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DE102011119599A1 - Internal combustion engine for power and heat generation, has a reformer, and a gas dehumidifier or active adsorber, arranged at upstream side of fuel flow and/or at downstream side of reformer, while being arranged in exhaust stream - Google Patents

Internal combustion engine for power and heat generation, has a reformer, and a gas dehumidifier or active adsorber, arranged at upstream side of fuel flow and/or at downstream side of reformer, while being arranged in exhaust stream Download PDF

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DE102011119599A1
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DE
Germany
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adsorber
internal combustion
combustion engine
reformer
stream
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102011119599A
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German (de)
Inventor
Kurt Imren Yapici
Dominik Pennings
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Original Assignee
Individual
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Abstract

The internal combustion engine comprises a reformer and a gas dehumidifier or an active adsorber (11). The gas dehumidifier is arranged at the upstream side of fuel flow and/or at the downstream side of the reformer and is arranged in the exhaust stream of the internal combustion engine. At least two gas dehumidifiers are mounted, and an intermediate cooling device and/or an intermediate heating device is arranged between the two gas dehumidifiers. One of the gas dehumidifiers is arranged at the heat-dissipating side at the upstream of a heat exchanger. An independent claim is included for an operating method of internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to an internal combustion engine and to a method for operating an internal combustion engine.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine stationäre, mit Erdgas und/oder Methan betriebene zur Strom- und Wärmeerzeugung verwendete Verbrennungskraftmaschine.In particular, the invention relates to a stationary, powered by natural gas and / or methane used for power and heat generation internal combustion engine.

Derartige Verbrennungskraftmaschinen werden im Stand der Technik für die Bereitstellung von Strom und Wärme in der dezentralen Energieversorgung eingesetzt. Hierbei wird angestrebt einen möglichst hohen mechanischen bzw. thermodynamischen Wirkungsgrad zu erzielen, da die mechanisch bereitgestellte Arbeit zur Bereitstellung von Strom und die thermisch bereitgestellte Arbeit – zumeist ist dies Abwärme – zur Bereitstellung von Heizwärme verwendet wird, wobei auf dem Energiemarkt Strom bevorzugt höher vergütet wird als Heizwärme.Such internal combustion engines are used in the prior art for the provision of electricity and heat in the decentralized power supply. In this case, the aim is to achieve the highest possible mechanical or thermodynamic efficiency, since the mechanically provided work to provide electricity and the thermally provided work - mostly this waste heat - is used to provide heating, with electricity in the energy market is preferably higher annealed as heating heat.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine mit einem höheren mechanischen bzw. thermodynamischen Wirkungsgrad bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide an internal combustion engine with a higher mechanical or thermodynamic efficiency.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, welche sich durch wenigstens einen Reformer und wenigstens einen Gasentfeuchter auszeichnet. Der Reformer, welcher mit Brenngas, beispielsweise Erdgas oder Methan, gespeist wird, kann vorteilhaft dazu verwendet werden, von der Verbrennungskraftmaschine abgegebene Wärme zur chemischen Umsetzung des Brenngases zu verwenden. Mittels der aus einem Abgasstrom oder einem Kühlwasserstrom der Verbrennungskraftmaschine entnommenen Wärme, kann folglich über eine endotherme Reaktion die Zusammensetzung des Brenngases geändert und der Heizwert des Brenngases gesteigert werden, wodurch die als Wärmeenergie der Verbrennungskraftmaschine entweichende zumindest zum Teil ungenutzte Energie der Verbrennungskraftmaschine über den Brennstoff wieder zugeführt werden kann.To solve the problem, an internal combustion engine is proposed, which is characterized by at least one reformer and at least one gas dehumidifier. The reformer, which is fed with fuel gas, for example natural gas or methane, can be used advantageously to use heat emitted by the internal combustion engine for the chemical conversion of the fuel gas. By means of the heat extracted from an exhaust gas stream or a cooling water flow of the internal combustion engine, the composition of the fuel gas can consequently be changed via an endothermic reaction and the calorific value of the fuel gas can be increased, whereby the energy of the internal combustion engine escaping as thermal energy of the internal combustion engine returns via the fuel to at least partially unused energy can be supplied.

Das in dem Reformer aus dem Brenngas gebildete Synthesegas kann nach dem Austritt aus dem Reformer einen unerwünscht hohen Anteil an Wasserdampf aufweisen, welcher einerseits vorteilhaft den thermodynamischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine steigern jedoch andererseits die Temperatur der aus der Verbrennungskraftmaschine austretenden Abgase stark senken kann.The synthesis gas formed from the fuel gas in the reformer can have an undesirably high proportion of water vapor after exiting the reformer, which on the one hand advantageously increase the thermodynamic efficiency of the internal combustion engine but on the other hand can greatly reduce the temperature of the exhaust gases leaving the internal combustion engine.

Der zur Bildung von Synthesegas verwendete Reformer weist nach dem Stand der Technik einen Reformerwirkungsgrad auf, welcher von der Temperatur des Reformers, also von der Temperatur des Abgases der Verbrennungskraftmaschine, abhängt. Dem Reformer wird allerdings, um Russbildung zu vermeiden ein höherer Anteil Wasserdampf zugeführt, als zur Bildung des Reformergases notwendig ist. Der Wasserdampf sowie das verwendete Brenngas werden hierbei katalytisch aufgespalten und zu einem Synthesegas mit einer anderen Zusammensetzung rekombiniert. Ein Synthesegas enthält neben Wasserdampf somit, je nach Reformerwirkungsgrad, einen Restanteil des Brenngases sowie Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Die Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades folgt, wie sofort ersichtlich, aus dem höheren Brennwert des Wasserstoffes sowie aus besseren Brenneigenschaften – z. B. Brenngeschwindigkeit und Brenntemperatur – gegenüber dem Brenngas, beispielsweise Methan.The reformer used to form synthesis gas has, according to the prior art, a reformer efficiency which depends on the temperature of the reformer, that is to say on the temperature of the exhaust gas of the internal combustion engine. However, in order to avoid soot formation, the reformer is supplied with a higher proportion of water vapor than is necessary to form the reformer gas. The water vapor and the fuel gas used are catalytically split and recombined to form a synthesis gas with a different composition. In addition to water vapor, a synthesis gas thus contains, depending on the degree of reformer efficiency, a residual portion of the fuel gas as well as hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide. The improvement of the thermodynamic efficiency follows, as can be seen immediately, from the higher fuel value of the hydrogen and from better burning properties -. As burning speed and burning temperature - compared to the fuel gas, such as methane.

Um den Reformerwirkungsgrad positiv in Bezug auf das gebildete Synthesegas zu beeinflussen, kann sich eine zur Verringerung des Wasserdampfanteils mit einem Gasentfeuchter ausgestattete Verbrennungskraftmaschine dadurch auszeichnen, dass der Gasentfeuchter in einem Brennstoffstrom stromaufwärts und/oder stromabwärts des Reformers angeordnet ist. Wie sofort ersichtlich, senkt eine derartige Anordnung den in dem Brenngas bzw. in dem Synthesegas, welche den Brennstoffstrom bilden, den Wasserdampfanteil, wodurch die Abgastemperatur der Verbrennungskraftmaschine auf einem für die Synthese des Synthesegases vorteilhaften Niveau gehalten werden kann.In order to positively influence the reforming efficiency with respect to the synthesis gas formed, an internal combustion engine equipped to reduce the water vapor content with a gas dehumidifier may be characterized in that the gas dehumidifier is arranged in a fuel stream upstream and / or downstream of the reformer. As can be seen immediately, such an arrangement lowers the water vapor content in the fuel gas or in the synthesis gas, which form the fuel stream, whereby the exhaust gas temperature of the internal combustion engine can be maintained at a level which is advantageous for the synthesis of the synthesis gas.

In ähnlicher Wirkweise ist es weiterhin vorteilhaft für eine Verbrennungskraftmaschine, wenn der Gasentfeuchter in einem Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Die Abscheidung von Wasser aus dem Abgas kann vorteilhaft dazu verwendet werden, die Bildung von Synthesegas im Reformer in Gang zu setzten, wenn für die Bildung des Synthesegases Wasserdampf – beispielsweise bei der Dampfreformierung – verwendet wird.In a similar mode of action, it is furthermore advantageous for an internal combustion engine when the gas dehumidifier is arranged in an exhaust gas stream of the internal combustion engine. The separation of water from the exhaust gas can be advantageously used to initiate the formation of synthesis gas in the reformer, if for the formation of the synthesis gas water vapor - for example in the steam reforming - is used.

