液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统及运行方法与流程

本发明涉及一种液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统及运行方法。

背景技术：

1、节能减排是内燃机最重要的目标。传统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；纯氧内燃机可实现零氮氧化物排放，但依然存在二氧化碳排放，二氧化碳是造成全球气候变暖的主要温室气体。

2、且传统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。

3、因此，亟需一种可减少内燃机的二氧化碳排放和提高热效率的液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统。

技术实现思路

1、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，本发明提出一种液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统及运行方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统，包括内燃机、尾气再循环处理系统、多余气体处理系统、多余气体阀、准空气混合器和ecu；所述内燃机分别通过尾气通道和准空气混合器与尾气再循环处理系统连接，所述尾气再循环处理系统分别通过多余气体阀、液氧管和低温气体管道连接多余气体处理系统；所述多余气体阀连接ecu。

3、在本发明的一个较佳实施例中，所述尾气再循环处理系统包括碳氢燃料箱、尾气催化还原器和燃料加热器；所述尾气催化还原器的入口连接尾气通道出气口，所述尾气催化还原器的出口连接准空气混合器进口，所述准空气混合器出口连接内燃机；所述燃料加热器安装在所述准空气混合器内，且靠近所述尾气催化还原器出口处，所述尾气催化还原器内设有催化剂；催化剂为至少一种或多种催化剂排列组合组成。

4、所述尾气通道上设有第一传感器、燃料喷嘴，所述燃料喷嘴通过燃料管与所述燃料加热器连接后再与碳氢燃料箱连接；所述准空气混合器上设有第二传感器、低温气体喷嘴和液氧喷嘴；所述第一传感器、燃料喷嘴、第二传感器、低温气体喷嘴和液氧喷嘴均连接ecu。

5、在本发明的一个较佳实施例中，所述多余气体处理系统包括气水分离器，所述气水分离器通过第一连接通道连接多余气体阀，且所述气水分离器底端设有储水箱，所述气水分离器还通过第二连接通道连接二氧化碳液化器或液氧干冰转换器，所述第二连接通道上设有压缩机，所述压缩机连接ecu。

6、在本发明的一个较佳实施例中，所述二氧化碳液化器进口与所述第二通道出口连接，所述二氧化碳液化器出口通过低温气体管道连接低温气体喷嘴，所述低温气体管道上设有安全阀；所述二氧化碳液化器一侧设有液氧罐，所述液氧罐通过液氧管与所述二氧化碳液化器，且所述二氧化碳液化器还通过液氧管与所述液氧喷嘴连接；所述二氧化碳液化器上还设有氧气喷嘴，所述液氧罐还通过氧气管连接氧气喷嘴；所述二氧化碳液化器底端设有液化二氧化碳储罐；所述氧气喷嘴连接ecu。

7、在本发明的一个较佳实施例中，所述液氧干冰转换器进口与所述第二通道出口连接，所述液氧干冰转换器出气口通过所述低温气体管道与所述低温气体喷嘴连接，所述低温气体管道上设有安全阀；所述液氧干冰转换器上设有第三传感器，所述第三传感器连接ecu。

8、在本发明的一个较佳实施例中，还包括进气总管、排气总管、可控进气三通阀和可控排气三通阀，所述准空气混合器和所述内燃机之间依次通过可控进气三通阀、进气总管连接；所述可控进气三通阀的a出气口与所述进气总管进气口连通、所述可控进气三通阀的b进气口与所述准空气混合器出气口连通、所述可控进气三通阀的c进气口与空气过滤器出气口连通；

9、所述尾气通道和所述内燃机之间依次通过可控排气三通阀、排气总管连接，所述可控排气三通阀的a进气口与所述排气总管排气口连通、可控排气三通阀的b出气口与所述尾气通道进气口连通、可控排气三通阀的c出气口与尾气排气管进气口连通。

10、一种液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统运行方法，内燃机燃烧做功后的由二氧化碳和水蒸气组成的高温尾气进入尾气通道，ecu根据第一传感器和第二传感器检测的信息，控制燃料喷嘴将加热后的适量碳氢燃料喷入尾气通道内与高温尾气混合后进入所述尾气催化还原器内，并在通过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控制液氧喷嘴将液氧罐中的液氧，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；

11、当准空气混合器内的气体压力超过多余气体阀设定的泄压值时，由氢气、一氧化碳、氧气、二氧化碳和水蒸气的组成的多余气体经由多余气体阀通过第一连接通道排入气水分离器内，多余气体中的水蒸气被液化后流入储水箱；除去水分的多余气体再通过第二连接通道由压缩机压入二氧化碳液化器或液氧干冰转换器中，多余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二氧化碳液化储罐中或被液化至干冰沉入液氧干冰转换器底部；二氧化碳液化器或液氧干冰转换器中未被液化的氧气、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，与准空气混合器内的富氢准空气混合后，通过进气总管再循环至内燃机。

