plasma fuel converter systems
RU2096313C1 (ru) * 1996-08-13 1997-11-20 Экспериментальный комплекс "Новые энергетические технологии" Объединенного института высоких температур РАН Способ получения синтез-газа
US6205957B1 (en) 1999-09-16 2001-03-27 Eaton Corporation Natural gas engine with in situ generation of an autoignition product
US6725846B2 (en) * 2001-12-20 2004-04-27 Phillip N. Armstrong Heated fuel vaporizer block, kit and method
JP2005307759A (ja) * 2004-04-16 2005-11-04 Toyota Industries Corp 予混合圧縮自着火機関の運転方法及び予混合圧縮自着火機関
US7401578B2 (en) 2004-05-21 2008-07-22 Gemini Energy Technologies, Inc. System and method for the co-generation of fuel having a closed-loop energy cycle
US20100280135A1 (en) * 2007-03-19 2010-11-04 Doty Scientific, Inc. Hydrocarbon and alcohol fuels from variable, renewable energy at very high efficiency
US8293805B2 (en) 2008-05-29 2012-10-23 Schlumberger Technology Corporation Tracking feedstock production with micro scale gas-to-liquid units
AU2010236438B2 (en) 2009-04-16 2015-01-22 Ethanol Boosting Systems, Llc Dimethyl ether (DME) enhanced gasoline engine
US8794212B2 (en) * 2011-07-29 2014-08-05 General Electric Company Engine and method of operating engine
US9169773B2 (en) 2012-04-18 2015-10-27 Massachusetts Institute Of Technology Engine reformer systems for lower cost, smaller scale manufacturing of liquid fuels
US9599017B2 (en) * 2013-06-28 2017-03-21 General Electric Company Gas turbine engine and method of operating thereof
US9595726B2 (en) * 2014-01-07 2017-03-14 Advanced Cooling Technologies, Inc. Fuel reforming system and process

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2591687A (en) * 1947-01-17 1952-04-08 Texas Co Process for the manufacture of synthesis gas
US4965052A (en) * 1987-11-03 1990-10-23 Atlantic Richfield Company Integrated product generation and catalytic product synthesis in an engine-reactor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109681349A (zh) * 2018-12-30 2019-04-26 北京工业大学 一种压升率可控的零排放质调节氢发动机及其控制方法
CN113428334A (zh) * 2021-08-16 2021-09-24 广西师范大学 一种船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统及其控制方法
CN113428334B (zh) * 2021-08-16 2022-04-22 广西师范大学 一种船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统及其控制方法

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