Unter Reformation wird, wie vorstehend bereits erläutert, die Bildung eines kohlenmonoxid- und wasserstoffhaltigen Synthesegases unter der Verwendung eines Kohlenwasserstoffs – z. B. Methan – und Wasserdampf oder einer Kombination von Wasserdampf und Kohlendioxid verstanden. An einem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor mit Reformer kann darüber hinaus auch für die Umsetzung des Kohlenmonoxids und zur Bildung weiteren Wasserstoffes die Wassergas-Shift-Reaktion verwendet werden. Der Reformerwirkungsgrad ist somit, wie sofort ersichtlich, definiert als der Quotient aus tatsächlich gebildetem Wasserstoff und maximal bildbarem Wasserstoff aus dem eingesetzten Methan- bzw. Erdgasstrom.Reformation, as already explained above, the formation of a carbon monoxide and hydrogen-containing synthesis gas using a hydrocarbon -. As methane - and steam or a combination of water vapor and carbon dioxide understood. At an internal combustion engine according to the invention with reformer can also be used for the implementation of carbon monoxide and to form additional hydrogen, the water gas shift reaction. The reformer efficiency is thus, as can be immediately seen, defined as the quotient of actually formed hydrogen and maximum hydrogen which can be formed from the methane or natural gas stream used.

Das Synthesegas kann weiterhin aus einem in den Reformer eintretenden Methan- oder Erdgasstrom bestehen, welcher bereits einen Wasserstoffanteil größer 0% aufweist. The synthesis gas may further consist of a methane or natural gas stream entering the reformer, which already has a hydrogen content greater than 0%.

Insbesondere ist es vorteilhaft für eine Verbrennungskraftmaschine mit Reformer, wenn die Verbrennungskraftmaschine sich durch wenigstens zwei Gasentfeuchter auszeichnet, wobei zwischen den beiden Gasentfeuchtern wenigstens eine Zwischenkühlung und/oder eine Zwischenerwärmung angeordnet sind. Eine Zwischenkühlung zwischen zwei Gasentfeuchtern, welche zur Abscheidung von Wasserdampf in dem Brennstoffstrom, insbesondere in dem Synthesegasstrom, angeordnet sein können, kann somit vorteilhaft dazu verwendet werden, den Abscheidegrad bzw. das absolut aus dem Brennstoffstrom abgeschiedenen Wassers zu erhöhen. Eine Zwischenerwärmung hingegen, welche vorteilhaft zwischen zwei Gasentfeuchtern angeordnet sein kann, kann dazu verwendet werden einen Gasentfeuchter aus einem Sättigungszustand zu regenerieren, wobei dem Gasentfeuchter zuvor gespeicherter Wasserdampf wieder entzogen wird. Diese Anordnung ist insbesondere bei Gasentfeuchtern vorteilhaft, welche mittels Adsorption dem Brennstoffstrom oder aber auch dem Abgasstrom Wasserdampf entziehen.In particular, it is advantageous for an internal combustion engine with reformer, if the internal combustion engine is characterized by at least two gas dehumidifier, wherein between the two gas dehumidifiers at least one intermediate cooling and / or an intermediate heating are arranged. An intermediate cooling between two gas dehumidifiers, which can be arranged for the separation of water vapor in the fuel stream, in particular in the synthesis gas stream, can thus be advantageously used to increase the degree of separation or the water separated absolutely from the fuel stream. By contrast, an intermediate heating, which can advantageously be arranged between two gas dehumidifiers, can be used to regenerate a gas dehumidifier from a saturated state, wherein the previously stored water vapor is withdrawn from the gas dehumidifier. This arrangement is particularly advantageous in gas dehumidifiers, which extract water vapor by adsorption the fuel stream or even the exhaust stream.

Wie vorstehend ebenfalls bereits erläutert, ist es vorteilhaft für eine Verbrennungskraftmaschine, wenn der Gasentfeuchter ein Adsorber ist. Es versteht sich, dass mit Adsorber auch Absorber gemeint sein kann. Die Verwendung eines Adsorbers als Gasentfeuchters bietet den Vorteil, dass man mit einer höheren Temperatur der zur Verfügung stehenden Wärmesenke operieren kann als es bei einer ausschließlichen Trocknung durch Kondensation der Fall wäre. Hierbei kann die ohnehin an der Verbrennungskraftmaschine vorhandene Wärmequelle zur Abscheidung von Wasserdampf bzw. zur Regeneration des Adsorbers, wenn dieser mit Wasserdampf gesättigt ist, verwendet werden kann. Eine derartige Wärmequelle kann beispielsweise aus einem Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine bestehen.As already explained above, it is advantageous for an internal combustion engine when the gas dehumidifier is an adsorber. It goes without saying that adsorbers can also be absorbers. The use of an adsorber as a gas dehumidifier offers the advantage that one can operate with a higher temperature of the available heat sink than would be the case with an exclusive drying by condensation. In this case, the heat source already present on the internal combustion engine can be used for separating water vapor or for regenerating the adsorber when it is saturated with water vapor. Such a heat source may for example consist of an exhaust gas stream of the internal combustion engine.

Weiterhin ist es vorteilhaft für eine Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens zwei Gasentfeuchtern, wenn zwischen den beiden Gasentfeuchtern wenigstens ein Wärmeübertrager angeordnet ist, wobei eine wärmeabgebende Seite des Wärmeübertragers stromaufwärts des ersten der beiden Gasentfeuchter angeordnet ist und wobei eine wärmeaufnehmende Seite des Wärmeübertragers stromabwärts des ersten der beiden Wärmetauscher sowie stromaufwärts des zweiten der beiden Wärmetauscher angeordnet ist. Diese Ausgestaltung, welche auch unabhängig von den vorstehenden Merkmalen beschriebener Erfindung vorteilhaft für eine Verbrennungskraftmaschine ist, bietet den Vorteil den ersten der beiden Adsorber vor einer Zerstörung durch Überhitzung zu schützen, indem ein Anteil des in dem durch den Gasentfeuchter strömenden Stoffstromes vorhandenen Wärmestromes vor dem ersten Gasentfeuchter ausgekoppelt wird. Zugleich wird durch das Einkoppeln des vor dem ersten Gasentfeuchter entnommenen Wärmestromes in den Stoffstrom zwischen den beiden Gasentfeuchtern das Temperaturniveau, welches dem zweiten Gasentfeuchter zugeführt wird, dem Temperaturniveau des ersten Gasentfeuchters angeglichen. Es ist sofort ersichtlich, dass sowohl die Prozessführung einer derartigen Anordnung durch das Angleichen der Temperaturniveaus als auch die mechanische Belastung und Dimensionierung der beiden Bauteile einander angeglichen werden und mithin Kosten gesenkt und die Betriebssicherheit verbessert werden können.Furthermore, it is advantageous for an internal combustion engine having at least two gas dehumidifiers, if between the two gas dehumidifiers at least one heat exchanger is arranged, wherein a heat-emitting side of the heat exchanger upstream of the first of the two gas dehumidifier is arranged and wherein a heat-absorbing side of the heat exchanger downstream of the first of the two heat exchangers and is arranged upstream of the second of the two heat exchangers. This refinement, which is also advantageous for an internal combustion engine independently of the above features, offers the advantage of protecting the first of the two adsorbers against destruction by overheating, in that a portion of the heat flow present in the stream flowing through the gas dehumidifier is present before the first Gas dehumidifier is decoupled. At the same time, the temperature level which is supplied to the second gas dehumidifier is adjusted to the temperature level of the first gas dehumidifier by coupling the heat flow removed before the first gas dehumidifier into the material flow between the two gas dehumidifiers. It is immediately apparent that both the process management of such an arrangement by the equalization of the temperature levels and the mechanical stress and dimensioning of the two components are matched and thus reduced costs and the reliability can be improved.

Die Verwendung eines Adsorbers zur Abscheidung von Wasserdampf an einer Verbrennungskraftmaschine ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn der Adsorber zunächst in dem Brennstoffstrom der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und nach Erreichen einer Wassersättigung in dem Abgasstrom angeordnet ist, wobei ein zweiter Adsorber wechselseitig zunächst in dem Abgasstrom und nach erfolgter Regenerierung in dem Brennstoffstrom angeordnet ist.The use of an adsorber for separating water vapor in an internal combustion engine is also particularly advantageous if the adsorber is initially arranged in the fuel stream of the internal combustion engine and is arranged in the exhaust stream after reaching a water saturation, wherein a second adsorber alternately first in the exhaust stream and after Regeneration is arranged in the fuel stream.

