CN111677602B - 一种预防热氧化结焦问题的车载废气柴油重整器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预防热氧化结焦问题的车载废气柴油重整器，包括发动机汽缸，柴油机后处理装置、OSC除氧装置、重整水箱、重整器、重整油箱和回气管；排气总管缠绕在重整器的周围，柴油机后处理装置与OSC除氧装置和排气总管相连，OSC除氧装置其中一个出口连接重整水箱中的冷却管道，重整水箱内的冷却管道另一端与重整油箱相连接；重整水箱经水注射泵后连接至重整器；重整油箱与回气管和重整器相连；重整器的出口分别连接至回气管和OSC除氧装置，回气管的另一端与进气支管相连接。对发动机后处理废气进行脱氧冷却处理后，利用冷却脱氧废气置换燃油中的溶解氧，并通过构建无氧重整环境对燃油重整反应过程中的热氧化结焦问题实现改善。

Description

一种预防热氧化结焦问题的车载废气柴油重整器
技术领域
本发明涉及一种车载废气柴油重整器，尤其涉及一种改善了重整反应过程中的热氧化结焦问题的车载废气柴油重整器。
背景技术
结焦是指燃油在高温下发生热氧化结焦或者热裂解结焦，产生大分子积碳颗粒进一步生成结焦沉积物。结焦产物会带来很多弊端，比如，在车载燃料重整器中如果发生结焦，结焦产物附着在重整器壁面上，会使壁面的热阻增加，传热品质恶化，影响重整器性能，若结焦产物发生脱落，则会随管道流到发动机喷嘴，堵塞喷嘴，导致喷油器的性能下降，进而影响燃烧效率，严重时可能会导致发动机发生失火或者爆震。热氧化结焦的主要机理是在高温条件下，燃油中的自由基与燃料中的溶解氧反应，生成氢过氧化物，随后与热氧化的其他小分子产物聚合成大分子，从而结焦。而低温废气重整主要由两大反应组成，一是燃油的部分氧重整反应，二是燃油的水重整反应。由于重整反应温度较高，且反应环境中含有部分氧气，使得在重整过程中很容易发生热氧化结焦，影响重整器性能。
众所周知，柴油机的燃烧属于高空燃比的富氧燃烧，所以在其尾气废气中，氧气含量高达10％左右，在以往的废气重整装置中，直接利用未脱氧处理的柴油机废气以及未脱氧处理的燃油进行重整，尽管由于氧气含量较多，促进部分氧重整反应，有利于燃油重整，但是随之也会带来燃油结焦的风险。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提出一种预防热氧化结焦问题的车载废气柴油重整器，该车载废气柴油重整器通过对发动机后处理废气进行脱氧冷却处理后，利用冷却脱氧废气置换燃油中的溶解氧，并且通过构建无氧重整环境，实现燃油重整反应过程中的热氧化结焦问题的改善。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种预防热氧化结焦问题的车载废气柴油重整器，包括发动机汽缸，柴油机后处理装置、排气总管、OSC除氧装置、重整水箱、重整器和重整油箱；所述柴油机后处理装置设有两个进口和两个出口，分别记为进口A、进口B、出口A和出口B；所述OSC除氧装置设有两个进口和两个出口，分别记为进口C、进口D、出口C和出口D；所述重整水箱内包含冷却管道，脱氧废气流经冷却管道时被重整水箱中的水冷却；所述重整油箱设有两个出口，分别记为第一出口和第二出口；所述排气总管缠绕在所述重整器的周围，实现对废气热量的高效利用，提高燃油重整率；所述发动机汽缸连接有进气支管，所述进气支管上设有第一三通阀；所述发动机汽缸的出口与所述柴油机后处理装置的进口A之间连接有排气支管，所述柴油机后处理装置的出口A连接至所述OSC除氧装置的进口C，所述OSC除氧装置的出口C与所述重整水箱内的冷