CN117703573B - 内燃机尾气催化还原综合处理系统及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内燃机尾气催化还原综合处理系统及运行方法,包括尾气再循环处理系统、尾气通道、排气总管和内燃机;尾气再循环处理系统包括准空气混合器;本发明利用内燃机做功后的大部分高温尾气与碳氢燃料混合并通过催化剂被部分催化还原为氢气和一氧化碳的再生燃料,组成混合气体,然后再与液氧气化后的低温氧气混合成为已降温的富氢准空气再循环至内燃机;多余尾气经过部分催化还原处理为氢气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的混合气体及除去水分后,利用液氧的冷能将混合尾气中的二氧化碳液化收集利用,同时未被液化的氢气和一氧化碳气体再与富氢准空气混合后循环至内燃机,可减少内燃机燃料消耗并实现内燃机闭环运行的尾气零排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机尾气处理装置,尤其是涉及一种内燃机尾气催化还原综合处理系统及运行方法。
背景技术
节能减排是内燃机最重要的目标。现有内燃机尾气治理净化措施,现有技术主要是在现有内燃机尾气排放系统中安装各种净化装置,采用物理的、化学的方法,部分减少尾气排放中的污染物;尾气再循环EGR是控制和降低排放的有效措施之一,EGR的循环率一般不超过20%,只能部分减少氮氧化合物的产生,而且需要设置中冷器给EGR降温;将内燃机EGR的循环率提高到79%,可以通过加21%纯氧实现,内燃机做功仅排放二氧化碳和水,并实现氮氧化合物零排放,但为了冷却高达79%的EGR采用的中冷器将比传统EGR中冷器体积重量大很多,不仅增加了制造维修成本,还额外增加了系统功率损耗,而且存在二氧化碳排放。二氧化碳是造成全球气候变暖的主要温室气体,但二氧化碳在工业、农业、化工等领域又具有广泛用途,还可以通过加氢生产甲醇甚至汽油等碳氢燃料,因此回收利用二氧化碳不仅可以减少温室气体排放实现碳达峰碳中和目标,还具有较高的经济价值。
已知的内燃机利用液氧进行二氧化碳捕捉固碳技术,存在的问题是对排出内燃机的全部尾气利用液氧进行二氧化碳液化处理需要消耗大量的液氧,同时将全部尾气冷却降温需要额外增加更大更重的中冷器,而且二氧化碳液化前不进行尾气除水,容易造成二氧化碳捕捉装置结冰堵塞。
现有内燃机在不同工况下,燃料燃烧有很大部分热能随尾气和冷却系统散发浪费掉了,其中尾气带走的热量约35~50%,冷却系统带走的热量约10~25%,造成传统内燃发动机的热效率不高,同时内燃发动机浪费的热量散发到大气中,导致大气热污染。目前内燃发动机散发浪费的热能利用的技术主要有涡轮增压、余热发电、余热制热和制冷等,但这些技术只利用了内燃发动机散发浪费的少部分热能。
已知将氢添加到碳氢燃料中混合燃烧,可提高混合气火焰传播速度和稀燃能力,从而提高燃烧热效率,但内燃机直接采用外供氢气,存在储存安全性和经济性的制约;燃料重整制氢是当今世界发展最为成熟的一类制氢技术,已知的内燃机的燃料重整基本上是利用尾气余热对重整器间壁式加热的蒸气重整,需要提供额外水源满足蒸气重整,而且重整后的合成气同样需要设置额外的中冷器进行冷却,同样增加了内燃机的体积重量制造维修成本及增加能耗。二氧化碳干重整技术已有广泛研究应用,但缺少在现有内燃机的研究应用。
面对日益严格的排放标准,目前现有内燃机面临被淘汰的风险,需要成本不高又简单易行的技术和装置进行改造以满足排放标准。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明提出一种内燃机尾气催化还原综合处理系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种内燃机尾气催化还原综合处理系统,包括尾气再循环处理系统、尾气通道、排气总管、进气总管和内燃机,所述内燃机连接ECU;
所述尾气再循环处理系统包括准空气混合,所述准空气混合器的进气口连接尾气通道的出气口,所述尾气通道的进气口连接排气总管的出气口,所述排气总管的进气口连接内燃机,所述准空气混合器的出气口连接进气总管进气口,所述进气总管的出气口连接内燃机;
所述尾气通道出气口处设有止回气挡板,所述尾气通道上设有第二传感器和尾气阀;所述准空气混合器上设有低温气体喷嘴、氧气喷嘴和液氧喷嘴,所述尾气阀、低温气体喷嘴、氧气喷嘴和液氧喷嘴、第二传感器分别连接ECU。
在本发明的一个较佳实施例中,所述尾气通道和所述准空气混合器之间还设有第一尾气催化还原装置,所述第一尾气催化还原装置连通尾气通道和所述准空气混合器,所述第一尾气催化还原装置内设有第一催化剂,且所述第一尾气催化还原装置上设有第一燃料喷嘴,所述第一燃料喷嘴通过第一燃料管连接催化还原燃料箱;
所述准空气混合器进气口处设有第一传感器,所述第一传感器、第一燃料喷嘴分别连接ECU。
在本发明的一个较佳实施例中,还包括尾气处理系统,所述尾气处理系统通过尾气阀连接所述尾气通道;
所述尾气处理系统包括气液分离器,所述气液分离器底端设有储水瓶,所述气液分离器通过第一连接通道与尾气阀连接,所述气液分离器还通过第二连接通道连接压缩机,所述压缩机连接ECU。
在本发明的一个较佳实施例中,所述压缩机连接间壁式热交换二氧化碳液化器,所述间壁式热交换二氧化碳液化器底端设有液化二氧化碳储罐,所述间壁式热交换二氧化碳液化器通过管道连接准空气混合器上的液氧喷嘴,所述间壁式热交换二氧化碳液化器通过液氧管连接液氧罐,所述液氧罐通过氧气管连接准空气混合器上的氧气喷嘴;所述间壁式热交换二氧化碳液化器还通过低温气体管道连接准空气混合器上的低温气体喷嘴,且所述低温气体管道上还设有安全阀。
在本发明的一个较佳实施例中,所述压缩机连接混合式热交换二氧化碳液化器,所述混合式热交换二氧化碳液化器通过低温气体管道连接准空气混合器上的低温气体喷嘴,且所述低温气体管道上还设有安全阀;所述混合式热交换二氧化碳液化器上还设有第四传感器,所述第四传感器连接ECU。
在本发明的一个较佳实施例中,所述尾气处理系统还包括第二尾气催化还原装置,所述第二尾气催化还原装置设置在尾气阀和所述第一连接通道之间,所述第二尾气催化还原装置内设有第二催化剂,所述第二尾气催化还原装置上设有第三传感器,且所述第二尾气催化还原装置上设有第二燃料喷嘴,所述第二燃料喷嘴通过第二燃料管连接催化还原燃料箱,所述第二燃料喷嘴、第三传感器分别连接ECU。
在本发明的一个较佳实施例中,所述尾气阀连接排气管,所述氧气喷嘴通过氧气管连接液氧罐,所述液氧罐连接液氧喷嘴。