Um die Eingangs stehende Aufgabe alternativ bzw. kumulativ zu der vorstehend erläuterten Ausgestaltung der Erfindung zu lösen, wird weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, welches sich dadurch auszeichnet, dass einem Brennstoffstrom der Verbrennungskraftmaschine und/oder einem Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine Wasserdampf entzogen wird. Mittels dieses Verfahrens kann, wie sofort ersichtlich, einerseits der Wirkungsgrad des Reformers in der Weise erhöht werden, dass dem Reformer eine höhere Abgasenergie zur Reformierung zugeführt werden kann bzw. dass für die Reformierung Wasser aus dem Abgas entnommen werden kann, wie dies bereits im Zusammenhang mit der vorstehend erläuterten Verbrennungskraftmaschine mit Reformer und Gasentfeuchter erläutert worden ist.In order to solve the input task alternatively or cumulatively to the above-described embodiment of the invention, a method for operating an internal combustion engine is further proposed, which is characterized in that a fuel flow of the internal combustion engine and / or an exhaust gas stream of the internal combustion engine water vapor is withdrawn. By means of this method, on the one hand, the efficiency of the reformer can be increased in such a way that a higher exhaust gas energy can be supplied to the reformer reforming or that for the reforming water from the exhaust gas can be removed, as already related has been explained with the above-explained internal combustion engine with reformer and gas dehumidifier.

Insofern ist es für einen höheren thermodynamischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Verbrennungskraftmaschine aus einem Reformer mit dem Brennstoffstrom, insbesondere wenn der Brennstoffstrom in dem Reformer zumindest zum Teil reformiert wird, gespeist wird.In this respect, it is advantageous for a higher thermodynamic efficiency of the internal combustion engine for the inventive method when the internal combustion engine from a reformer with the fuel flow, especially when the fuel flow is reformed in the reformer at least partially fed.

Auch ist es vorteilhaft für das vorstehend erläuterte Verfahren, wenn dem Brennstoffstrom und/oder dem Abgasstrom der Wasserdampf durch Adsorpion und/oder durch Kondensation entzogen wird, so dass eine vorteilhaft günstige aber auch in einfacher Weise regelbare Entfeuchtung einsetzbar ist. Während ein Kondensator den ausgesprochenen Vorteil aufweist, kontinuierlich eingesetzt zu werden, bietet dem gegenüber der Einsatz des Adsorbers oder einer Kombination von Kondensator und Adsorber in dem beschriebenen Verfahren die Möglichkeit eine verbesserte Trocknung bei der jeweils zur Verfügung stehenden Wärmesenke zu erreichen. Darüber hinaus kann hierbei bei einigen Ausführungen Prozessdampf für die Reformierung zur Verfügung gestellt werden.Also, it is advantageous for the above-described method, when the fuel stream and / or the exhaust gas stream of water vapor is removed by adsorption and / or condensation, so that an advantageous favorable but also in easy way adjustable dehumidification can be used. While a condenser has the pronounced advantage of being used continuously, the use of the adsorber or a combination of condenser and adsorber in the method described offers the possibility of achieving improved drying in the heat sink available in each case. In addition, in some embodiments, process steam can be made available for reforming.

Auch ist es vorteilhaft für das Verfahren, wenn der Brennstoffstrom mittels einer aus dem Abgasstrom in den Brennstoffstrom übertragenen Abgasenthalpie reformiert wird. Dies bietet, wie ausführlich vorstehend erläutert, die Möglichkeit in dem Abgasstrom enthaltene Energie über eine chemische Rekuperation dem thermodynamischen Prozess der Verbrennungskraftmaschine wieder einzukoppeln, so dass der in die Umgebung abgegebene Energiestrom gemindert werden kann. Der beschriebene Vorteil ergibt sich auch dann, wenn die in dem Abgasstrom enthaltene Wärmeenergie in ein Fernwärme- oder Prozesswärmenetz eingespeist und zum Beheizen von Wohnraum oder Produktionsprozessen eingesetzt wird, da mechanische Energie relativ zu Wärmeenergie höherwertiger, also unter geringerer Entropiebildung, eingesetzt werden kann und in der industriellen Anwendung besser vergütet, also einen geldwerten Vorteil bietet.It is also advantageous for the method if the fuel stream is reformed by means of an exhaust gas enthalpy which is transferred from the exhaust gas stream into the fuel stream. This offers, as explained in detail above, the possibility of re-coupling energy contained in the exhaust gas stream via a chemical recuperation to the thermodynamic process of the internal combustion engine, so that the energy flow emitted into the environment can be reduced. The described advantage also results when the heat energy contained in the exhaust gas flow is fed into a district heating or process heat network and used for heating of living space or production processes, since mechanical energy relative to thermal energy of higher value, so with less Entropiebildung, can be used and the industrial application better reimbursed, so offers a pecuniary advantage.

Für den Einsatz eines Adsorbers in dem vorstehend erläuterten Verfahren ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn ein im Brennstoffstrom und/oder im Abgasstrom angeordneter Adsorber in zeitlicher Abfolge zunächst dem Brennstoffstrom und/oder dem Abgasstrom Wasser entzieht und daraufhin mittels eines weiteren Brennstoffstromes und/oder mittels eines weiteren Abgasstromes regeneriert wird. Der Einsatz eines Adsorbers zur Entfeuchtung kann unter Verwendung der im Abgas enthaltenen Wärme folglich mit einem geringen Mehraufwand konstruktiv einfach in dem erfindungsgemäßen Verfahren appliziert werden, da in der Regel ein Adsorber zur Entfeuchtung nach einer definierten Dauer mit Wasser gesättigt wird und eine Regeneration durchgeführt werden sollte. Die Verwendung der ohnehin an der Verbrennungskraftmaschine anfallenden Abgas-, Kühlwasserwärme und/oder Schmiermittelwärme bietet somit die Möglichkeit auf komplexe Verfahren und Konstruktionen zur Regenration zu verzichten.For the use of an adsorber in the above-described method, it is likewise advantageous if an adsorber arranged in the fuel stream and / or in the exhaust stream first extracts water from the fuel stream and / or the exhaust stream in chronological sequence and then by means of a further fuel stream and / or by means of a regenerated further exhaust stream. The use of an adsorbent for dehumidification can thus be applied structurally simple in the inventive method using the heat contained in the exhaust gas with a low overhead, since usually an adsorbent for dehumidification is saturated with water after a defined period and regeneration should be performed , The use of the exhaust gas, cooling water heat and / or lubricant heat arising in any case on the internal combustion engine thus offers the possibility of dispensing with complex processes and designs for regeneration.

Insofern ist es auch vorteilhaft für das Verfahren, wenn der Adsorber mittels eines Kühlwasser- und/oder Schmiermittelstromes der Verbrennungskraftmaschine regeneriert wird.In this respect, it is also advantageous for the method when the adsorber is regenerated by means of a cooling water and / or lubricant flow of the internal combustion engine.

Für das vorstehend erläuterte Verfahren mit dem weiteren Brennmittelstrom und/oder dem weiteren Abgasstrom ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn der weitere Brennstoffstrom ein dem Reformer zugeführter Primärbrennstoffstrom ist und/oder der weitere Abgasstrom ein Reformerabgasstrom ist. Insofern können der weitere Brennstoffstrom aus dem bereits bestehenden Brennstoffstrom und/oder der weitere Abgasstrom aus dem bestehenden Abgasstrom entnommen werden. Es versteht sich, dass das Verhältnis aus Brennstoffstrom und weiterem Brennstoffstrom bzw. aus Abgasstrom und weiterem Abgasstrom nicht notwendigerweise im Gleichgewicht, also 1:1, sein müssen. Vielmehr kann auch eine Ungleichverteilung der Massenströme, je nach Größe der eingesetzten Adsorber, vorteilhaft für das Verfahren sein.For the method explained above with the further fuel stream and / or the further exhaust gas stream, it is furthermore advantageous if the further fuel stream is a primary fuel stream fed to the reformer and / or the further exhaust gas stream is a reformer exhaust gas stream. In this respect, the further fuel flow from the already existing fuel flow and / or the further exhaust gas flow can be taken from the existing exhaust gas flow. It is understood that the ratio of fuel flow and further fuel flow or from exhaust gas flow and further exhaust gas flow does not necessarily have to be in equilibrium, ie 1: 1. Rather, an unequal distribution of the mass flows, depending on the size of the adsorber used, be advantageous for the process.

Unter Primärbrennstoffstrom wird weiterhin jeglicher Brennstoffstrom verstanden, welcher dem Reformer zugeführt bzw. als Eingangsbrennstoff für die Reformierung und Erzeugung des Synthesegases verwendet wird.Primary fuel flow is furthermore understood to mean any fuel flow which is fed to the reformer or used as input fuel for the reforming and production of the synthesis gas.