却管道相连接，所述重整水箱内的冷却管道另一端与所述重整油箱的进口相连接，所述OSC除氧装置的出口D通过再生排气管连接至所述柴油机后处理装置的进口B，再生废气经过柴油机后处理装置后处理后再被排放；所述柴油机后处理装置的出口B与所述排气总管的一端相连，所述排气总管的另一端为出气端口；所述重整水箱的出水口经水注射泵后连接至所述重整器；所述重整油箱的第一出口经第二三通阀后与回气管的一端相连接，实现置换废气的无污染处理；所述重整油箱的第二出口经燃油注射泵后与连接至所述重整器；所述重整器的出口端经三通电磁阀后分为两路，一路是经所述第二三通阀连接至所述回气管，另一路通过再生进气管连接至所述OSC除氧装置的进口D；所述回气管的另一端通过第一三通阀2与进气支管相连接。
进一步讲，本发明所述的预防热氧化结焦问题的车载废气柴油重整器，经所述OSC除氧装置脱氧处理后的脱氧废气，流经所述重整水箱被冷却，冷却后的脱氧废气通入至所述重整油箱中，进行燃油中溶解氧的置换，最终生成脱氧燃油，置换过程中产生的含有溶解氧和少量燃油蒸气的置换废气经过第二三通阀被通入所述回气管中；在进行燃油重整时，初始，所述重整油箱内的脱氧燃油先被通入所述重整器中进行蒸发，随后重整水箱内的水再被水注射泵高压喷入重整器中，在所述排气总管的加热下在所述重整器中进行燃料的重整；重整后的重整气依次经所述三通电磁阀、第二三通阀与置换废气一同经过所述回气管进入所述进气支管1中与新鲜空气混合，最终，进入所述发动机汽缸中，实现燃烧。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用OSC除氧装置对柴油机的后处理废气进行脱氧处理，脱氧处理后的废气可以对参与重整反应的燃油进行溶解氧置换，使得最终进入重整器的反应物仅为水蒸气和脱氧燃油，大幅度削减了重整器内的氧含量，大大降低了重整过程中重整器内发生热氧化结焦的可能性，燃油溶解氧置换后产生的置换废气，没有被排入大气中，而是与重整气一起被通入汽缸进行燃烧，提高资源利用率的同时又避免大气污染。同时，将排气总管环绕重整器四周，对于未进行脱氧处理的后处理废气利用其余热加热重整器，为水重整反应提供恒定的反应温度，从很大程度上改善了由于重整器内氧气含量大幅度减少导致的部分氧重整反应无法顺利进行导致的燃油重整率下降的问题。以上措施，实现了对柴油机废气的多重利用，同时还避免了外载置换气体带来的不便。通过重整气与OSC除氧装置中所吸收的氧气进行氧化还原反应，可以实现对储氧材料的再生，无需外加重生装置，再生废气则被通入柴油机后处理装置进行后处理，避免造成大气污染。
通过脱氧处理后的后处理废气，实现对燃油的脱氧处理，并且通过构建低氧的反应环境使得重整反应过程中容易发生热氧化结焦问题得以改善；通过利用发动机的高温排气，则实现了对重整反应的促进。整个装置通过对后处理废气的多重利用，改善了重整反应过程中的热氧化结焦问题，并且装置结构简单，布置方便，资源的利用率高。
附图说明
图1是本发明预防热氧化结焦问题的车载废气柴油重整器的示意图。
图中：
1-进气支管 2-第一三通阀 3-发动机汽缸
4-排气支管 5-柴油机后处理装置 6-排气总管
7-OSC除氧装置 8-再生排气管 9-重整水箱
10-水注射泵 11-重整器 12-重整油箱
13-燃油注射泵 14-第二三通阀 15-三通电磁阀
16-再生进气管 17-回气管
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1所示，本发明提出的一种预防热氧化结焦问题的车载废气柴油重整器，包括发动机汽缸3，柴油机后处理装置5、排气总管6、OSC除氧装置7、再生排气管8、重整水箱9、水注射泵10、重整器11、重整油箱12、再生进气管16和回气管17。