在本发明的一个较佳实施例中,现有内燃机通过进气总管、第一可控三通阀、淮空气混合器连接所述内燃机尾气催化还原综合处理系统;现有内燃机还通过排气总管、第二可控三通阀、尾气通道连接所述内燃机尾气催化还原综合处理系统。
在本发明的一个较佳实施例中,所述第一催化剂为蒸气重整催化剂或干重整催化剂或双重整复合、组合催化剂。
在本发明的一个较佳实施例中,所述第二催化剂为蒸气重整催化剂或干重整催化剂或双重整复合、组合催化剂。
本发明还公开了一种内燃机尾气催化还原综合处理系统及运行方法,内燃机做功后的由二氧化碳和水蒸气组成的高温尾气由排气总管进入尾气通道,其中大部分高温尾气由尾气通道再循环进入第一尾气催化还原装置中,ECU根据第一传感器和第二传感器检测的信息,控制第一燃料喷嘴将适量碳氢燃料喷入第一尾气催化还原装置内与大部分高温尾气混合,并在通过第一催化剂时,被部分催化还原为氢气和一氧化碳的再生燃料,组成氢气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的混合气体后进入准空气混合器内,同时由ECU控制所述氧气喷嘴将液氧罐中的低温氧气、或控制所述液氧喷嘴将所述液氧罐中的液氧,喷入准空气混合器中与混合气体混合成为已降温的富氢准空气;
当进入尾气通道内的尾气压力超过尾气阀设定的泄压值时,多余尾气经由尾气阀排入第二尾气催化还原装置,ECU根据第三传感器检测的信息,控制第二燃料喷嘴将适量碳氢燃料喷入所述第二尾气催化还原装置内与多余尾气混合,混合气体在通过第二催化剂时被部分催化还原为氢气和一氧化碳的再生燃料,组成氢气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的混合气体后进入气液分离器内,混合气体中的水蒸气被液化后流入储水瓶;除去水分的混合气体再通过第二连接通道由压缩机压入间壁式热交换二氧化碳液化器或混合式热交换二氧化碳液化器中,混合气体中的二氧化碳受压力和液氧的冷能双重作用被液化并储存至液化二氧化碳储罐或被液化至干冰沉入所述混合式热交换二氧化碳液化器底部中,间壁式热交换二氧化碳液化器中未被液化的氢气和一氧化碳低温气体通过低温气体管道,由ECU控制低温气体喷嘴喷入准空气混合器内与富氢准空气混合;或所述混合式热交换二氧化碳液化器中未被液化的氧气、氢气和一氧化碳低温气体通过所述低温气体管道,由所述ECU控制所述低温气体喷嘴喷入所述准空气混合器内,与所述准空气混合器内的所述混合气体混合成为富氢准空气;混合后的富氢准空气通过进气总管再循环至内燃机内。
本发明的有益效果是:
1、充分利用了尾气的余热,尾气经部分催化还原生成的一氧化碳和氢气合成气相当于再生燃料,可节约燃料并有助于提高热效率;
2、尾气经强吸热的催化还原后的混合气体温度大幅度下降,再利用液氧的冷能混合热交换进一步降低温度,从不需要额外设置中冷器;
3、液氧热交换气化膨胀提高了内燃机进气通道的气压,将内燃机的吸气负压消耗功率变为进气正压做功,不仅不需要额外设置增压器系统,还有助于提高内燃机功率;
4、大部分尾气再循环条件下,大部分尾气反复再燃烧有助于大幅降低残留的一氧化碳、碳氢化合物和细微颗粒物,可节省燃料并提高热效率;
5、在尾气催化还原综合处理系统运行模式下,大部分尾气再循环催化还原以及多余尾气催化还原后再利用液氧的冷能将二氧化碳液化回收利用,未液化的低温气体的再循环组成内燃机的闭环运行,可实现尾气零排放;
6、由于采用独立的尾气催化还原综合处理系统通过第一可控进气三通阀和第二可控排气三通阀接入现有内燃机,可以快速切换现有内燃机常规运行模式或尾气催化还原综合处理系统运行模式,满足现有内燃机尤其是车载等移动式现有内燃机在不同环境需求下的运行。
附图说明
图1为本发明内燃机尾气催化还原综合处理系统示意图;
图2为本发明实施方式1结构示意图;
图3为本发明实施方式2结构示意图;
图4为本发明大部分尾气催化还原装置催化剂多级组合排列示意图;
图5为本发明多余尾气催化还原装置催化剂多级组合排列示意图;
图6为本发明实施方式3结构示意图;
图7为本发明实施方式4结构示意图;
图8为本发明实施方式5结构示意图;
图9为本发明实施方式6结构示意图;
图10为本发明实施方式7结构示意图;
图11为本发明实施方式8结构示意图;
图12为本发明实施方式9结构示意图;
图13为本发明实施方式10结构示意图;
图14为本发明实施方式11结构示意图;
图15为本发明实施方式12结构示意图;
图16为本发明实施方式13尾气催化还原综合处理系统接入现有内燃机示意图;
图中:1内燃机、2ECU、3储水瓶、4间壁式热交换二氧化碳液化器、5液化二氧化碳储罐、6尾气处理系统、7安全阀、8气液分离器、9第二尾气催化还原装置、10尾气阀、11尾气通道、12排气总管、13止回气挡板、14第一尾气催化还原装置、15尾气再循环处理系统、16进气总管、17准空气混合器、18低温气体喷嘴、19氧气喷嘴、20液氧喷嘴、21第一传感器、22第一催化剂、23催化还原燃料箱、24第一燃料管、25第一燃料喷嘴、26第二传感器、27第二燃料管、28第二燃料喷嘴、29第二催化剂、30第三传感器、31第一连接通道、32第二连接通道、33压缩机、34液氧管、35液氧罐、36氧气管、37低温气体管道、38混合式热交换二氧化碳液化器、39第四传感器、40排气管、41第一可控三通阀、42第二可控三通阀。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
实施例1:
如图1、图2、图4、图5所示的内燃机尾气催化还原综合处理系统,包括内燃机1、尾气再循环处理系统15、尾气处理系统6、尾气阀10、催化还原燃料箱23、第一燃料管24、第二燃料管27、进气总管16、排气总管12、液氧管34、氧气管36、低温气体管道37,内燃机1分别通过进气总管16和排气总管12与尾气再循环处理系统15连接,尾气处理系统6分别通过尾气阀10和液氧管34、氧气管36、低温气体管道37与尾气再循环处理系统15连接,催化还原燃料箱23通过第一燃料管24与尾气再循环处理系统15连接,通过第二燃料管27与尾气处理系统6连接。