Besonders vorteilhaft lässt sich das Verfahren mit dem weiteren Brennstoffstrom und dem weiteren Abgasstrom anwenden, wenn sich das Verfahren durch einen Paralleladsorber auszeichnet, wobei der Adsorber und der Paralleladsorber wechselseitig zunächst stromaufwärts des Reformers und anschließend stromabwärts des Reformers und/oder zunächst stromaufwärts eines Kondensators und anschließend stromabwärts des Kondensators angeordnet werden, wobei der stromaufwärts angeordnete Adsorber oder Paralleladsorber Wasserdampf abgibt und der stromabwärts angeordnete Adsorber oder Paralleladsorber Wasserdampf aufnimmt. Auch diese Anordnung begünstigt eine kontinuierliche Behandlung des Brennstoffstromes und/oder des Abgasstromes durch den Adsorber, da während der Regeneration des Adsorbers der Paralleladsorber den durch den Adsorber aufrechterhaltenen Prozess weiterführt und somit insgesamt eine kontinuierliche Entfeuchtung bzw. Befeuchtung stattfinden kann.The method can be used particularly advantageously with the further fuel stream and the further exhaust gas stream if the method is characterized by a parallel adsorber, the adsorber and the parallel adsorber alternating first upstream of the reformer and subsequently downstream of the reformer and / or first upstream of a condenser and subsequently are arranged downstream of the condenser, wherein the upstream adsorber or parallel adsorber delivers water vapor and the downstream adsorber or parallel adsorber receives water vapor. This arrangement also favors a continuous treatment of the fuel flow and / or the exhaust gas flow through the adsorber, since during the regeneration of the adsorber, the parallel adsorber continues the process maintained by the adsorber and thus a total of continuous dehumidification or humidification can take place.

Weiterhin ist es vorteilhaft für das beschriebene Verfahren wenn der Brennstoffstrom und/oder Abgasstrom vor dem Entzug des Wasserdampfes gekühlt wird, wodurch der Taupunkt abgesenkt und die absolute Feuchtigkeit um einen größeren Betrag gesenkt werden kann, als dies ohne Abkühlung der Fall wäre. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil, dass der Adsorber durch möglicherweise vorhandene Wärme im Brennstoffstrom und/oder im Abgasstrom zusätzliche Feuchtigkeit abgibt, da er in die Regeneration kommt, anstatt Feuchtigkeit zu entziehen.Furthermore, it is advantageous for the described method when the fuel stream and / or exhaust gas stream is cooled before the removal of the water vapor, whereby the dew point can be lowered and the absolute humidity can be reduced by a larger amount than would be the case without cooling. In addition, there is the advantage that the adsorber by possibly existing heat in the fuel stream and / or in the exhaust stream gives off additional moisture, since it comes into the regeneration, instead of withdrawing moisture.

Auch ist es vorteilhaft für das Verfahren, wenn dieses sich durch einen Serielladsorber auszeichnet, wobei ein durch den Adsorber und den Serielladsorber geleiteter Stoffstrom zwischen dem Adsorber und dem Serielladsorber zwischengekühlt und/oder zwischenerwärmt wird. Der durch den Adsorber geleitete Stoffstrom, welcher der Brennstoffstrom, der weitere Brennstoffstrom, der Abgasstrom, der weitere Abgasstrom, der Primärbrennstoffstrom und/oder Synthesegasstrom sein kann, wird durch die Zwischenkühlung einer stärkeren Trocknung unterworfen, indem am Eingang des Serielladsorbers eine höhere relative Feuchtigkeit vorliegt und eine weitere Entfeuchtung einsetzen kann. Weiterhin bewirkt die Zwischenerwärmung eine effizientere Regeneration des Serielladsorbers einzuleiten, da durch eine Wärmeaufnahme im Adsorber die zur Regeration des Serielladsorbers zur Verfügung stehende Wärmemenge geringer ausfallen kann.It is also advantageous for the method, if this is distinguished by a serial adsorber, wherein a flow of material passed through the adsorber and the serial adsorber is intercooled between the adsorber and the serial adsorber and / or is warmed up. The material stream passed through the adsorber, which may be the fuel stream, the further fuel stream, the exhaust stream, the further offgas stream, the primary fuel stream and / or synthesis gas stream, is subjected to greater drying by the intermediate cooling, in that a higher relative humidity is present at the inlet of the serial adsorber and can use another dehumidification. Furthermore, the interim heating causes a more efficient regeneration of the serial adsorber initiate, since by a heat absorption in the adsorber available for the regeneration of the serial adsorber amount of heat can turn out lower.

Für das vorstehend erläuterte Verfahren ist es ferner vorteilhaft, wenn das Verfahren einen Serielladsorber beinhaltet, wobei ein durch den Adsorber und den Serielladsorber geleiteter Stoffstrom vor Eintritt in den Adsorber mittels eines Wärmeübertragers gekühlt sowie zwischen dem Adsorber und dem Serielladsorber mittels des Wärmeübertragers erwärmt wird. Wie auch zuvor schon erläutert, lässt sich durch die Auskopplung einer Wärmemenge bzw. eines Wärmestromes vor dem Adsorber dieser Adsorber vor Überhitzung und möglicher Zerstörung schützen. Das erneute Einkoppeln der vor dem Adsorber entnommenen Wärme in den Stoffstrom hinter dem Adsorber führt weiterhin zu einer Temperaturanhebung des in dem Adsorber abgekühlten sowie in den Serielladsorber eintretenden Stoffstrom. Eine Regeneration des Serielladsorbers wird folglich auf Grund des gesteigerten Temperaturniveaus unter besseren Voraussetzungen stattfinden können.For the method explained above, it is also advantageous if the method includes a serial adsorber, wherein a stream of material passed through the adsorber and the serial adsorber is cooled before entry into the adsorber by means of a heat exchanger and heated between the adsorber and the serial adsorber by means of the heat exchanger. As already explained above, can be protected from overheating and possible destruction by decoupling an amount of heat or heat flow in front of the adsorber of this adsorber. The renewed coupling of the heat removed in front of the adsorber into the stream downstream of the adsorber furthermore leads to a rise in the temperature of the stream cooled in the adsorber and entering the serial adsorber. Regeneration of the serial adsorber will consequently be able to take place under better conditions due to the increased temperature level.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale und Ausgestaltungen vorliegender Erfindung auch unabhängig voneinander vorteilhaft für eine Verbrennungskraftmaschine und für ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine vorteilhaft sind.It is understood that the above-mentioned features and configurations of the present invention are also advantageously advantageous for an internal combustion engine and for a method for operating an internal combustion engine.

Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung der Figuren erläutert. In den Figuren zeigen:Further embodiments and details of the present invention will be explained with reference to the following description of the figures. In the figures show:

1 eine Anordnung mit zwei seriell angeordneten Adsorbern, einem Kühler und einem Wasserabscheider zum Entfeuchten eines Synthesegasstromes; 1 an arrangement with two serially arranged adsorbers, a condenser and a water separator for dehumidifying a syngas stream;

2 eine Anordnung mit zwei seriell angeordneten Adsorbern, einem Kühler und einem Wasserabscheider zum Entfeuchten eines Abgasgasstromes; 2 an arrangement with two serially arranged adsorbers, a cooler and a water separator for dehumidifying an exhaust gas stream;

3 einen Adsorberträger zum Wechseln der Adsorberpositionen; 3 an adsorber carrier for changing adsorber positions;

4 einen Trommeladsorber zur kontinuierlichen Adsorption und Regeneration; 4 a drum adsorber for continuous adsorption and regeneration;

5 eine Anordnung aus jeweils drei seriellen aktiven Adsorbern und drei regenerierenden Adsorbern; 5 an arrangement of three serial active adsorbers and three regenerating adsorbers;

6 eine Anordnung eines Reformers und eines Wärmeübertragers an einem Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader; und 6 an arrangement of a reformer and a heat exchanger on an internal combustion engine with turbocharger; and

7 eine Anordnung aus einem Adsorber, einem Serielladsorber und einem Wärmeübertrager. 7 an arrangement of an adsorber, a serial adsorber and a heat exchanger.

Zwischen zwei seriell angeordneten Adsorbern nach 1, einem aktiven Adsorber 11 und einem regenerierenden Adsorber 12, sind ist ein Kühler 13 und ein Wasserabscheider 14 angeordnet, wobei die Gesamtanordnung von einem Synthesegasstrom durchströmt wird. Ein feuchtes Synthesegas 15 wird in einem Reformer gebildet, welcher in einem der nach 1 dargestellten Gesamtanordnung vorgeschaltet ist. Das feuchte Synthesegas 15 wird zunächst in den regenerierenden Adsorber 12 geleitet, in welchem es weitere in dem Adsorber gespeicherte Feuchtigkeit, also Wasserdampf, aufnimmt. Der regenerierende Adsorber 12 wird im Prozessverlauf mittels des feuchten Synthesegases bei erhöhter Temperatur entfeuchtet, wodurch der regenerierende Adsorber 12 im Anschluss zur Entfeuchtung des feuchten Synthesegases 15 eingesetzt werden kann.Between two serially arranged adsorbers 1 , an active adsorber 11 and a regenerating adsorber 12 , are is a cooler 13 and a water separator 14 arranged, wherein the overall arrangement is flowed through by a synthesis gas stream. A moist synthesis gas 15 is formed in a reformer, which in one of the 1 is shown upstream overall arrangement. The moist synthesis gas 15 is first in the regenerating adsorber 12 passed, in which it receives more stored in the adsorber moisture, ie water vapor. The regenerating adsorber 12 is dehumidified in the course of the process by means of the moist synthesis gas at elevated temperature, whereby the regenerating adsorber 12 following dehumidification of the moist synthesis gas 15 can be used.