所述发动机汽缸3连接有进气支管1和排气支管4，所述进气支管1设有第一三通阀2，该第一三通阀2有两个进口；所述柴油机后处理装置5设有两个进口(进口A、进口B)和两个出口(出口A、出口B)，两个进口分别连接排气支管4和再生排气管8的一端，两个出口分别连接排气总管6和OSC除氧装置7；所述OSC除氧装置7设有两个进口(进口C、进口D)和两个出口(出口C、出口D)，所述OSC除氧装置7的两个入口分别连接柴油机后处理装置5和再生进气管16，两个出口分别连接再生排气管8和重整水箱内的冷却管道；所述重整水箱内冷却管道另一端与所述重整油箱12的进口相连接，所述重整器11有两个进口和一个出口，所述重整水箱9只有一个出口，通过水注射泵10与所述重整器11的一个进口相连，所述重整油箱12设有两个出口(第一出口和第二出口)，两个出口端分别设有燃油注射泵13和第二三通阀14，通过其中一个出口端的燃油注射泵13与重整器11的另一个进口相连接，通过第二三通阀14与回气管17相连接，所述重整器11的出口端接有三通电磁阀15，该三通电磁阀15有两个出口，所述重整器11的出口端经该三通电磁阀15分为两路，一路是经所述第二三通阀14连接至所述回气管17，另一路通过再生进气管16连接至所述OSC除氧装置7的一个进口；上述回气管17的另一端连接至第一三通阀2的另一个进口，从而与进气支管1相连接。所述排气总管6缠绕在所述重整器11的周围，为重整反应提供热量，实现对废气热量的高效利用，提高燃油重整率。进入OSC除氧装置7的后处理废气经过脱氧处理后，流经所述重整水箱9进行冷却，冷却后的脱氧废气通入所述重整油箱12进行燃油中溶解氧的置换，最终生成脱氧燃油，置换过程中产生的含有溶解氧和少量燃油蒸气的置换废气经过第二三通阀14被通入所述回气管17；在进行燃油重整时，重整油箱12中的脱氧燃油首先被高压泵入所述重整器11内进行蒸发，随后重整水箱9中的水再被水注射泵10高压喷入重整器11，在所述排气总管6的加热下，在所述重整器11内进行燃料的重整反应，产生的重整气与置换废气混合，经过所述回气管17进入所述进气支管1中，再与新鲜空气混合，最终，进入所述发动机汽缸3中，进行燃烧。
本发明的工作原理：
1)OSC除氧装置7中的储氧材料是以氧化铈为主要成分，掺混有贵金属和其他稀土元素的物质，氧化铈无论在贫氧还是富氧的条件下，均保持立方晶体结构，且体积变化微小，由于其独特的氧化还原反应，所以可实现对氧气的储存和释放。通过向氧化铈内掺混其他贵金属以及稀土元素，可改善氧化铈的活化温度，提高储氧能力。氧化铈储放氧气的工作原理如下：
Figure GDA0003215724640000041
CeO2+xH2→CeO2-x+xH2O (2)
CeO2+xHC→CeO2-x+x(CO2，H2O，CO，H2) (3)
CeO2+xCO→CeO2-x+xCO2 (4)
在400-500℃左右的环境温度下，OSC除氧装置7中的储氧材料有较高的活性，可实现对流经OSC除氧装置7的废气的脱氧处理，当储氧材料的储氧能力达到饱和时，通过三通电磁阀15开启再生进气管16，使得重整器11中的重整气经再生进气管16流入OSC除氧装置7中，在高温条件下，重整产物中的氢气、一氧化碳等物质与储氧材料中储存的氧气发生氧化还原反应，从而实现对OSC除氧装置7的再生，对于OSC除氧装置7再生过程中产生的再生废气，经再生排气管8，通入柴油机后处理装置5中，进行废气后处理，实现低污染排放。
