專(zhuān)利名稱(chēng)：用于對(duì)用在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中的天然氣預(yù)處理的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
備以及經(jīng)相應(yīng)預(yù)處理的天然氣及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、例如柴油燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)馄桶l(fā)動(dòng)機(jī)例如作為固定 式設(shè)備的動(dòng)力源以及在天然氣汽車(chē)中越來(lái)越重要。柴油燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)
構(gòu)和工作才莫式例如在DE 197 54 354 Cl和DE 10 2005 050 435 Al中 進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，因此在相關(guān)方面可以參考它們文本的全部?jī)?nèi)容。
所用天然氣的氣體特性對(duì)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式、尤其是它的燃燒 過(guò)程至關(guān)重要。天然氣的主要成分為碳?xì)浠衔?甲烷(CHO、乙烷(C2H6)、 丙烷(C晶)和丁烷(C函。)"以及氣體"二氧化碳(C02)和氮?dú)?N2) 及可能的硫化氫(H2S)"。在歐洲使用的天然氣的甲烷值隨著來(lái)源的不 同通常在70到98之間。 一般而言，燃燒過(guò)程中的爆震傾向隨著甲烷值 的變小而增加，其中純甲烷的甲烷值為100，純氫氣的甲烷值則為0。 當(dāng)天然氣中存在的成分丙烷和丁烷降低了抗爆性時(shí)，可通過(guò)惰性氣體成 分氮?dú)夂投趸紒?lái)提高抗爆性，從而天然氣混合氣的曱烷值甚至能超 過(guò)100。
由于燃?xì)獾钠焚|(zhì)越來(lái)越差并且曱烷值也低于70,再加上現(xiàn)代燃?xì)獍l(fā) 動(dòng)機(jī)的工作范圍有限，因而需要改進(jìn)燃?xì)獾钠焚|(zhì)，尤其是提高燃?xì)獾募淄橹怠?br>
發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于，提供用于對(duì)用在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中的天然氣進(jìn) 行預(yù)處理的改良方法和改良設(shè)備。
按本發(fā)明的第一觀點(diǎn)，該技術(shù)問(wèn)題通過(guò)具有權(quán)利要求1特征的、用 于對(duì)天然氣進(jìn)行預(yù)處理的方法解決。
從已有的或輸入的天然氣混合氣中;離出較高級(jí)烴，、剩下的天然氣混合氣則作為氣體燃料提供給燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。
通過(guò)從天然氣混合氣分離出較高級(jí)爛可以讓剩余天然氣混合氣的 曱烷值提高，從而使燃料品質(zhì)鑒于其較高的抗爆性得到改進(jìn)。借助該方 法有利的是，曱烷值較低的天然氣混合氣也能用于運(yùn)行范圍有限的現(xiàn)代
燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。甲烷值可例如根據(jù)E DIN 51624: 2007 - 01來(lái)計(jì)算。
該方法同樣適用于對(duì)用在燃?xì)鈾C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、例如具有或不具有預(yù)燃室
點(diǎn)火、帶有或不帶有增壓的柴油燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)馄桶l(fā)動(dòng)機(jī)中的天然
氣進(jìn)行預(yù)處理。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)例如可以用于固定式設(shè)備或天然氣汽車(chē)。
此外，該方法原則上可用于任意的天然氣混合氣，即使對(duì)于甲烷值
較低的天然氣混合氣而言也特別有利。要分離的較高級(jí)烴在此尤其指所
有具有至少兩個(gè)碳原子的烴，如乙烷、丙烷、丁烷等。根據(jù)本分離方法
實(shí)施形式的不同，屬于較高級(jí)烴的尤其指所有具有至少三個(gè)或更多碳原
子的烴。較高級(jí)烴一般具有較高的沸點(diǎn)溫度。因此優(yōu)選從要預(yù)處理的天
然氣中分離出較高沸點(diǎn)的烴，剩余的天然氣混合氣則提供給燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī) 作為燃料。
較高級(jí)烴例如可通過(guò)膜分離法和/或壓力冷凝法從輸入的天然氣混 合氣中分離出來(lái)，但本發(fā)明并不局限于這兩種分離工序。在本發(fā)明的一 種方案中，較高級(jí)烴借助多級(jí)工序從輸入的天然氣混合氣中分離出來(lái)， 由此提高分離過(guò)程的效率。
在本發(fā)明的一種有利方案中，已分離出的較高級(jí)烴被液化，然后作 為點(diǎn)火介質(zhì)供給燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。因?yàn)檩^高級(jí)烴通常也具有較高的沸點(diǎn)，所 以它們4艮容易^f皮液化，且在液化后比例如氣態(tài)曱烷更加易燃，由此可以 例如降低點(diǎn)火裝置的預(yù)熱銷(xiāo)溫度。