Das Synthesegas, welches die Anordnung nach 1 als getrocknetes Synthesegas 16 verlässt, um einem nachgeschalteten Verbrennungsmotor als Brennstoff zugeführt zu werden, wird zunächst, nachdem es im regenerierenden Adsorber 12 wird weiterem Wasserdampf beladen worden ist, dem Kühler 13 und dem Wasserabscheider 14 zugeführt. Hierbei erfolgt eine teilweise Abscheidung des in dem feuchten Synthesegas 15 enthaltenen sowie des aus dem regenerierenden Adsober 12 entnommenen Wassers. Im Unterschied zum regenerierende Adsorber 12, welcher zum Regenerieren einen heißen Gasstrom, also das feuchte Synthesegas 15 mit einer Temperatur um 250°C bis 300°C, benötigt, wird zum Abscheiden im Wasserabscheider 14 eine Wärmesenke im Kühler 13 benötigt. Zu diesem Zweck ist der Kühler 13 wahlweise an einem Kühlkreislauf des nachgeschalteten Verbrennungsmotors oder an einen separaten Kühlkreislauf angeschlossen, wodurch, wegen der durch die Umgebungstemperatur begrenzten Wärmesenke, eine lediglich teilweise Entfeuchtung des feuchten Synthesegases 15 erfolgt.The synthesis gas, which the arrangement according to 1 as dried synthesis gas 16 leaves to be fed to a downstream internal combustion engine as fuel, first, after it is in the regenerating adsorber 12 more water vapor has been loaded to the radiator 13 and the water separator 14 fed. In this case, a partial deposition of the occurs in the wet synthesis gas 15 contained as well as from the regenerating Adsober 12 taken from the water. In contrast to the regenerating adsorber 12 , which for regeneration a hot gas stream, so the wet synthesis gas 15 with a temperature around 250 ° C to 300 ° C, needed, is deposited in the water separator 14 a heat sink in the radiator 13 needed. For this purpose is the radiator 13 optionally connected to a cooling circuit of the downstream internal combustion engine or to a separate cooling circuit, whereby, due to the limited by the ambient temperature heat sink, only a partial dehumidification of the wet synthesis gas 15 he follows.

Das Entfeuchten des feuchten Synthesegases 15 auf das letztendlich erwünschte Feuchtigkeitsniveau erfolgt im Anschluss an den Wasserabscheider 14 durch den aktiven Adsorber 11. Dieser aktive Adsorber 11, wie auch der regenerierende Adsorber 12, enthält hydrophyles Material, etwa einen Zeolithen oder Silicagel, welches den in dem feuchten Synthesegas 15 enthaltenen Wasserdampf durch Adsorption speichert und an seinem Ausgang das getrocknete Synthesegas 16 bereitstellt. An dieser Stelle sei erwähnt, dass statt eines Zeolithen oder statt Silicagel auch andere Technologien zur Abscheidung des in dem feuchten Synthesegases 12 enthaltenen Wassers denkbar sind.Dehumidifying the moist synthesis gas 15 the final desired level of moisture is achieved after the water separator 14 through the active adsorber 11 , This active adsorbers 11 as well as the regenerating adsorber 12 Contains hydrophilic material, such as a zeolite or silica gel, which in the wet synthesis gas 15 Adsorbed water vapor contained stores and at its output the dried synthesis gas 16 provides. It should be noted that instead of a zeolite or instead of silica gel, other technologies for the deposition of the wet in the synthesis gas synthesis 12 contained water are conceivable.

Die Speicherung des Wasserdampfes in dem aktiven Adsorber 11 ist durch die Speicherkapazität des zum Entfeuchten eingesetzten Materiales begrenzt, was zu der Notwendigkeit einer Regeneration des verwendeten Adsorbers führt. Die Regeneration erfolgt hierbei, wie bereits oben stehend angedeutet, durch den in dem feuchten Synthesegas 15 enthaltenen Wärmestrom, was zu einer Desorption des zuvor gespeicherten Wassers führt. Um den beladenen aktiven Adsorber 11 zu regenerieren werden der aktive Adsorber 11 und der regenerierende Adsorber, nachdem dieser zuvor regeneriert worden ist, wahlweise entweder in ihrer Position vertauscht oder die Strömungsrichtung des Synthesegases umgekehrt.The storage of water vapor in the active adsorber 11 is limited by the storage capacity of the material used for dehumidifying, which leads to the need for regeneration of the adsorber used. The regeneration takes place here, as already indicated above, by the in the wet synthesis gas 15 contained heat flow, which leads to a desorption of the previously stored water. To the loaded active adsorber 11 to regenerate become the active adsorber 11 and the regenerating adsorber, after it has been previously regenerated, optionally either reversed in position or the flow direction of the synthesis gas reversed.

In ähnlicher Weise, wie die Entfeuchtung des feuchten Synthesegases 15 anhand der Anordnung nach 1 erfolgt, wird in der Anordnung nach 2 ein feuchtes Abgas 25 getrocknet. Die Trocknung des feuchten Abgases 25, welches als getrocknetes Abgas 26, einen aktiven Adsorber 21 verlässt, erfolgt ebenfalls mittels eines Kühlers 23, eines Wasserabscheiders 24 und des besagten aktiven Adsorbers 21. Das Abscheiden des in dem feuchten Abgas 25 enthaltenen Wassers wird, anders als bei der Anordnung nach 1, welche über die Abscheidung des Wassers die Temperatur des aus dem Verbrennungsmotor austretenden Abgases auf Grund der Thermodynamik der Verbrennungskraftmaschine erhöht, dem Reformer zugeführt, um in diesem Wasserdampf für das Erzeugen des Synthesegases bereitzustellen. Folglich kann ein geschlossener Wasserkreislauf an dem Reformer realisiert werden, wodurch das Zuführen von externem Wasser für das Erzeugen von Synthesegas nicht notwendig ist.In a similar way as the dehumidification of the moist synthesis gas 15 according to the arrangement 1 takes place, according to the arrangement 2 a moist exhaust 25 dried. The drying of the moist exhaust gas 25 which is dried exhaust gas 26 , an active adsorber 21 leaves, also done by means of a cooler 23 , a water separator 24 and said active adsorber 21 , The deposition of the wet exhaust gas 25 contained water, unlike the arrangement after 1 , which increases the temperature of the exhaust gas exiting the internal combustion engine due to the thermodynamics of the internal combustion engine via the separation of the water, fed to the reformer to provide in this steam for the production of the synthesis gas. Consequently, a closed water loop can be realized on the reformer, whereby the supply of external water for the production of synthesis gas is not necessary.

Zum Wechseln der Positionen des aktiven Adsorbers 11, 21 sowie des regenerierenden Adsorbers 12, 22 ist ein Adsorberträger 41 nach 3 vorgesehen. Der Adsorberträger 41 verfügt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über sechs Adsorberhalter 45, welche um eine Rotationsachse 44 des Adsorberträgers 41 rotieren und wobei jeweils drei in den jeweiligen Adsorberhaltern 45 befindliche Adsorber durch eine Aktivseite 42 sowie drei in weiteren Adsorberhaltern 45 befindliche Adsorber durch eine Regenerationsseite 43 des Adsorberträgers 41 geführt werden. Wie sofort ersichtlich, entspricht folglich ein auf der Aktivseite 42 befindlicher Adsorber dem nach den 1 und 2 beschriebenen aktiven Adsorbern 11, 21 und ein auf der Regenerationsseite 43 befindlicher Adsorber den regenerierenden Adsorbern 12, 22.To change the positions of the active adsorber 11 . 21 and the regenerating adsorber 12 . 22 is an adsorber carrier 41 to 3 intended. The adsorber carrier 41 has six Adsorberhalter in the illustrated embodiment 45 which are about an axis of rotation 44 of the adsorber carrier 41 rotate and taking three each in the respective Adsorberhaltern 45 adsorber located through an active side 42 and three in other Adsorberhaltern 45 Adsorber located through a regeneration side 43 of the adsorber carrier 41 be guided. As can be seen immediately, consequently corresponds to one on the active side 42 located adsorber after the 1 and 2 described active adsorbers 11 . 21 and one on the regeneration side 43 Adsorbent the regenerating adsorbers 12 . 22 ,