尾气再循环处理系统15,包括尾气通道11、止回气挡板13、第一尾气催化还原装置14、准空气混合器17、低温气体喷嘴18、氧气喷嘴19、液氧喷嘴20、第一传感器21、第二传感器26,尾气通道11进气口与排气总管12连通,尾气通道11出气口安装有止回气挡板13,且尾气通道11出气口与第一尾气催化还原装置14连通,第一尾气催化还原装置14混合气体出口与准空气混合器17进气口连通,准空气混合器17出气口与所述进气总管16连通,低温气体喷嘴18、氧气喷嘴19、液氧喷嘴20和第一传感器21安装在准空气混合器17内,第二传感器26安装在尾气通道11内,尾气阀10进气口与尾气通道11连通。
第一尾气催化还原装置14内设置有第一催化剂22、第一燃料喷嘴25,第一燃料喷嘴25安装在第一尾气催化还原装置14内且靠近尾气通道11处,且第一燃料喷嘴25通过第一燃料管24与催化还原燃料箱23连接;第一催化剂22由至少一种或多种催化剂排列组合组成,并安装在第一尾气催化还原装置14内中间靠近混合气体出口处。
尾气处理系统6,包括第二尾气催化还原装置9、储水瓶3、安全阀7、气液分离器8、第一连接通道31、第二连接通道32、压缩机33,尾气阀10出气口与第二尾气催化还原装置9入气口连通,第二尾气催化还原装置9混合气体出口通过第一连接通道31与气液分离器8进气口连通;气液分离器8出气口与第二连接通道32进气口连通,储水瓶3与所述气液分离器8底部出水口连通;压缩机33安装在所述第二连接通道32中间。
尾气处理系统6还包括间壁式热交换二氧化碳液化器4、液化二氧化碳储罐5、液氧罐35,第二连接通道32出气口与间壁式热交换二氧化碳液化器4进气口连通,间壁式热交换二氧化碳液化器4出气口通过低温气体管道37与低温气体喷嘴18连接;安全阀7安装在低温气体管道37适当位置;液氧罐35通过液氧管34连接间壁式热交换二氧化碳液化器4,且间壁式热交换二氧化碳液化器4后与液氧喷嘴20连接,间壁式热交换二氧化碳液化器4还通过所述氧气管36与所述氧气喷嘴19连接;液化二氧化碳储罐5与间壁式热交换二氧化碳液化器4底部出液口连通;
第二尾气催化还原装置9内设置有第二燃料喷嘴28、第二催化剂29、第三传感器30,第二燃料喷嘴28安装在第二尾气催化还原装置9内靠近尾气入口处,且第二燃料喷嘴28通过第二燃料管27与催化还原燃料箱23连接;第三传感器30安装在第二尾气催化还原装置9内靠近混合气体出口处,第二催化剂29由至少一种或多种催化剂排列组合组成,并安装在第二尾气催化还原装置9内中间靠近混合气体出口处。
本申请中的第一催化剂22和第二催化剂29均可选择蒸气重整催化剂或干重整催化剂或双重整复合和组合催化剂,其结构优选多孔合金或颗粒合金或丝绒合金。
本申请中的内燃机尾气催化还原综合处理系统,设置有ECU2,ECU2通过线路连接并控制尾气阀10、低温气体喷嘴18、氧气喷嘴19、液氧喷嘴20、第一传感器21、第一燃料喷嘴25、第二传感器26、第二燃料喷嘴28、第三传感器30、压缩机33,并接入内燃机1。
本申请的内燃机尾气催化还原综合处理系统运行方法:内燃机1燃烧做功后的由二氧化碳和水蒸气组成的高温尾气由排气总管12进入尾气通道11,其中大部分高温尾气由尾气通道11再循环进入第一尾气催化还原装置14中,ECU2根据第一传感器21和第二传感器26检测的信息,控制第一燃料喷嘴25将适量碳氢燃料喷入第一尾气催化还原装置14内与大部分高温尾气混合,并在混合气体通过第一催化剂22时,被部分催化还原为氢气和一氧化碳的再生燃料,组成氢气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的混合气体后进入准空气混合器17内,同时由ECU2控制氧气喷嘴19将液氧罐35中的低温氧气、或控制所述液氧喷嘴20将液氧罐35中的液氧,喷入准空气混合器17中与混合气体混合成为已降温的富氢准空气;
当进入尾气通道11内的尾气压力超过尾气阀10设定的泄压值时,多余尾气经由尾气阀10排入第二尾气催化还原装置9,ECU2根据第三传感器30检测的信息,控制第二燃料喷嘴28将适量碳氢燃料喷入所述第二尾气催化还原装置9内与多余尾气混合,混合气体在通过第二催化剂29时被部分催化还原为氢气和一氧化碳的再生燃料,组成氢气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的混合气体后进入气液分离器8内,混合气体中的水蒸气被液化后流入储水瓶3;除去水分的混合气体再通过第二连接通道32由压缩机33压入间壁式热交换二氧化碳液化器4中,混合气体中的二氧化碳受压力和液氧的冷能双重作用被液化并储存至液化二氧化碳储罐5中,间壁式热交换二氧化碳液化器4中未被液化的氢气和一氧化碳低温气体通过低温气体管道37,由ECU2控制低温气体喷嘴18喷入准空气混合器17内与富氢准空气混合;混合后的富氢准空气通过进气总管16再循环至内燃机1内。
本申请的内燃机尾气催化还原综合处理系统为闭环运行,内燃机1可实现尾气零排放。
由于没有外部空气加入,内燃机1采用大约79%的尾气加21%左右氧气形成的准空气,并添加燃料燃烧做功后的高温尾气主要由二氧化碳气体和水蒸气组成,准空气与正常空气相比,准空气中的二氧化碳和水蒸气取代了正常空气中的氮气,只要控制喷氧量使准空气保持约21%左右的氧气含量,就可以使内燃机1无障碍的将准空气当做正常空气使用。调节喷氧量可调节富氢准空气的含氧浓度,以满足所述内燃机1诸如稀薄燃烧、富氧燃烧等各种燃烧模式。内燃机1常规工作循环在此不再赘述。
当内燃机1启动时,先将尾气阀10泄压压力值调为内燃机1排气压力以下,由ECU2控制氧气喷嘴19将液氧罐35中的过量氧气喷入准空气混合器17,向内燃机1提供富氧准空气,以使内燃机1快速启动,当尾气的温度达到一定值时,由ECU2控制氧气喷嘴19停止或减少喷氧气,同时逐步提高尾气阀10泄压压力值,改由ECU2控制液氧喷嘴20喷液氧保持所述内燃机1正常运行。启动初期第一、第二尾气催化还原装置不工作,直至尾气的温度达到催化剂工作所需温度范围。
高温尾气在第一、第二尾气催化还原装置中与适量碳氢燃料混合,混合后的气体在不同温度梯度和不同催化剂作用下,二氧化碳和水蒸气与碳氢燃料被部分催化还原为一氧化碳气体和氢气,其主要反应为:
CnH(2n+2)+nH2O—→nCO+(2n+1)H2(蒸气重整);
CnH(2n+2)+nCO2—→2nCO+(n+1)H2(干重整);
2CnH(2n+2)+nCO2+nH2O—→3nCO+(3n+2)H2(双重整反应);
碳氢燃料部分氧化的反应为:2CnH(2n+2)+nO2—→2nCO+(2n+2)H2;
比较碳氢燃料部分催化还原的一氧化碳气体和氢气:3nCO+(3n+2)H2和碳氢燃料部分氧化生成的一氧化碳气体和氢气:2nCO+(2n+2)H2,多出的一氧化碳气体和氢气nCO+nH2均为可燃气体,因此可视为再生燃料。蒸气重整的产氢量是干重整的产氢量一倍多,而蒸气重整的一氧化碳产出量仅为干重整的一氧化碳产出量的一半。