12、本发明的有益效果是：本发明的液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统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；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；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；在尾气催化还原综合处理系统运行模式下，尾气再循环催化还原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；由于采用独立的尾气催化还原综合处理系统通过可控进气三通阀和可控排气三通阀接入传统内燃机，可以快速切换传统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，满足传统内燃机尤其是车载等移动式传统内燃机在不同环境需求下的运行；仅需对传统内燃机进、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接入传统内燃机ecu后，对传统内燃机ecu的控制参数进行相应的调整。有利于传统内燃机特别是车载等移动内燃机的升级改造。

技术特征：

1.一种液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统，其特征在于，包括内燃机(1)、尾气再循环处理系统(14)、多余气体处理系统(5)、多余气体阀(22)、准空气混合器(9)和ecu(2)；所述内燃机(1)分别通过尾气通道(13)和准空气混合器(9)与尾气再循环处理系统(14)连接，所述尾气再循环处理系统(14)分别通过多余气体阀(22)、液氧管(29)和低温气体管道(30)连接多余气体处理系统(5)；所述多余气体阀(22)连接ecu(2)。

2.根据权利要求1所述液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统，其特征在于，所述尾气再循环处理系统(14)包括碳氢燃料箱(10)、尾气催化还原器(17)和燃料加热器(18)；所述尾气催化还原器(17)的入口连接尾气通道(13)出气口，所述尾气催化还原器(17)的出口连接准空气混合器(9)进口，所述准空气混合器(9)出口连接内燃机(1)；所述燃料加热器(18)安装在所述准空气混合器(9)内，且靠近所述尾气催化还原器(17)出口处，所述尾气催化还原器(17)内设有催化剂(16)；

3.根据权利要求1或2所述液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统，其特征在于，所述多余气体处理系统(5)包括气水分离器(8)，所述气水分离器(8)通过第一连接通道(23)连接多余气体阀(22)，且所述气水分离器(8)底端设有储水箱(3)，所述气水分离器(8)还通过第二连接通道(24)连接二氧化碳液化器(7)或液氧干冰转换器(32)，所述第二连接通道(24)上设有压缩机(25)，所述压缩机(25)连接ecu(2)。

4.根据权利要求3所述液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统，其特征在于，所述二氧化碳液化器(7)进口与所述第二通道(24)出口连接，所述二氧化碳液化器(7)出口通过低温气体管道(30)连接低温气体喷嘴(20)，所述低温气体管道(30)上设有安全阀(6)；所述二氧化碳液化器(7)一侧设有液氧罐(27)，所述液氧罐(27)通过液氧管(29)与所述二氧化碳液化器(7)，且所述二氧化碳液化器(7)还通过液氧管(29)与所述液氧喷嘴(21)连接；所述二氧化碳液化器(7)上还设有氧气喷嘴(26)，所述液氧罐(27)还通过氧气管(28)连接氧气喷嘴(26)；所述二氧化碳液化器(7)底端设有液化二氧化碳储罐(4)；所述氧气喷嘴(26)连接ecu(2)。

5.根据权利要求3所述液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统，其特征在于，所述液氧干冰转换器(32)进口与所述第二通道(24)出口连接，所述液氧干冰转换器(32)出气口通过所述低温气体管道(30)与所述低温气体喷嘴(20)连接，所述低温气体管道(30)上设有安全阀(6)；所述液氧干冰转换器(32)上设有第三传感器(31)，所述第三传感器(31)连接ecu(2)。

6.根据权利要求1所述液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统，其特征在于，还包括进气总管(33)、排气总管(34)、可控进气三通阀(35)和可控排气三通阀(36)，所述准空气混合器(9)和所述内燃机(1)之间依次通过可控进气三通阀(35)、进气总管(33)连接；所述可控进气三通阀(35)的a出气口与所述进气总管(33)进气口连通、所述可控进气三通阀(35)的b进气口与所述准空气混合器(9)出气口连通、所述可控进气三通阀(35)的c进气口与空气过滤器出气口连通；

7.根据权利要求4或5或6所述液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统运行方法，其特征在于，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进入尾气通道(13)，ecu(2)根据第一传感器(15)和第二传感器(19)检测的信息，控制燃料喷嘴(12)将加热后的适量碳氢燃料喷入尾气通道(13)内与高温尾气混合后进入所述尾气催化还原器(17)内，并在通过催化剂(16)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(9)内，同时由ecu(2)控制液氧喷嘴(21)将液氧罐(27)中的液氧，喷入准空气混合器(9)中与混合气体混合成为已降温的富氢准空气；

技术总结本发明涉及液氧内燃机尾气催化还原综合处理系统及运行方法，包括内燃机；内燃机分别通过尾气通道和准空气混合器与尾气再循环处理系统连接，尾气再循环处理系统分别通过多余气体阀、液氧管和低温气体管道连接多余气体处理系统。本系统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；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；尾气再循环催化还原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。技术研发人员：邓哲受保护的技术使用者：扬州澳美智能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18