Zusätzlich zu dem stufenweise Wechseln der Adsorberpositionen, wodurch ein jeweiliger aktiver Adsorber 11, 12 in einen regenerierenden Adsorber 12, 22 überführt wird, werden die in den Adsorberhaltern 45 geführten Adsorber, in Abweichung zu den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele, auf der Aktivseite 42 sowie auf der Regerationsseite 43 durch drei Positionen geführt, wodurch eine dreistufige Trocknung bzw. eine dreistufige Regeneration realisiert wird. Die auf der Aktivseite 42 angeordneten aktiven Adsorber 11, 21 sind in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel untereinander strömungsmechanisch Verbunden, wobei der über die Aktivseite 42 geführter Synthesegasstrom bzw. Abgasstrom nacheinander alle drei aktiven Adsorber 11, 21 durchströmt. Bei Verwendung des Adsorberträgers 41 zum Trocknen eines Synthesegasstromes ist derjenige auf der Aktivseite 42 angeordnete Adsorber, welcher zuletzt regeneriert worden ist, dem Verbrennungsmotor zugewandt und wird folglich zuletzt mit dem Synthesegas durchströmt. Derjenige auf der Aktivseite 42 angeordnete Adsorber, welcher kurz vor Eintritt auf die Regenerationsseite 43 steht, wird durch das Synthesegas zuerst durchströmt. Diese Anordnung der Adsorber in dem Synthesegasstrom bewirkt, dass das Synthesegas in seinem Eintrittszustand, wenn die Wasserbeladung maximal ist, in den Adsorber eintritt, welcher die größte Beladung aufweist und dass das Synthesegas kurz vor seinem Austrittszustand, wenn die Wasserbeladung gegen ein Minimum geht, in denjenigen Adsorber eintritt, welcher kurz zuvor regeneriert worden ist und somit die geringste Beladung aufweist. Es ist sofort ersichtlich, dass durch diese Anordnung und Strömungsrichtung eine maximale Entfeuchtung des Synthesegases ermöglicht wird.In addition to the stepwise changing of the adsorber positions, whereby a respective active adsorber 11 . 12 in a regenerating adsorber 12 . 22 are transferred in the adsorber holders 45 guided adsorber, in deviation from the above-described embodiments, on the active side 42 as well as on the Regerationsseite 43 guided through three positions, whereby a three-stage drying or a three-stage regeneration is realized. The on the active side 42 arranged active adsorber 11 . 21 are in the described embodiment with each other fluidically connected, wherein the on the active side 42 Guided synthesis gas stream or exhaust gas flow successively all three active adsorber 11 . 21 flows through. When using the adsorber carrier 41 for drying a synthesis gas stream is the one on the active side 42 arranged adsorber, which has been regenerated last, facing the engine and consequently is flowed through the last with the synthesis gas. The one on the active side 42 arranged adsorber, which shortly before entering the regeneration side 43 is, is flowed through by the synthesis gas first. This arrangement of the adsorbers in the syngas stream causes the syngas in its entry state, when the water load is maximum, to enter the adsorber which has the largest loading and that the synthesis gas shortly before its exit state, when the water loading goes to a minimum those adsorber enters, which has been regenerated shortly before and thus has the lowest loading. It is immediately apparent that this arrangement and flow direction allows a maximum dehumidification of the synthesis gas.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel bietet zudem die Möglichkeit (nicht dargestellt) zwischen den jeweiligen Adsorbern eine Zwischenkühlung und/oder eine Zwischenerhitzung des Synthesegasstromes vorzusehen.The embodiment described also offers the possibility (not shown) to provide intermediate cooling and / or intermediate reheating of the synthesis gas stream between the respective adsorbers.

Wird statt des Synthesegases ein Abgasstrom mittels des Adsorberträgers 41 und einer dreistufigen Trocknung getrocknet, wird an den drei auf der Aktivseite 42 angeordneten Adsorbern die gleiche Strömungsrichtung angewandt, wobei der Verbrennungsmotor in diesem Fall dem Adsorber auf der Eintrittsseite, also dem am meisten beladenen Adsorber, zugeordnet ist.If instead of the synthesis gas, an exhaust gas stream by means of the adsorber 41 and dried a three-stage drying, will be on the three on the active side 42 arranged adsorbers the same flow direction, the internal combustion engine in this case the adsorber on the inlet side, ie the most loaded adsorber, is assigned.

Wie sofort ersichtlich kann neben einer dreistufigen Anordnung der Adsorber auch jede beliebige mehrstufige Trocknung sowie Regeneration verwendet werden, sofern die Anzahl der Adsorberhalter 45 entsprechend erhöht wird. Insofern kann für eine vierstufige Trocknung und Regeration ein Adsorberträger mit acht Adsorberhaltern 45 verwendet werden. Auch ist es nicht zwingend notwendig die Aktivseite 42 und die Regenerationsseite 43 eines mehrstufigen Adsorberträgers symmetrisch zu gestalten. So kann beispielsweise eine dreistufige Aktivseite 42 mit einer zweistufigen Regenerationsseite 43 verwendet werden. Ebenso ist es alternativ auch denkbar den beschriebenen Adsorptionsträger 41 auch für mehrere Adsorber vorzusehen, welche parallel zueinander angeordnet sind, wobei beispielsweise drei einzelne Synthesegasströme bzw. drei einzelne Abgasströme durch die Adsorber der Aktivseite 42 geführt und hinter dem Adsorberträger 41 zusammengeführt werden. In einer derartigen Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, wenn der Adsorberträger 41 jeweils um 180° um die Rotationsachse 44 gedreht wird, um in den jeweiligen parallelen Stoffströmen Adsorber mit gleicher Beladung zu verwenden, was jedoch nicht zwingend notwendig ist.As can be seen immediately next to a three-stage arrangement of the adsorber also any multi-stage drying and regeneration used, provided the number of adsorber holders 45 is increased accordingly. In this respect, for a four-stage drying and regeneration, an adsorber carrier with eight adsorber holders 45 be used. Also, it is not necessarily the asset side 42 and the regeneration page 43 to make a multi-stage adsorber symmetrically. For example, a three-level asset page 42 with a two-stage regeneration page 43 be used. Likewise, it is alternatively also conceivable the adsorption carrier described 41 Also provide for a plurality of adsorbers, which are arranged parallel to each other, for example, three individual synthesis gas streams or three individual exhaust gas streams through the adsorber of the active side 42 guided and behind the adsorber 41 be merged. In such an embodiment, it is particularly advantageous if the adsorber carrier 41 each 180 ° about the axis of rotation 44 is rotated to use in the respective parallel streams adsorber with the same load, but this is not absolutely necessary.

Ein Trommeladsorber 51 nach 4 als Alternative zum Ausführungsbeispiel nach 3 wird zur kontinuierlichen Adsorption und Regeneration verwendet, um einen nicht intermittierenden Gasstrom während des Positionswechsels einzelner Adsorber zu gewährleisten. Hierbei ist der Trommeladsorber 51 als ein einzelner Adsorber mit einer Vielzahl von zu einer Rotationsachse 54 parallel verlaufenden Adsorptionskanälen (nicht dargestellt) ausgeführt. Die einzelnen Adsorptionskanäle durchlaufen während einer kontinuierlichen Drehung des Trommeladsorbers 51 verschiedene Aktivzonen 55 sowie Regenerationszonen 56, welche den Adsorberpositionen des Ausführungsbeispiels nach 3 entsprechen und ebenfalls eine dreistufige Trocknung sowie Regeneration ermöglichen. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist folglich eine mehrstufige Trocknung sowie Regeneration denkbar, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 auch bereits beschrieben worden ist. Die dreistufige Trocknung wird in diesem Fall ermöglicht, indem die jeweils sechs (nicht dargestellten) Zuführungs- und Abführungsleitungen relativ zum Trommeladsorber 51 gehäusefest angeordnet sind und der Trommeladsorber 51 zwischen den Zuführungs- und Abführungsleitungen rotiert.A drum adsorber 51 to 4 as an alternative to the embodiment according to 3 is used for continuous adsorption and regeneration to ensure nonintermittent gas flow during the position change of individual adsorbers. Here is the drum adsorber 51 as a single adsorber with a plurality of to a rotation axis 54 running parallel adsorption channels (not shown). The individual adsorption channels pass through during a continuous rotation of the Trommeladsorbers 51 different active zones 55 and regeneration zones 56 , which according to the Adsorberpositionen of the embodiment 3 correspond and also allow a three-stage drying and regeneration. Also in this embodiment, a multi-stage drying and regeneration is therefore conceivable, as in the embodiment according to 3 also already been described. The three-stage drying is made possible in this case by the respective six (not shown) supply and discharge lines relative to the Trommeladsorber 51 are fixed to the housing and the Trommeladsorber 51 rotated between the supply and discharge lines.