双重整复合催化剂在恒温恒压理想条件下,以及催化还原转换率和选择性均为100%理想情况下,设定再生燃料再生率=再生燃料质量/碳氢燃料质量X100%,再生燃料再生率可达到参与反应的碳氢燃料约33%。由于内燃机很难在理想工况下运行,在其各个冲程的不同阶段,尾气的压力波动极大,内燃机不同工况运行的温度波动也很大,再加上催化还原反应的副反应多,因此内燃机做功后的尾气与碳氢燃料混合后通过催化剂,其尾气催化还原很难达到理想状态。
影响再生燃料再生率的主要因素是温度、压力、碳氢燃料、催化剂以及催化剂结构,由于内燃机尾气的温度受内燃机工况影响难以精准控制、而提高尾气压力又受内燃机尾气背压的限制,除了选择合适的碳氢燃料,提高内燃机再生燃料再生率的最佳方法之一是选择合适的催化剂。
已知的催化剂种类繁多,针对水蒸气-碳氢燃料蒸气重整和二氧化碳-碳氢燃料干重整还原为一氧化碳气体和氢气,可采用不同的有针对性的催化剂。对于不同类型的内燃机,根据其使用的燃料、使用环境、成本控制等要求,以及催化剂的活性、热稳定性、抗积碳性、温度适应范围等条件,可仅对水蒸气-碳氢燃料蒸气重整或二氧化碳-碳氢燃料干重整采用单一催化剂进行催化还原,也可采用组合或混合催化剂同时进行水蒸气-碳氢燃料蒸气重整和二氧化碳-碳氢燃料干重整的双重整催化还原为一氧化碳气体和氢气。
由于不同的催化剂还原催化所需的温度范围不同,如图4所示可将适应不同温度的催化剂按适应温度高低从高温催化剂到低温催化剂沿所述大部分第一尾气催化还原装置14的大部分尾气入口到混合气体出口多级组合从(1)(2)(3)(4)····(n)排列在所述大部分第一尾气催化还原装置14中,如图5所示将适应不同温度的催化剂按适应温度高低从高温催化剂到低温催化剂沿所述第二尾气催化还原装置9的多余尾气入口到混合气体出口多级组合(1)(2)(3)(4)····(n)排列在第二尾气催化还原装置9中,可增强催化还原效果,并且充分利用尾气余热,尽可能多的将高温尾气中的水蒸气和二氧化碳催化还原为一氧化碳气体和氢气,从而节省燃料降低碳排放并提高热效率。
富氢准空气已经含有可燃氢气和一氧化碳再生燃料,进入内燃机1参与燃烧做功,可相应减少内燃机1每一工作循环所需碳氢燃料;由于新添加的氧气和碳氢燃料完全氧化反应生成的二氧化碳和水蒸气即为增尾气:2CnH(2n+2)+(3n+1)O2—→2nCO2+(2n+2)H2O;
在没有催化还原的状态下,新增尾气即为多余尾气;双重整反应中参与反应的二氧化碳和水蒸气为:nCO2+nH2O,与碳氢燃料完全氧化反应相比,不参与反应的二氧化碳和水蒸气为:nCO2+(n+2)H2O。当双重整复合催化剂反应全部在第一尾气催化还原装置14中进行时,不参加反应的二氧化碳和水蒸气nCO2+(n+2)H2O,可视为多余尾气。在完全催化还原反应状态下,多余尾气仅为新增尾气的一半多一点。
当采用单一的蒸气重整催化还原时,将减少尾气中水蒸气的量;而采用单一的干重整催化还原时,则减少了尾气中二氧化碳的量。为了提高产氢量,可尽量选择采用蒸气重整;而为了减少碳排放,则尽可能选择采用干重整。
特别是尾气中二氧化碳量的减少,有利于减少处理二氧化碳液化的压缩机33的能耗以及降低液氧的冷能消耗,若能将尾气中的二氧化碳全部转换成为氢气和一氧化碳再生燃料,则尾气处理系统6可以大幅简化,可取消压缩机33、间壁式热交换二氧化碳液化器4和混合式热交换二氧化碳液化器38等装置;若能将尾气中的水蒸气全部转换为氢气和一氧化碳再生燃料,则可取消气液分离器8。
尾气中的水蒸气约占30%,由于含水量足够,因此蒸气重整催化还原过程不需要提供额外水源。
催化还原燃料箱23可以共用内燃机1的自备燃料箱,也可独立设置催化还原燃料箱,即双燃料供应系统;在采用独立催化还原燃料箱时,碳氢燃料可选择不同于内燃机1的燃料,可优选有利于提高催化还原效果的碳氢燃料。
喷入适量的碳氢燃料的目的主要是保证所述的适量碳氢燃料能全部参与催化还原,以免多余的碳氢燃料堵塞催化剂,使催化剂活性降低或失效。
传感器数量和安装位置根据系统需要设置。安全阀7可以根据需要设置在系统适当位置。
在大部分尾气再循环条件下,大部分尾气反复再燃烧有助于大幅降低残留的一氧化碳、碳氢化合物和细微颗粒物,可节省燃料并提高热效率。
蒸气重整和干重整催化还原反应属于强吸热反应,从第一尾气催化还原装置出来的混合气体的温度已经大幅度降低,而在准空气混合器17内液氧气化与混合气体热交换,可以进一步降低富氢准空气的温度从而不需要额外设置中冷器;同时液氧与所述混合气体热交换瞬间气化膨胀增压,可提高准空气混合器17内的富氢准空气气压,而且由氧气喷嘴19或低温气体喷嘴18喷入准空气混合器17中的气体均为高压低温气体,相应提高了内燃机1的进气口气压,不仅可以增加内燃机1功率,而且不需要额外设置增压器系统。由于催化还原的强吸热反应,在特定条件下,可用高压氧气替代液氧在所述准空气混合器17内与所述混合气体混合成为富氢准空气,而不需要额外设置中冷器。
为了防止第一尾气催化还原装置14和准空气混合器17内的气体回流到所述尾气通道11,至少采用一组或多组所述止回气挡板13。
对于移动式所述内燃机1,液氧罐35可采用固定式液氧罐灌注液氧提供液氧源,也可采用快速更换式液氧罐提供液氧源;可设置至少两组液氧罐,当第一组液氧罐内液氧即将耗尽时自动转换至第二组液氧罐,以保证所述内燃机1连续运行;在至少一组仍在正常使用时,可随时更换液氧已经耗尽的所述液氧罐,而不影响所述内燃机1正常运行。
液化二氧化碳储罐5可采用固定式储罐用机外方式将液化二氧化碳储罐5内的液化二氧化碳抽排出;也可采用更换储罐式快速更换所述液化二氧化碳储罐5,尤其是所述液化二氧化碳储罐5内的液化二氧化碳已经变成固体干冰的情况下。
内燃机1可以是单缸或多缸内燃机,可以是往复式内燃机或旋转式内燃机,可以是四冲程内燃机或二冲程内燃机。
对于四冲程内燃机,将四冲程内燃机的吸气行程的负压吸气,变为具有一定压力的所述准空气或富氢准空气压入气缸,使吸气负压消耗功率变为进气正压做功,可增加所述四冲程内燃机功率。而二冲程内燃机可取消扫气泵,其扫气功能由具有一定压力的准空气或富氢准空气取代。
通常设定尾气阀10的泄压压力值略高于内燃机1排气阀门的排气压力值,燃烧做功后的尾气排入尾气通道11势必提高尾气通道11内的尾气压力,当此压力大于尾气阀10设定的泄压值,多余尾气便会自动从尾气阀10排入尾气处理系统6,从而使内燃机1正常运转。内燃机1正常运转时,尾气通道11内的压力基本保持在尾气阀10设定的泄压值,泄压值可由ECU2在一定范围内控制尾气阀10进行调节,以适应所述内燃机1的不同工况要求。
