[发明专利]用于操作液体燃料催化燃烧的催化加热器和反应器中的燃料喷射系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种系统，其用于在催化反应器中利用液体燃料（例如柴油和汽油），以便从所述燃料产生清洁的热。

背景技术

常规的燃料燃烧加热器利用火焰燃烧来产生热，此过程与微粒（烟尘、灰）和化学排放（CO、NOx）二者的生成相关联，所述微粒和化学排放全部都是对环境有害的。

通过用催化氧化系统代替火焰燃烧系统，可以消除燃料相关的排放，并且同时通过降低氧化过程的温度（通过增加的空气流量）增加了所述过程的效率。催化氧化的主要特征在于所述过程并不限于较低的空燃比，该特征导致所有碳氢化合物的完全氧化以及反应区中较低的温度，所述温度低至阻碍NOx产生的水平。

对于使用多组分液体燃料（例如柴油或汽油）操作的催化加热器来说，主要挑战在于在寒冷环境中启动加热器，而不产生烟尘，所述烟尘可能对催化剂有害，降低加热器的使用寿命以及增加对于最终用户的服务成本。

与启动液体燃料催化燃烧室相关联的问题已导致了对用于催化燃烧的实际应用的气体燃料（例如天然气和丙烷）的工业关注，如在US-6,223,537中所见，其中，天然气被用于为燃烧室提供燃料。

发明内容

虽然催化燃烧的概念并不是新的，但本发明描述了一种用于在催化加热器中使用柴油/汽油类型燃料的新方法，其防止催化反应器中烟尘的形成，并减少加热器的启动时间。

因此，本发明的目的在于解决与启动催化燃烧室以及在催化燃烧室中使用液体燃料相关联的问题。

因此，发明人已设计了一种如权利要求1中所限定的催化反应器系统。

根据本发明的反应器是一种紧凑的催化燃烧室系统，其用在如重型卡车、客车、船只和住宅房屋中的舱室加热器那样的应用中，但并不限于上述应用，在这些应用中需要清洁的热以满足客户和法律的要求。

特别是，已开发出双反应室解决方案，其中，最初的启动部段与催化反应区分离，以防止启动期间对催化剂的烟尘污染，以及在系统的冷启动期间为催化剂屏蔽热冲击，特别是启动或预热部段被设置在分隔开的隔室中，所述启动或预热部段通过通道连接到反应部段。

反应器系统还被构建成在反应器中具有主燃料喷嘴和副燃料喷嘴，所述主燃料喷嘴和副燃料喷嘴以共同的压力操作，所述压力允许系统在启动和正常操作期间以大范围的可变燃料动力操作，从而在催化加热器的启动序列中以及在其正常操作期间允许最佳的燃料流量。

空气被供给到反应器，既用于冷却系统中的部件，又用于在将空气运送到加热器中的催化反应器区之前预热所述空气，从而允许催化反应器中燃料蒸发过程的热稳定以及防止由催化剂表面上的燃料蒸发引起的催化剂热老化。

附图说明

图1示出了一种现有技术的系统；

图2a示意性地图示了一种现有技术的催化反应器；

图2b示意性地图示了所述的新构思；以及

图3图示了所述新催化反应器的实施例。

具体实施方式

为了本应用的目的，下面的术语将具有所指示的意义。

“多组分燃料”是在商业上可获得的燃料，例如柴油和汽油，柴油和汽油是具有不同的沸点、碳链长度和结构的不同碳氢化合物的混合物。

这些通常可获得的商品燃料的使用已被局限于催化燃烧系统中，这是由于：要完全蒸发燃料的较重组分，而不通过高温分解从燃料中的较轻组分产生焦炭以及不在处于低温的催化剂起燃期间产生烟尘，是非常复杂的。

参考附图，在图1中公开了根据US-6,223,537的一种现有技术的系统。该系统包括燃烧室10，燃烧室10具有大致双层壁的罐形构造。燃烧室10包括燃烧室罐11、内衬12以及上游端14。燃烧室罐11包围内衬12，并且内衬12包围室15。燃烧室罐11和内衬12并不相互接触，而是限定了通道16，来自压缩机部段（未示出）的空气在进入室15之前流动通过通道16。在附图中所示的实施例中，内衬12通过有孔的凸缘13支撑在燃烧室罐11内。内衬12也可以被可支撑地附接到燃料喷嘴32，优选以宽松配合的方式附接以允许热膨胀。

顺序地向下游移动，燃烧室10包括预混管30、催化剂入口40以及催化剂床41。在附图中所示的实施例中，在其下游端处，内衬12与催化剂床41的上游端大致相邻，并且用于催化剂床41的支撑结构由凸缘13接合，以便与内衬12同轴对齐。催化剂床41通向涡轮机部段（未示出），所述涡轮机部段通常包括涡轮机入口和涡轮机叶轮（未示出）。在替代实施例中，催化剂床41不与内衬12同轴对齐，而是如对于给定应用而言可能是适当的那样，相对于内衬12的轴线成一定角度。