Eine weitere Anordnung aus seriell geschalteten und mehrstufig betriebenen aktiven Adsorbern 61 und regenerierenden Adsorbern 62 wird nachfolgend anhand des Ausführungsbeispiels nach 5 beschrieben. Hierbei wird zunächst ein Brenngas 67 einem Erhitzer 66 zugeführt, in welchem das Brenngas 67 Wärme aufnimmt und dem ersten von drei regenerierenden Adsorbern 62 zugeführt wird, wobei der regenerierende Adsorber 62 dem Brennstoffstrom 67 Wasser zuführt. Durch die Abkühlung des Brenngases 67, wird in dem zweiten der drei Erhitzer 66 dem Brenngas 67 erneut Wärme zugeführt und die Beladung des Brenngases 67 mit Wasser noch zwei weitere Male durchgeführt. Das Brenngas 67 verlässt die Anordnung der drei auf einer Regenerationsseite 64 angeordneten regenerierenden Adsorbern 62 als ein feuchtes Brenngas 68, welches einem Reformer zur Bildung eines Synthesegases 69 zugeführt wird.Another arrangement of serially connected and multistage active adsorbers 61 and regenerating adsorbers 62 will be with reference to the embodiment according to 5 described. Here, first, a fuel gas 67 a heater 66 fed, in which the fuel gas 67 Absorbs heat and the first of three regenerating adsorbers 62 is fed, wherein the regenerating adsorber 62 the fuel stream 67 Supplying water. By cooling the fuel gas 67 , becomes in the second of the three heaters 66 the fuel gas 67 Heat is supplied again and the loading of the fuel gas 67 carried out with water two more times. The fuel gas 67 leaves the arrangement of the three on a regeneration page 64 arranged regenerating adsorbers 62 as a wet fuel gas 68 which a reformer to form a synthesis gas 69 is supplied.

Wie sofort ersichtlich, wird das den regenerierenden Adsorbern 62 zugeführte Brenngas 67 nicht lediglich zur Regeneration der regenerierenden Adsorber 62 verwendet, um daraufhin das Synthesegas 69 zu trocknen, sondern darüber hinaus auch, um bereits das dem Reformer zugeführte Brenngas 67 mit Wasser zu beladen, welches zur Bildung des Synthesegases 69 benötigt wird, wie dies beispielweise bei der Wassergas-Shift-Reaktion bzw. der Wasserdampfreformierung geschieht.As can be seen immediately, this becomes the regenerating adsorber 62 supplied fuel gas 67 not just to regenerate the regenerating adsorber 62 then used the synthesis gas 69 but also, in addition, already to the fuel gas supplied to the reformer 67 laden with water, which is used to form the synthesis gas 69 is required, as happens for example in the water gas shift reaction or the steam reforming.

Das aus dem Reformer austretende Synthesegas 69 wird auf einer Aktivseite 63 den auf drei Adsorberträgern 71 befindlichen aktiven Adsorbern 61 zugeführt. Vor Eintritt des Synthesegases 69 in die drei aktiven Adsorber wird dieses jeweils durch einen Kühler 65 geleitet, in welchem die relative Feuchtigkeit auf Grund der Verschiebung des Taupunktes erhöht. Zuletzt tritt das auf der Aktivseite 63 zugeführte Synthesegas 69 als trockenes Synthesegas 70 wieder aus, wonach es einem Verbrennungsmotor zugeführt wird. Wie bereits zuvor beschrieben, ist auch eine mehrstufige Anordnung aus vier oder mehr, aber auch mit einem oder zwei Adsorberträgern 71 denkbar.The synthesis gas leaving the reformer 69 will be on an asset page 63 on three adsorbers 71 located active adsorbers 61 fed. Before the synthesis gas 69 in the three active adsorber this is in each case by a cooler 65 in which the relative humidity increases due to the shift of the dew point. Finally, this occurs on the asset side 63 supplied synthesis gas 69 as a dry synthesis gas 70 again, after which it is fed to an internal combustion engine. As already described above, a multi-stage arrangement of four or more, but also with one or two Adsorberträgern 71 conceivable.

Die verwendeten Erhitzer 66 sind als Wärmeübertrager ausgeführt, welche auf ihrer wärmeabgebenden Seite beispielsweise mit dem Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt sind. Hierbei kommt es zu einer wirtschaftlichen Nutzung der als Abwärme üblicherweise nicht verwendeten Abgaswärme. Die Kühler 65 wiederrum, welche das in diese eintretende Synthesegas 69 kühlen, können auf einem erhöhtem Temperaturniveau arbeiten, beispielsweise 120°C, wobei ein durch die Kühler 65 geleiteter Wasserstrom erhitzt und verdampft wird, während des Synthesegas 69 gekühlt wird und gleichzeitig der entstehende Dampf als Prozessdampf für den Reformer eingesetzt werden kann. Durch die Kühlung steigt die relative Feuchtigkeit und der nachfolgende Adsorber kann mehr Feuchtigkeit adsorbieren.The heaters used 66 are designed as heat exchangers, which are coupled on their heat-emitting side, for example, with the exhaust system of the internal combustion engine. This results in an economic use of waste heat usually not used exhaust heat. The coolers 65 in turn, which is the entering into this synthesis gas 69 Cooling, can work at a higher temperature level, for example 120 ° C, with one through the radiator 65 directed water stream is heated and vaporized during the synthesis gas 69 is cooled and at the same time the resulting steam can be used as process steam for the reformer. By cooling, the relative humidity increases and the subsequent adsorber can adsorb more moisture.

Ein Wärmeübertrager 86, welcher zum Erhitzen eines Brenngases 88 eingesetzt wird, ist nach 6 in einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine 81 angeordnet. Ein aus der Verbrennungskraftmaschine 81 austretender Abgasstrom 87 wird zunächst in einen Reformer 82 geleitet, welcher mittels der in dem Abgasstrom 87 befindlichen Abgaswärme aus dem Brenngas 88 ein Synthesegas erzeugt, und treibt daraufhin eine Turbine 85 eines Abgasturboladers 83 der Verbrennungskraftmaschine 81 an. An die Turbine 85 wiederum ist ein Verdichter 84 zum Verdichten von Verbrennungsluft und/oder des Brenngas 88 gekoppelt. Das Brenngas 88 wird, wie bereits zuvor beschrieben, in dem Wärmeübertrager 86 erhitzt, um dieses einem regenerierenden Adsorber und daraufhin dem Reformer 82 zuzuführen.A heat exchanger 86 , which for heating a fuel gas 88 is used is after 6 in an exhaust system of an internal combustion engine 81 arranged. One from the internal combustion engine 81 exiting exhaust gas flow 87 first becomes a reformer 82 passed, which by means of the exhaust gas flow 87 located exhaust heat from the fuel gas 88 produces a syngas, and then drives a turbine 85 an exhaust gas turbocharger 83 the internal combustion engine 81 at. To the turbine 85 turn is a compressor 84 for compressing combustion air and / or the fuel gas 88 coupled. The fuel gas 88 is, as already described above, in the heat exchanger 86 heated to this a regenerating adsorber and then the reformer 82 supply.

