[发明专利]直接再生水移动制氢发动机燃料系统及其装置

说明书

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。