按本發(fā)明的第二個(gè)觀點(diǎn)，上述目的通過(guò)一種具有權(quán)利要求5特征的、 用于對(duì)天然氣進(jìn)行預(yù)處理的設(shè)備解決。
設(shè)有用于從輸入的天然氣混合氣中分離出較高^(guò):烴的分離裝置以及用 于接收作為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)燃料的剩余氣體的裝置。
使用該設(shè)備就能獲得和使用上述方法一樣的優(yōu)點(diǎn)，因此不再對(duì)此作 重復(fù)說(shuō)明。
分離裝置例如為了用于將較高級(jí)烴借助膜分離法和/或壓力冷凝法 從輸入的天然氣混合氣中分離出來(lái)而構(gòu)成。
5此外，該設(shè)備優(yōu)選具有用于將分離出來(lái)的較高級(jí)烴液化的裝置并尤 其優(yōu)選具有用于接收已液化的作為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火介質(zhì)的較高級(jí)烴的裝置。
下面結(jié)合附圖通過(guò)對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明來(lái)更好地了解本發(fā)明上述 及其它的技術(shù)問(wèn)題、特征和優(yōu)點(diǎn)。唯一的一幅附圖是用于闡釋本發(fā)明的 示意性工序流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖l局部示意地示出了按本發(fā)明的用于對(duì)用在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中的天然 氣進(jìn)行預(yù)處理的工序。天然氣混合氣的預(yù)處理在如圖所示步驟之前和/ 或之后當(dāng)然還可以包含其它的工序和裝置(如過(guò)濾器、傳感器等)，這 些工序和裝置是為對(duì)作為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)燃料的天然氣混合氣進(jìn)行預(yù)處理 所需要的，并且對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是可由現(xiàn)有技術(shù)得知的。
輸入的天然氣混合氣10通常含有的成分為曱烷(CHO、乙烷(C2H6 )、 丙烷(C晶)和丁烷("H,。)以及二氧化碳(C02)和氮?dú)?N2)及可能的 硫化氬(H2S)。輸入的天然氣混合氣10的曱烷值在歐洲通常位于70 到98之間的范圍內(nèi)，然而也逐漸在70以下了 。輸入的天然氣混合氣IO 被輸送給用于分離出較高級(jí)烴14的分離裝置12,較高級(jí)烴14指的是含 至少兩個(gè)碳原子的烴，換句話說(shuō)就是乙烷、丙烷、丁烷等。也可選擇只 分離出含至少三個(gè)或更多碳原子的較高級(jí)烴14。
較高級(jí)烴14的分離在此例如借助膜分離法或壓力冷凝法完成。為 提高分離工序的效率，優(yōu)選在多級(jí)工序中將較高級(jí)烴14從輸入的天然 氣混合氣10中除去。
分離后剩余的天然氣混合氣16的主要成分是甲烷，并因而具有比 輸入的天然氣混合氣10更高的曱烷值。剩余的天然氣混合氣16因其較 高的甲烷值而提高了抗爆性，因而在用作燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的燃料18時(shí)其品 質(zhì)和功率收益都有所改進(jìn)。本發(fā)明的方法因此尤其利于對(duì)輸入的甲烷值 ^f艮低例如小于70的天然氣混合氣10進(jìn)行預(yù)處理，但該方法原則上也可 用于甲烷值較高的天然氣混合氣10。
在本發(fā)明一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施形式中，已分離出的較高級(jí)烴14被輸往用于液化這些烴的另一裝置20。較高級(jí)烴14在液化后可以提供給 燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)作為點(diǎn)火介質(zhì)22使用。液化了的較高級(jí)烴借助現(xiàn)有或改型 后的噴射技術(shù)在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中使用。
相比曱烷，較高級(jí)烴還具有較高的沸點(diǎn)(曱烷-162°C,乙烷-88. 6 。C，丙烷-42°C, 丁烷-0. 5°C)。較高級(jí)烴因此很容易被分離出來(lái)， 分離出來(lái)的較高級(jí)烴14用較少的能量開(kāi)支就能輕易被液化并提供給燃 氣發(fā)動(dòng)機(jī)作為液體點(diǎn)火介質(zhì)22使用。這種液體點(diǎn)火介質(zhì)22原則上要比 例如氣態(tài)的曱烷更易燃，因而能降低燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置的預(yù)熱銷(xiāo)溫 度，并減少燃?xì)鈾C(jī)內(nèi)用于高壓壓縮的能量開(kāi)支。對(duì)天然氣混合氣的分析 表明，在曱烷值很低的不符合規(guī)格的天然氣混合氣中，可用作點(diǎn)火介質(zhì) 的液化氣體量占2%至4%。以該方式生成的點(diǎn)火介質(zhì)22和以該方式生成 的燃料18在輸送給燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)前先分別被收集在用于接收這些物料的 合適的裝置(如收集罐)中。