Zum Schutz eines regenerierenden Adsorbers 91 vor Zerstörung durch einen heißen Abgasstrom 93 ist vor dem regenerierenden Adsorber 91, zumindest vor einem ersten von zwei in Serie geschalteten Adsorbern, ein Wärmeübertrager 92 nach 7 angeordnet. Der Abgasstrom 93 wird zunächst im Wärmeübertrager 92 abgekühlt, wonach in dem regenerierenden Adsorber 91 eine Beladung des Abgasstromes 93 mit Wasser erfolgt. Um daraufhin ein ausreichend hohes Temperaturniveau im Abgasstrom 93 für einen weiteren regenerierenden Adsorber 91, welcher in der erläuterten Ausführungsform ein Serielladsorber ist, zu erhalten, durchströmt das aus dem ersten der beiden regenerierenden Adsorber 91 austretende und abgekühlte Abgas wiederum den Wärmeübertrager 93, um in diesem erhitzt zu werden. Wie sofort ersichtlich, erfolgt durch diese Anordnung nicht nur ein Bauteilschutz für den ersten der beiden Adsorber, sondern auch ein Angleichen der Temperaturniveaus, so dass beide regenerierende Adsorber ähnlich dimensioniert werden können und einen ähnlichen Wirkungsgrad erreichen, wodurch insbesondere eine serielle Anordnung nach den vorstehend erläuternden Ausführungsbeispielen begünstigt werden kann.To protect a regenerating adsorber 91 from destruction by a hot exhaust gas flow 93 is in front of the regenerating adsorber 91 at least in front of a first of two adsorbers connected in series, a heat exchanger 92 to 7 arranged. The exhaust gas flow 93 is first in the heat exchanger 92 cooled, after which in the regenerating adsorber 91 a loading of the exhaust stream 93 done with water. Then a sufficiently high temperature level in the exhaust stream 93 for another regenerating adsorber 91 , which in the illustrated embodiment is a serial adsorber, flows through it from the first of the two regenerating adsorbers 91 leaking and cooled exhaust turn the heat exchanger 93 to be heated in this. As can be seen immediately, this arrangement is not only a component protection for the first of the two adsorber, but also an adjustment of the temperature levels, so that both regenerating adsorber can be dimensioned similarly and achieve a similar efficiency, which in particular a serial arrangement according to the above Embodiments can be favored.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1111
aktiver Adsorberactive adsorber
1212
regenerierender Adsorberregenerating adsorber
1313
Kühlercooler
1414
Wasserabscheiderwater
1515
feuchtes Synthesegasmoist synthesis gas
1616
getrocknetes Synthesegasdried synthesis gas
2121
aktiver Adsorber Abbactive adsorber Fig
2222
regenerierender Adsorberregenerating adsorber
2323
Kühlercooler
2424
Wasserabscheiderwater
2525
feuchtes Synthesegasmoist synthesis gas
2626
getrocknetes Synthesegasdried synthesis gas
4141
AdsorberträgerAdsorberträger
4242
AktivseiteAssets
4343
Regenerationsseiteregeneration side
4444
Rotationsachseaxis of rotation
4545
AdsorberhalterAdsorberhalter
5151
TrommeladsorberTrommeladsorber
5252
AktivseiteAssets
5353
Regenerationsseiteregeneration side
5454
Rotationsachseaxis of rotation
5555
Aktivzoneactive zone
5656
Regenerationszoneregeneration zone
6161
aktiver Adsorberactive adsorber
6262
regenerierender Adsorberregenerating adsorber
6363
AktivseiteAssets
6464
Regenerationsseiteregeneration side
6565
Kühlercooler
6666
Erhitzerheaters
6767
Brenngasfuel gas
6868
feuchtes Brenngasmoist fuel gas
6969
Synthesegassynthesis gas
7070
trockenes Synthesegasdry synthesis gas
7171
AdsorberträgerAdsorberträger
8181
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
8282
Reformerreformer
8383
Abgasturboladerturbocharger
8484
Verdichtercompressor
8585
Turbineturbine
8686
WärmeübertragerHeat exchanger
8787
Abgasstromexhaust gas flow
8888
Brenngasfuel gas
9191
regenerierender Adsorberregenerating adsorber
9292
WärmeübertragerHeat exchanger
9393
Abgasstromexhaust gas flow

Claims (17)

Verbrennungskraftmaschine, gekennzeichnet durch wenigstens einen Reformer und wenigstens einen Gasentfeuchter.Internal combustion engine, characterized by at least one reformer and at least one gas dehumidifier. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasentfeuchter in einem Brennstoffstrom stromaufwärts und/oder stromabwärts des Reformers angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the gas dehumidifier is arranged in a fuel flow upstream and / or downstream of the reformer. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasentfeuchter in einem Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the gas dehumidifier is arranged in an exhaust gas flow of the internal combustion engine. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Gasentfeuchter, wobei zwischen den beiden Gasentfeuchtern wenigstens eine Zwischenkühlung und/oder eine Zwischenerwärmung angeordnet ist.Internal combustion engine according to claims 1 to 3, characterized by at least two gas dehumidifiers, wherein between the two gas dehumidifiers at least one intermediate cooling and / or an intermediate heating is arranged. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Gasentfeuchter, wobei zwischen den beiden Gasentfeuchtern wenigstens ein Wärmeübertrager angeordnet ist, wobei eine wärmeabgebende Seite des Wärmeübertragers stromaufwärts des ersten der beiden Gasentfeuchter angeordnet ist und wobei eine wärmeaufnehmende Seite des Wärmeübertragers stromabwärts des ersten der beiden Wärmetauscher sowie stromaufwärts des zweiten der beiden Wärmetauscher angeordnet ist.Internal combustion engine according to claims 1 to 4, characterized by at least two gas dehumidifiers, wherein between the two gas dehumidifiers at least one heat exchanger is arranged, wherein a heat-emitting side of the heat exchanger upstream of the first of the two gas dehumidifier is arranged and wherein a heat-absorbing side of the heat exchanger downstream of the first of two heat exchangers and upstream of the second of the two heat exchangers is arranged. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasentfeuchter ein Adsorber ist.Internal combustion engine according to claims 1 to 5, characterized in that the gas dehumidifier is an adsorber. Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass einem Brennstoffstrom der Verbrennungskraftmaschine und/oder einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors Wasserdampf entzogen wird. Method for operating an internal combustion engine, characterized in that a fuel flow of the internal combustion engine and / or an exhaust gas stream of the internal combustion engine water vapor is withdrawn. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennstoffstrom und/oder dem Abgasstrom der Wasserdampf durch Adsorption und/oder durch Kondensation entzogen wird.A method according to claim 7, characterized in that the fuel stream and / or the exhaust gas stream of water vapor is removed by adsorption and / or by condensation. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine aus einem Reformer mit dem Brennstoffstrom gespeist wird.A method according to claim 7 or 8, characterized in that the internal combustion engine is fed from a reformer with the fuel stream. Verfahren nach den Ansprüchen 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffstrom in dem Reformer zumindest zum Teil reformiert wird.Process according to claims 9, characterized in that the fuel flow in the reformer is at least partially reformed. Verfahren nach den Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffstrom mittels einer aus dem Abgasstrom in den Brennstoffstrom übertragenen Abgasenthalpie reformiert wird.Method according to claim 9, characterized in that the fuel stream is reformed by means of an exhaust gas enthalpy transferred from the exhaust gas stream into the fuel stream. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Brennstoffstrom und/oder im Abgasstrom angeordneter Adsorber in zeitlicher Abfolge zunächst dem Brennstoffstrom und/oder dem Abgasstrom Wasser entzieht und daraufhin mittels eines weiteren Brennstoffstromes und/oder mittels eines weiteren Abgasstromes regeneriert wird.Process according to claims 9 to 11, characterized in that an adsorber arranged in the fuel stream and / or in the exhaust stream initially extracts water from the fuel stream and / or the exhaust gas stream in time and is subsequently regenerated by means of a further fuel stream and / or by means of a further exhaust gas stream , Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Brennstoffstrom ein dem Reformer zugeführter Primärbrennstoffstrom ist und/oder der weitere Abgasstrom ein Reformerabgasstrom ist.A method according to claim 12, characterized in that the further fuel flow is a primary fuel flow supplied to the reformer and / or the further exhaust gas flow is a reformer exhaust gas stream. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Paralleladsorber, wobei der Adsorber und der Paralleladsorber wechselseitig zunächst stromaufwärts des Reformers und anschließend stromabwärts des Reformers und/oder zunächst stromaufwärts eines Kondensators und anschließend stromabwärts des Kondensators angeordnet werden, wobei der stromaufwärts angeordnete Adsorber oder Paralleladsorber Wasserdampf abgibt und der stromabwärts angeordnete Adsorber oder Paralleladsorber Wasserdampf aufnimmt.A method according to claim 13, characterized by a parallel adsorber, wherein the adsorber and the parallel adsorber are mutually arranged upstream of the reformer and subsequently downstream of the reformer and / or first upstream of a condenser and subsequently downstream of the condenser, the upstream adsorber or parallel adsorber delivering water vapor and the downstream adsorber or parallel adsorber receives water vapor. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffstrom und/oder Abgasstrom vor dem Entzug des Wasserdampfes gekühlt wird.Process according to claims 7 to 14, characterized in that the fuel stream and / or exhaust gas stream is cooled before the withdrawal of the water vapor. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 15, gekennzeichnet durch einen Serielladsorber, wobei ein durch den Adsorber und den Serielladsorber geleiteter Stoffstrom zwischen dem Adsorber und dem Serielladsorber zwischengekühlt und/oder zwischenerwärmt wird.Process according to claims 7 to 15, characterized by a serial adsorber, wherein a flow of material passed through the adsorber and the serial adsorber is intercooled and / or interposed between the adsorber and the serial adsorber. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 16, gekennzeichnet durch einen Serielladsorber, wobei ein durch den Adsorber und den Serielladsorber geleiteter Stoffstrom vor Eintritt in den Adsorber mittels eines Wärmeübertragers gekühlt sowie zwischen dem Adsorber und dem Serielladsorber mittels des Wärmeübertragers erwärmt wird.Process according to claims 7 to 16, characterized by a serial adsorber, wherein a stream of material passed through the adsorber and the serial adsorber is cooled before entry into the adsorber by means of a heat exchanger and heated between the adsorber and the serial adsorber by means of the heat exchanger.
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