为了提高催化还原时一氧化碳和氢气的转换率和选择性,可适当提高尾气阀10的泄压压力值,以保证第一尾气催化还原装置14内的工作压力。
可用常规EGR阀取代尾气阀10,EGR阀与尾气通道11连通,EGR阀的EGR出口与尾气处理系统6连接,EGR出气口即为多余尾气出口,内燃机1燃烧做功后的高温尾气由排气总管12排入尾气通道11,其中大于79%的尾气由尾气通道11进入第一尾气催化还原装置14内进行催化还原处理,小于21%的多余尾气由常规EGR阀控制排入多余尾气处理系统6进行处理。
压缩机33的进气口压力基本等同于尾气阀10出气口压力,由压缩机33压入间壁式热交换二氧化碳液化器4内压力最大值由安全阀7限定,因此压缩机33的工作压力低于安全阀7限定的压力值,提高压缩机33的工作压力可加速二氧化碳的液化速度并减少液氧的冷能消耗;设置压缩机33不仅是为了液化二氧化碳提供所需的压力,还是使未液化的低温气体的压力始终大于准空气混合器17内的混合气体压力。
当内燃机尾气催化还原综合处理系统温度没有达到催化剂的工作温度范围或催化剂失活或将催化剂从催化还原装置中取出或系统简化不装配催化剂时,本申请的内燃机尾气催化还原综合处理系统仍可正常运行,只是准空气混合器17内生成的不是富氢准空气,而是含氧21%左右其余为二氧化碳和水蒸气组成的准空气。
尾气催化还原装置两端可以设置为法兰固定连接,也可设置外卡扣式接头以便快速更换催化剂。
实施方式2
如图3所示内燃机尾气催化还原综合处理系统,与实施方式1不同的是,本实施例中去掉了第二尾气催化还原装置9和第二燃料管27,泄压阀10出气口直接与第一连接通道31进气口连通;由二氧化碳和水蒸气组成的多余尾气经由尾气阀10通过第一连接通道31直接排入气液分离器8,多余尾气中的水蒸气被液化后流入储水瓶3;除去水分的主要含二氧化碳的多余尾气再通过第二连接通道32由压缩机33压入所述间壁式热交换二氧化碳液化器4中,多余尾气中的二氧化碳受压力和液氧的冷能双重作用被液化并储存至液化二氧化碳储罐5中,间壁式热交换二氧化碳液化器4中未被液化的极微量残余低温气体通过低温气体管道37,由ECU2控制低温气体喷嘴18喷入准空气混合器17内与富氢准空气混合,富氢准空气通过进气总管16再循环至所述内燃机1,内燃机1可实现尾气零排放。
此功能可在实施方式1中通过关闭第二燃料喷嘴28,停止向第二尾气催化还原装置9内喷碳氢燃料实现。
实施方式3
如图6所示内燃机尾气催化还原综合处理系统,与实施方式1不同的是,本实施例中去掉了间壁式热交换二氧化碳液化器4、液化二氧化碳储罐5、液氧管34、液氧罐35、氧气管36、氧气喷嘴19、液氧喷嘴20,同时设置有混合式热交换二氧化碳液化器38、第四传感器39,第二连接通道32出气口与混合式热交换二氧化碳液化器38进气口连通,混合式热交换二氧化碳液化器38出气口与低温气体管道37进气口连通;第四传感器39安装在所氧干冰转换器38适当位置;将液氧罐和液化二氧化碳储罐合二为一,可省去单独设置液化二氧化碳储罐和液氧罐,从而减小系统占用体积和重量并简化系统结构;
内燃机1燃烧做功后的由二氧化碳和水蒸气组成的高温尾气由排气总管12进入尾气通道11,其中大部分高温尾气由尾气通道11再循环进入第一尾气催化还原装置14中,ECU2根据所第一传感器21和第二传感器26检测的信息,控制第一燃料喷嘴25将适量碳氢燃料喷入第一尾气催化还原装置14内与大部分高温尾气混合,并在混合气体通过第一催化剂22时,被部分催化还原为氢气和一氧化碳的再生燃料,组成氢气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的混合气体后进入准空气混合器17内;
多余尾气经由第二尾气催化还原装置9催化还原后组成的氢气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气混合气体后进入所述气液分离器8内,混合气体中的水蒸气被液化后流入储水瓶3;除去水分的混合气体通过第二连接通道32由压缩机33压入所述混合式热交换二氧化碳液化器38中,混合气体中的二氧化碳受压力和液氧的冷能双重作用被液化,液化的二氧化碳滴入混合式热交换二氧化碳液化器38内的液氧中被转换成干冰沉入混合式热交换二氧化碳液化器38底部;混合式热交换二氧化碳液化器38内的液氧与液态二氧化碳热交换不断气化形成的低温氧气与未被液化的氢气和一氧化碳低温气体混合后,通过低温气体管道37由ECU2控制低温气体喷嘴18喷入所述准空气混合器17内,与准空气混合器17内的混合气体混合成为富氢准空气;富氢准空气通过进气总管16再循环至所述内燃机1,内燃机1可实现尾气零排放。
当第四传感器39检测到混合式热交换二氧化碳液化器38内氧气浓度降低和温度升高时,意味着混合式热交换二氧化碳液化器38内液氧即将耗尽,需尽快更换所述混合式热交换二氧化碳液化器38。可设置至少两组混合式热交换二氧化碳液化器,当第一组混合式热交换二氧化碳液化器内液氧即将耗尽时自动转换至第二组混合式热交换二氧化碳液化器,以保证所述内燃机1连续运行;在至少一组仍在正常使用时,可随时更换液氧已经耗尽的所述混合式热交换二氧化碳液化器组,而不影响所述内燃机1正常运行。
实施方式4
如图7所示内燃机尾气催化还原综合处理系统,与实施方式3不同的是,本实施例中去掉了第二尾气催化还原装置9、第二燃料管27,本实施例中的尾气阀10出气口直接与第一连接通道31进气口连通;
由二氧化碳和水蒸气组成的多余尾气经由尾气阀10通过第一连接通道31直接排入气液分离器8,多余尾气中的水蒸气被液化后流入储水瓶3;除去水分的主要含二氧化碳的多余尾气再通过第二连接通道32由压缩机33压入所述混合式热交换二氧化碳液化器38中,多余尾气中的二氧化碳受压力和液氧的冷能双重作用被液化,液化的二氧化碳滴入所述混合式热交换二氧化碳液化器38内的液氧中,被转换成干冰沉入所述混合式热交换二氧化碳液化器38底部;混合式热交换二氧化碳液化器38内的液氧与所述液态二氧化碳热交换,不断气化形成的低温氧气与未被液化的极微量残余低温气体混合后,通过低温气体管道37由ECU2控制低温气体喷嘴18喷入准空气混合器17内,与准空气混合器17内的所述混合气体混合成为所述富氢准空气;所述富氢准空气通过所述进气总管16再循环至所述内燃机1,内燃机1可实现尾气零排放。