本發(fā)明的方法和設(shè)備因此既可以為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)提供具有更佳品質(zhì) (較高曱烷值、較低爆震傾向、較高功率效益)的燃料，又可以提供具 有更佳品質(zhì)(較高易燃性、以少量能量就能實(shí)現(xiàn)高壓壓縮)的點(diǎn)火介質(zhì)。
權(quán)利要求
1. 用于對(duì)用在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中的天然氣進(jìn)行預(yù)處理的方法，其特征在于，從天然氣混合氣(10)中至少部分地分離出較高級(jí)烴(14)，剩余的天然氣混合氣(16)則提供給燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)作為燃料(18)。
2. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，借助膜分離法(12) 從輸入的天然氣混合氣(10)中至少部分地分離出較高級(jí)烴(14)。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助壓力冷凝法 (12)從輸入的天然氣混合氣(IO)中至少部分地分離出較高級(jí)烴(14)。
4. 按權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，借助多級(jí)工 序?qū)⑤^高級(jí)烴(14)從輸入的天然氣混合氣(10)中除去。
5. 按權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，將分離出來(lái) 的較高級(jí)烴(14 )液化(2 0 )，以便提供給燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)作為點(diǎn)火介質(zhì)(22 )。
6. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，要預(yù)處理的天 然氣混合氣的曱烷值特別遵照E DIN 51624最大為90,尤其最大為80， 優(yōu)選最大為70。
7. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，從要預(yù)處理的天然氣混合氣 中分離出較高沸點(diǎn)的烴，尤其是丙烷、丁烷和/或戊烷。
8.在于用于將較高級(jí)烴(14;從天然氣混合氣(10)中分離出來(lái)的分離 裝置(12)以及用于接收作為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)燃料(18)的剩余天然氣混 合氣(16)的裝置，該設(shè)備用于實(shí)施按前述權(quán)利要求之一所述的方法。
9. 按權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，分離裝置(12)用于 借助膜分離法(12)從輸入的天然氣混合氣(10)中分離出較高級(jí)烴(14)。
10. 按權(quán)利要求8或9所述的設(shè)備，其特征在于，分離裝置(12) 用于借助壓力冷凝法(12)從輸入的天然氣混合氣(10)中分離出較 高級(jí)烴(14)。
11. 按權(quán)利要求8至10之一所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備 還具有用于將所分離出的較高級(jí)烴(14)液化的裝置(20)和用于接 收液化了的、作為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火介質(zhì)(20)的較高級(jí)烴的裝置。
12. —種用在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中的天然氣，其特征在于，所述天然氣按 權(quán)利要求1至7之一所述的方法進(jìn)行過(guò)預(yù)處理。
13.按權(quán)利要求1至7之一所述方法預(yù)處理過(guò)的天然氣用作燃?xì)獍l(fā) 動(dòng)機(jī)的動(dòng)力燃料。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對(duì)用在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中的天然氣預(yù)處理的方法和設(shè)備。為對(duì)用在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中的天然氣進(jìn)行預(yù)處理，將較高級(jí)烴(14)從輸入的天然氣混合氣(10)中分離出來(lái)并將在除去較高級(jí)烴(14)后甲烷值有所提高的剩余天然氣混合氣(16)提供給燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)作為燃料(18)。
文檔編號(hào)C10L3/06GK101481635SQ20091000290
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月12日
發(fā)明者N·科尼格 申請(qǐng)人:曼柴油機(jī)歐洲股份公司