2)从OSC除氧装置7中流出的脱氧废气经过重整水箱9的冷却后被通入重整油箱12中，对燃油中的溶解氧进行置换，根据Henry定律，燃料中的溶解氧会被废气中的氮气、二氧化碳等分子置换出来，最终生成溶解氧含量仅为1ppm左右的燃油，在此过程中产生的含有溶解氧和少量燃油蒸气的置换废气则经过第二三通阀14进入回气管17中
3)排气总管6围绕在重整器11四周，为重整反应持续提供热量，燃油注射泵13将脱氧燃油泵入重整器11，水注射泵10将水高压泵入重整器11，二者在重整器内进行水重整反应，产生氢气、一氧化碳、甲烷等小分子产物，水重整反应的最终产物重整气，经三通电磁阀15，通过第二三通阀14进入回气管17。
本发明的工作过程：
1)发动机汽缸3内燃烧产生被活塞压出，通过排气支管4流入柴油机后处理装置5中，柴油机后处理装置5对废气进行处理，产生的后处理废气有两个流向，一是经排气总管6被排出，二是经过管道流向OSC除氧装置7。
2)再生排气管8一端与OSC除氧装置7排气口相连接，另一端与柴油机后处理装置5进口相连接，OSC除氧装置7再生时排出的再生废气经过柴油机后处理装置5处理后再排入大气，避免大气污染；
3)OSC除氧装置7对流经的后处理废气进行脱氧处理，脱氧废气随后流经重整水箱9进行冷却；水注射泵10将重整水箱9中的水高压喷入重整器11；
4)经重整水箱9冷却后的脱氧废气，随后被通入重整油箱12中，进行溶解氧置换，最终得到脱氧燃油，产生的脱氧燃油被燃油注射泵13高压泵入重整器11，脱氧燃油与水蒸气在重整器11中进行水重整反应，产生重整气，与置换过程中产生的含有溶解氧和少量燃油蒸气的置换废气一起经第二三通阀14被通入回气管17中；
5)排气总管6缠绕在重整器11四周，流经排气总管6的后处理废气，为重整器11中进行的水重整反应提供热量，利用废气的高温促进脱氧燃油和水的蒸发同时为水重整反应提供恒定的反应温度，最终后处理废气被排入大气中。
6)重整器11产生的重整气受三通电磁阀15的控制有两个流向，在正常情况下经第二三通阀14最终汇入回气管17，进入回气管17的重整气和置换废气，经第一三通阀2，流入进气支管1中，与进入进气支管1的新鲜空气混合，使得重整气以及置换废气随新鲜空气流入发动机汽缸3中进行燃烧。
当OSC除氧装置7进行再生时，通过三通电磁阀15改变重整器11的重整气的流向，使重整气经再生进气管16进入OSC除氧装置7中，在高温条件下重整气中的氢气、一氧化碳等物质与OSC除氧装置7中的吸收的氧气发生反应，实现对OSC除氧装置7的再生，再生废气则通过再生排气管8，被通入柴油机后处理装置5中，进行废气后处理。
综上，本发明的车载废气柴油重整器，通过剔除重整器中的部分氧重整反应，只保留水重整反应，从而改善重整器中的热氧化结焦问题。在该装置中，排气总管6缠绕在重整器11外围，为重整反应提供热量，通过利用发动机的高温废气对重整器11进行持续供热，促进水重整反应进行程度从而实现对由于部分氧重整反应被剔除导致燃油重整率下降这一问题的弥补；OSC除氧装置7实现对后处理废气的脱氧处理，OSC除氧装置7的再生可通过氢气和一氧化碳与氧气的氧化还原反应实现，具体过程为将重整气通入OSC除氧装置7，在高温下重整气内的氢气、一氧化碳与OSC除氧装置7中的氧气发生反应，从而实现OSC除氧装置7的再生；重整水箱9对流经的脱氧废气进行冷却；经冷却后的脱氧废气被通入重整油箱12内，对重整油箱12内的燃油进行置换脱氧，重整油箱12与回气管17相连，置换废气被通入回气管17中；重整水箱9中的冷却水被水注射泵10泵入重整器11，重整油箱12内的脱氧燃油通过燃油注射泵10被泵入重整器；重整器11内的脱氧燃油和水蒸气进行水重整反应，产生的重整气被通入回气管17中；回气管17与进气支管2相连接，重整气和置换废气与新鲜混合气混合均匀进入发动机汽缸3，实现燃烧。