此功能可在实施方式3中通过关闭第二燃料喷嘴28,停止向第二尾气催化还原装置9内喷碳氢燃料实现。
实施方式5
如图8所示内燃机尾气催化还原综合处理系统,与实施方式1不同的是,本实施例去掉了所述第一尾气催化还原装置14、第一燃料管24,尾气通道11出气口安装有止回气挡板13并直接与所述准空气混合器17进气口连通;
内燃机1燃烧做功后的由二氧化碳和水蒸气组成的高温尾气由排气总管12进入尾气通道11,其中大部分尾气由尾气通道11再循环直接进入准空气混合器17内,同时由ECU2控制所述氧气喷嘴19将液氧罐35中的低温氧气、或控制所述液氧喷嘴20将所述液氧罐35中的液氧喷入准空气混合器17中,与大部分尾气混合成为已降温的含氧量约21%左右的准空气;多余尾气经尾气处理系统6催化还原处理后,间壁式热交换二氧化碳液化器4中未被液化的氢气和一氧化碳的低温气体,通过低温气体管道37由ECU2控制低温气体喷嘴18喷入准空气混合器17内,与准空气混合器17内的准空气混合成为富氢准空气;富氢准空气通过进气总管16再循环至所述内燃机1,内燃机1可实现尾气零排放。
此功能可在实施方式1中通过关闭所述第一燃料喷嘴25,停止向第一尾气催化还原装置14内喷碳氢燃料实现。
实施方式6
如图9所示内燃机尾气催化还原综合处理系统,与实施方式3不同的是,本实施例去掉了第一尾气催化还原装置14、第一燃料管24,本实施例中尾气通道11出气口安装有止回气挡板13并直接与准空气混合器17进气口连通;
内燃机1燃烧做功后的由二氧化碳和水蒸气组成的高温尾气由排气总管12进入尾气通道11,其中大部分尾气由尾气通道11再循环直接进入准空气混合器17内;多余尾气经尾气处理系统6处理后,混合式热交换二氧化碳液化器38中未被液化的氢气、一氧化碳与液氧气化后的氧气混合的低温气体,通过低温气体管道37由ECU2控制低温气体喷嘴18喷入所述准空气混合器17内,与准空气混合器17内的大部分尾气混合成为已降温的富氢准空气;富氢准空气通过进气总管16再循环至所述内燃机1,内燃机1可实现尾气零排放。
此功能可在实施方式3中通过关闭所述燃料喷嘴25,停止向第一尾气催化还原装置14内喷碳氢燃料实现。
实施方式7
如图10所示内燃机尾气催化还原综合处理系统,与实施方式2不同的是,本实施例去掉了所述低温气体喷嘴18、低温气体管道37,本实施例中安全阀7安装在间壁式热交换二氧化碳液化器4出气口;
内燃机1燃烧做功后的由二氧化碳和水蒸气组成的高温尾气由所述排气总管12进入尾气通道11,其中大部分高温尾气由尾气通道11再循环进入第一尾气催化还原装置14中,ECU2根据第一传感器21和第二传感器26检测的信息,控制第一燃料喷嘴25将适量碳氢燃料喷入第一尾气催化还原装置14内与大部分高温尾气混合,混合气体在通过第一催化剂22时,被部分催化还原为氢气和一氧化碳的再生燃料,组成氢气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的混合气体后进入准空气混合器17内,同时由ECU2控制氧气喷嘴19将液氧罐35中的低温氧气、或控制液氧喷嘴20将液氧罐35中的液氧,喷入准空气混合器17中与混合气体混合成为已降温的富氢准空气;富氢准空气通过进气总管16再循环至所述内燃机1;
由二氧化碳和水蒸气组成的多余尾气经由尾气阀10通过第一连接通道31直接排入气液分离器8,多余尾气中的水蒸气被液化后流入储水瓶3;除去水分的主要含二氧化碳的多余尾气再通过第二连接通道32由压缩机33压入间壁式热交换二氧化碳液化器4中,多余尾气中的二氧化碳受压力和液氧的冷能双重作用被液化并储存至所述液化二氧化碳储罐5中,间壁式热交换二氧化碳液化器4中未被液化的极微量残余低温气体的压力超过安全阀7设定的压力值时,通过安全阀7直接排入大气,内燃机1可实现尾气近零排放。
实施方式8
如图11所示内燃机尾气催化还原综合处理系统,与实施方式7不同的是,本实施例中去掉了所述尾气处理系统6,保留了液氧罐35,本实施例中设置有排气管40,排气管40内有净化处理装置,液氧罐35通过氧气管36与氧气喷嘴19连接、通过液氧管34与液氧喷嘴20连接,排气管40与尾气阀10出气口连通;
多余尾气通过尾气阀10排入排气管40,经排气管40的净化处理装置处理后排入大气;由于大部分尾气经催化还原后再循环,在多余尾气不继续进行处理的情况下,多余尾气直接排放量仅为现有内燃机的尾气排放量1/5左右,而且是零氮排放;在催化还原完全理想状态下,且多余尾气继续进行处理的情况下,多余尾气排放量可减少到现有内燃机排放量仅1/9;
在多余尾气排入大气的情况下,第一尾气催化还原装置14可采用单一的干重整催化剂,仅对二氧化碳进行催化还原,以利于减少多余尾气中的二氧化碳排放。
本实施例中的内燃机1可实现尾气零氮低排放。
实施方式9
如图12所示内燃机尾气催化还原综合处理系统,与实施方式1不同的是,本去掉了所述第一尾气催化还原装置14、第一燃料管24、第二尾气催化还原装置9、第二燃料管27、催化还原燃料箱23;本实施例中的尾气通道11出气口安装有止回气挡板13,且尾气通道11直接与准空气混合器17进气口连通;尾气泄压阀10出气口直接与第一连接通道31进气口连通;
其运行方法与实施方式1不同的是:内燃机1燃烧做功后的由二氧化碳和水蒸气组成的高温尾气由所述排气总管12进入尾气通道11,其中大部分尾气由尾气通道11再循环直接进入准空气混合器17内,同时由ECU2控制所述氧气喷嘴19将液氧罐35中的低温氧气、或控制所述液氧喷嘴20将液氧罐35中的液氧喷入所述准空气混合器17中,与大部分尾气混合成为已降温的含氧量约21%左右的准空气;
由二氧化碳和水蒸气组成的多余尾气经由尾气阀10通过第一连接通道31直接排入气液分离器8,多余尾气中的水蒸气被液化后流入储水瓶3;除去水分的主要含二氧化碳的多余尾气再通过第二连接通道32由压缩机33压入间壁式热交换二氧化碳液化器4中,多余尾气中的二氧化碳受压力和液氧的冷能双重作用被液化并储存至所述液化二氧化碳储罐5中,间壁式热交换二氧化碳液化器4中未被液化的极微量残余低温气体通过所述低温气体管道37,由ECU2控制所述低温气体喷嘴18喷入准空气混合器17内与准空气混合后,通过进气总管16再循环至所述内燃机1,本实施例中的内燃机1可实现尾气零排放。
此功能可在实施方式1中通过关闭第一燃料喷嘴25,停止向第一尾气催化还原装置14内喷碳氢燃料;同时通过关闭第二燃料喷嘴28,停止向第二尾气催化还原装置9内喷碳氢燃料实现。此功能还可在催化剂失效或催化剂从催化还原装置中取出后运行实现。
实施方式10