上述过程，通过对后处理废气先进行脱氧、冷却处理，随后用脱氧废气对燃油中的溶解氧进行置换实现对参与重整反应的燃油的脱氧处理，降低了燃油重整过程中热氧化结焦的可能性，并利用废气的热量为重整器持续供热，进一步提高燃油重整率。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种预防热氧化结焦问题的车载废气柴油重整器，包括发动机汽缸(3)、柴油机后处理装置(5)、排气总管(6)、OSC除氧装置(7)、重整水箱(9)、重整器(11)和重整油箱(12)，其特征在于，
所述柴油机后处理装置(5)设有两个进口和两个出口，分别记为进口A、进口B、出口A和出口B；
所述OSC除氧装置(7)设有两个进口和两个出口，分别记为进口C、进口D、出口C和出口D；
所述重整水箱(9)内设有冷却管道，脱氧废气流经冷却管道时被重整水箱(9)中的水冷却；
所述重整油箱(12)设有两个出口，分别记为第一出口和第二出口；
所述排气总管(6)缠绕在所述重整器(11)的周围，实现对废气热量的高效利用，提高燃油重整率；
所述发动机汽缸(3)连接有进气支管(1)，所述进气支管(1)上设有第一三通阀(2)；所述发动机汽缸(3)的出口与所述柴油机后处理装置(5)的进口A之间连接有排气支管(4)，所述柴油机后处理装置(5)的出口A连接至所述OSC除氧装置(7)的进口C，所述OSC除氧装置(7)的出口C与所述重整水箱(9)中的冷却管道相连接，冷却管道另一端与所述重整油箱(12)的进口相连接，所述OSC除氧装置(7)的出口D通过再生排气管(8)连接至所述柴油机后处理装置(5)的进口B，再生废气经过柴油机后处理装置(5)后处理后再被排放；所述柴油机后处理装置(5)的出口B与所述排气总管(6)的一端相连，所述排气总管(6)的另一端为出气端口；
所述重整水箱(9)的出水口经水注射泵(10)后连接至所述重整器(11)；所述重整油箱(12)的第一出口经第二三通阀(14)后与回气管(17)的一端相连接，实现置换废气的无污染处理；所述重整油箱(12)的第二出口经燃油注射泵(13)后与连接至所述重整器(11)；所述重整器(11)的出口端经三通电磁阀(15)后分为两路，一路是经所述第二三通阀(14)连接至所述回气管(17)，另一路通过再生进气管(16)连接至所述OSC除氧装置(7)的进口D；所述回气管(17)的另一端通过第一三通阀(2)与进气支管(1)相连接。
2.根据权利要求1所述的预防热氧化结焦问题的车载废气柴油重整器，其特征在于，经所述OSC除氧装置(7)脱氧处理后的脱氧废气，流经所述重整水箱(9)被冷却，冷却后的脱氧废气通入至所述重整油箱(12)中，进行燃油中溶解氧的置换，最终在重整油箱(12)中生成脱氧燃油，置换过程中产生的含有溶解氧和少量燃油蒸气的置换废气经过第二三通阀(14)被通入所述回气管(17)中；在进行燃油重整时，初始，所述重整油箱(12)内的脱氧燃油先被通入所述重整器(11)中进行蒸发，随后重整水箱(9)中的水再被水注射泵(10)高压喷入重整器(11)中，在所述排气总管(6)的加热下在所述重整器(11)中进行燃料的重整；重整后的重整气依次经所述三通电磁阀(15)、第二三通阀(14)与置换废气一同经过所述回气管(17)进入所述进气支管(1)中与新鲜空气混合，最终，进入所述发动机汽缸(3)中，实现燃烧。
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