如图13所示内燃机尾气催化还原综合处理系统,与实施方式3不同的是,本实施例中去掉了所述第一尾气催化还原装置14、第一燃料管24、第二尾气催化还原装置9、第二燃料管27、催化还原燃料箱23;本实施例中尾气通道11出气口安装有止回气挡板13,切尾气通道11直接与准空气混合器17进气口连通;泄压阀10出气口直接与第一连接通道31进气口连通;
其运行方法与实施方式3不同的是:内燃机1燃烧做功后的由二氧化碳和水蒸气组成的高温尾气由所述排气总管12进入尾气通道11,其中大部分尾气由尾气通道11再循环直接进入准空气混合器17内;
由二氧化碳和水蒸气组成的多余尾气经由尾气阀10通过第一连接通道31直接排入气液分离器8,多余尾气中的水蒸气被液化后流入储水瓶3;除去水分的主要含二氧化碳的多余尾气再通过第二连接通道32由压缩机33压入混合式热交换二氧化碳液化器38中,多余尾气中的二氧化碳受压力和液氧的冷能双重作用被液化,液化的二氧化碳滴入所述混合式热交换二氧化碳液化器38内的液氧中,被转换成干冰沉入所述混合式热交换二氧化碳液化器38底部;混合式热交换二氧化碳液化器38内的液氧与所述液态二氧化碳热交换,不断气化形成的低温氧气与未被液化的极微量残余低温气体混合后,通过低温气体管道37由ECU2控制低温气体喷嘴18喷入准空气混合器17内,与准空气混合器17内的大部分尾气混合成为已降温的含氧量约21%左右的准空气后,通过进气总管16再循环至所述内燃机1,本实施例中的内燃机1可实现尾气零排放。
此功能可在实施方式3中通过关闭所述第一燃料喷嘴25,停止向第一尾气催化还原装置14内喷碳氢燃料,同时通过关闭第二燃料喷嘴28,停止向第二尾气催化还原装置9内喷碳氢燃料即可实现。此功能还可在催化剂失效或催化剂从催化还原装置中取出后运行实现。
实施方式11
如图14所示内燃机尾气催化还原综合处理系统,与实施方式9不同的是,本实施例中去掉了低温气体喷嘴18、低温气体管道37,本实施例中的安全阀7安装在所述间壁式热交换二氧化碳液化器4出气口;
其运行方法与实施方式9不同的是:内燃机1燃烧做功后的由二氧化碳和水蒸气组成的高温尾气由所述排气总管12进入尾气通道11,其中大部分高温尾气由尾气通道11再循环进入第一尾气催化还原装置14中,同时由ECU2控制氧气喷嘴19将液氧罐35中的低温氧气、或控制所述液氧喷嘴20将所述液氧罐35中的液氧,喷入准空气混合器17中与大部分尾气混合成为已降温的含氧量约21%左右的准空气后,通过进气总管16再循环至内燃机1;
由二氧化碳和水蒸气组成的多余尾气经由尾气阀10通过第一连接通道31直接排入气液分离器8,多余尾气中的水蒸气被液化后流入储水瓶3;除去水分的主要含二氧化碳的多余尾气再通过第二连接通道32由压缩机33压入间壁式热交换二氧化碳液化器4中,多余尾气中的二氧化碳受压力和液氧的冷能双重作用被液化并储存至所述液化二氧化碳储罐5中,间壁式热交换二氧化碳液化器4中未被液化的极微量残余低温气体的压力超过安全阀7设定的压力值时,通过安全阀7直接排入大气,本实施例中的内燃机1可实现尾气近零排放。
实施方式12
如图15所示内燃机尾气催化还原综合处理系统,与实施方式11不同的是,本实施例中去掉了尾气处理系统6,保留了液氧罐35,本实施例中设置有排气管40,液氧罐35通过所述氧气管36与氧气喷嘴19连接、通过液氧管34与所述液氧喷嘴20连接,排气管40与所述尾气阀10出气口连通;
其运行方法与实施方式11不同的是:多余尾气通过尾气阀10排入排气管40,经排气管40内的净化装置处理后排入大气;多余尾气排放量仅为现有内燃机的尾气排放量1/5左右,本实施例的内燃机1可实现尾气零氮低排放。
实施方式13
如图16所示的内燃机尾气催化还原综合处理系统接入现有内燃机,设置有第一可控三通阀41、第二可控三通阀42,第一可控三通阀41的a出气口与所述进气总管16进气口连通、b进气口与准空气混合器17出气口连通、c进气口与空气过滤器出气口连通;第二可控三通阀42的a进气口与所述排气总管12排气口连通、b出气口与所述尾气通道11进气口与连通、c出气口与尾气排气管进气口连通。
由电控或手动机械联动控制第一可控三通阀41和第二可控三通阀42,可以快速切换现有内燃机常规运行模式或尾气催化还原综合处理系统运行模式:同时关闭第一可控三通阀41的c进气口和第二可控三通阀42的c出气口,并同时连通第一可控三通阀41的b进气口与a出气口、连通第二可控三通阀42的a进气口与b出气口,现有内燃机进入尾气催化还原综合处理系统运行模式;同时关闭第一可控三通阀41的b进气口和第二可控三通阀42的b出气口,并同时连通第一可控三通阀41的c进气口与a出气口和连通第二可控三通阀42的a进气口与c出气口,现有内燃机进入常规运行模式,空气由空气过滤器通过进气总管16经第一可控三通阀41进入现有内燃机,现有内燃机做功后的高温尾气通过所述排气总管12经第二可控三通阀42从所述尾气排气管排入大气;当切换至尾气催化还原综合处理系统运行模式时,现有内燃机做功后的高温尾气由第二可控三通阀42进入尾气通道11,经过尾气催化还原综合处理系统处理后形成的富氢准空气通过所述准空气混合器17经第一可控三通阀41、进气总管16再循环进入现有内燃机。
由于采用独立的尾气催化还原综合处理系统通过第一可控三通阀41和第二可控三通阀42接入现有内燃机,可以快速切换现有内燃机常规运行模式或尾气催化还原综合处理系统近运行模式,满足现有内燃机尤其是车载船载等移动式现有内燃机在不同环境需求下的运行;仅需对现有内燃机进、排气总管进行简单改动,及在尾气催化还原综合处理系统ECU接入现有内燃机ECU后,对现有内燃机ECU的控制参数进行相应的调整后就可以实现现有内燃机的正常运行。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
综上所述,虽然本发明已以优选实施例揭露如上,但上述优选实施例并非用以限制本发明,本领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可做各种更动与润饰,因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。
Claims (6)
1.一种内燃机尾气催化还原综合处理系统,其特征在于,包括尾气再循环处理系统(15)、尾气通道(11)、排气总管(12)、进气总管(16)和内燃机(1),所述内燃机连接ECU(2);
所述尾气再循环处理系统(15)包括准空气混合器(17),所述准空气混合器(17)的进气口连接尾气通道(11)的出气口,所述尾气通道(11)的进气口连接排气总管(12)的出气口,所述排气总管的进气口连接内燃机(1),所述准空气混合器(17)的出气口连接进气总管(16)进气口,所述进气总管(16)的出气口连接内燃机(1);
所述尾气通道(11)出气口处设有止回气挡板(13),所述尾气通道(11)上设有第二传感器(26)和尾气阀(10);所述准空气混合器(17)上设有低温气体喷嘴(18)、氧气喷嘴(19)和液氧喷嘴(20),所述尾气阀(10)、低温气体喷嘴(18)、氧气喷嘴(19)和液氧喷嘴(20)、第二传感器(26)分别连接ECU(2);
还包括尾气处理系统(6),所述尾气处理系统(6)通过尾气阀(10)连接所述尾气通道(11);
所述尾气处理系统(6)包括气液分离器(8),所述气液分离器(8)底端设有储水瓶(3),所述气液分离器(8)通过第一连接通道(31)与尾气阀(10)连接,所述气液分离器(8)还通过第二连接通道(32)连接压缩机(33),所述压缩机(33)连接ECU(2);所述压缩机(33)连接间壁式热交换二氧化碳液化器(4)或混合式热交换二氧化碳液化器(38);
所述间壁式热交换二氧化碳液化器(4)底端设有液化二氧化碳储罐(5),所述间壁式热交换二氧化碳液化器(4)通过管道连接准空气混合器(17)上的液氧喷嘴(20),所述间壁式热交换二氧化碳液化器(4)通过液氧管(34)连接液氧罐(35),所述液氧罐(35)通过氧气管(36)连接准空气混合器(17)上的氧气喷嘴(19);所述间壁式热交换二氧化碳液化器(4)还通过低温气体管道(37)连接准空气混合器(17)上的低温气体喷嘴(18),且所述低温气体管道(37)上还设有安全阀(7);
所述混合式热交换二氧化碳液化器(38)通过低温气体管道(37)连接准空气混合器(17)上的低温气体喷嘴(18),且所述低温气体管道(37)上还设有安全阀(7);所述混合式热交换二氧化碳液化器(38)上还设有第四传感器(39),所述第四传感器(39)连接ECU(2)。
2.根据权利要求1所述内燃机尾气催化还原综合处理系统,其特征在于,所述尾气通道(11)和所述准空气混合器(17)之间还设有第一尾气催化还原装置(14),所述第一尾气催化还原装置(14)连通尾气通道(11)和所述准空气混合器(17),所述第一尾气催化还原装置(14)内设有第一催化剂(22),且所述第一尾气催化还原装置(14)上设有第一燃料喷嘴(25),所述第一燃料喷嘴(25)通过第一燃料管(24)连接催化还原燃料箱(23);
所述准空气混合器(17)进气口处设有第一传感器(21),所述第一传感器(21)、第一燃料喷嘴(25)分别连接ECU(2)。
3.根据权利要求1所述内燃机尾气催化还原综合处理系统,其特征在于,所述尾气处理系统(6)还包括第二尾气催化还原装置(9),所述第二尾气催化还原装置(9)设置在尾气阀(10)和所述第一连接通道(31)之间,所述第二尾气催化还原装置(9)内设有第二催化剂(29),所述第二尾气催化还原装置(9)上设有第三传感器(30),且所述第二尾气催化还原装置(9)上设有第二燃料喷嘴(28),所述第二燃料喷嘴(28)通过第二燃料管(27)连接催化还原燃料箱(23),所述第二燃料喷嘴(28)、第三传感器(30)分别连接ECU(2)。
4.根据权利要求1所述内燃机尾气催化还原综合处理系统,其特征在于,所述尾气阀(10)连接排气管(40),所述氧气喷嘴(19)通过氧气管(36)连接液氧罐(35),所述液氧罐(35)连接液氧喷嘴(20)。
5.根据权利要求1所述内燃机尾气催化还原综合处理系统,其特征在于,现有内燃机通过进气总管(16)、第一可控三通阀(41)、淮空气混合器(17)连接所述内燃机尾气催化还原综合处理系统;现有内燃机还通过排气总管(12)、第二可控三通阀(42)、尾气通道(11)连接所述内燃机尾气催化还原综合处理系统。
6.一种根据权利要求3所述内燃机尾气催化还原综合处理系统的运行方法,其特征在于,内燃机(1)做功后的由二氧化碳和水蒸气组成的高温尾气由排气总管(12)进入尾气通道(11),其中大部分高温尾气由尾气通道(11)再循环进入第一尾气催化还原装置(14)中,ECU(2)根据第一传感器(21)和第二传感器(26)检测的信息,控制第一燃料喷嘴(25)将适量碳氢燃料喷入第一尾气催化还原装置(14)内与大部分高温尾气混合,并在通过第一催化剂(22)时,被部分催化还原为氢气和一氧化碳的再生燃料,组成氢气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的混合气体后进入准空气混合器(17)内,同时由ECU(2)控制所述氧气喷嘴(19)将液氧罐(35)中的低温氧气、或控制所述液氧喷嘴(20)将所述液氧罐(35)中的液氧,喷入准空气混合器(17)中与混合气体混合成为已降温的富氢准空气;
当进入尾气通道(11)内的尾气压力超过尾气阀(10)设定的泄压值时,多余尾气经由尾气阀(10)排入第二尾气催化还原装置(9),ECU(2)根据第三传感器(30)检测的信息,控制第二燃料喷嘴(28)将适量碳氢燃料喷入所述第二尾气催化还原装置(9)内与多余尾气混合,混合气体在通过第二催化剂(29)时被部分催化还原为氢气和一氧化碳的再生燃料,组成氢气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的混合气体后进入气液分离器(8)内,混合气体中的水蒸气被液化后流入储水瓶(3);除去水分的混合气体再通过第二连接通道(32)由压缩机(33)压入间壁式热交换二氧化碳液化器(4)或混合式热交换二氧化碳液化器(38)中,混合气体中的二氧化碳受压力和液氧的冷能双重作用被液化并储存至液化二氧化碳储罐(5)或被液化成干冰沉入所述混合式热交换二氧化碳液化器(38)底部中,间壁式热交换二氧化碳液化器(4)中未被液化的氢气和一氧化碳低温气体通过低温气体管道(37),由ECU2控制低温气体喷嘴(18)喷入准空气混合器(17)内与富氢准空气混合;或所述混合式热交换二氧化碳液化器(38)中未被液化的氧气、氢气和一氧化碳低温气体通过所述低温气体管道(37),由所述ECU2控制所述低温气体喷嘴(18)喷入所述准空气混合器(17)内,与所述准空气混合器(17)内的所述混合气体混合成为富氢准空气;混合后的富氢准空气通过进气总管(16)再循环至内燃机(1)内。
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