醇類催化裂解制氫裝置的制造方法
【專利摘要】一種醇類催化裂解制氫裝置，該裝置中的進(jìn)氣歧管接口設(shè)置在靠近預(yù)熱管的外殼側(cè)壁上，出氣歧管接口設(shè)置在靠近反應(yīng)室的外殼側(cè)壁上，進(jìn)氣歧管接口與出氣歧管接口之間的催化劑中設(shè)置有至少一條與催化劑密封隔開的第一尾氣通道，反應(yīng)室底部設(shè)有一個(gè)與預(yù)熱管連接相通的醇類噴射器。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是能夠增大尾氣與催化劑的接觸面積，提高尾氣熱量利用率，更好地利用、保護(hù)催化劑，延長(zhǎng)催化劑使用壽命。
【專利說明】
醇類催化裂解制氫裝置
技術(shù)領(lǐng)域
:
[0001]本實(shí)用新型涉及甲醇制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體講是一種小型電控雙熱源醇類催化裂解制氫裝置。
【背景技術(shù)】
:
[0002]氫是目前最輕分子，它在自然界以化合物的方式存在。氫氣與氧氣化合時(shí)會(huì)釋放出大量能量。氫氣易于和空氣均勾混合，其著火極限為4.1?75%，最大火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?91 cm/s，最大火焰?zhèn)鞑ニ俣仁瞧偷?.72倍。使用氫與汽油、柴油、天然氣混合燃料，會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和發(fā)動(dòng)機(jī)派發(fā)性能的改善，其原因氫的燃燒速度快，原燃料摻入一定比例的氫氣后，會(huì)大大縮短燃料的速燃期，使燃燒效率增加。尤其是在柴油機(jī)中加入氫氣后，由于氫氣的著火極限很寬(4.1?75% )，氣缸內(nèi)溫度一旦達(dá)到其著火溫度，氫氣便著火燃燒。由于氫氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣缺炔裼涂斓枚啵苿?dòng)柴油一起燃燒，使氣缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣?，燃料更快燃燒，使柴油機(jī)速燃期縮短。在這一時(shí)期，由于燃燒速度加快，消耗的燃料也比原來多，使緩燃期的可燃混合氣濃度下降，降低了缺氧條件下柴油的數(shù)量，減少柴油裂解，產(chǎn)生游離碳的因素。緩燃期縮短，破壞了碳煙(PM2.5)形成的條件，可以大幅度的降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒排放。適量的摻入氫氣，即可保持柴油發(fā)動(dòng)機(jī)原來的特性，還可以達(dá)到無顆粒物排放。目前，現(xiàn)有技術(shù)的制氫方法多數(shù)采用醇類裂解制氫方法，比如甲醇或乙醇，它們是碳、氫、氧的化合物，在加熱、減壓、催化的情況下會(huì)分解成氫氣(H2)和一氧化碳(CO)。
[0003]本
【申請(qǐng)人】已申請(qǐng)的授權(quán)公告號(hào)為CN1111647C的實(shí)用新型專利公開了一種降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙的方法及其消煙凈化裝置，其主要特點(diǎn)在于利用車輛尾氣和低壓電加熱器的供熱，使醇類催化裂解得到氫氣(H2)和一氧化碳(CO)，從而能夠經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便地大幅度降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙，達(dá)到低碳煙，甚至無碳煙排放，并同時(shí)降低NOx的排放。
[0004]然而經(jīng)過多年地不斷實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)該消煙凈化裝置存在兩個(gè)缺陷:1、進(jìn)入到醇類裂解反應(yīng)室中的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣與反應(yīng)室中的催化劑的接觸面積比較少，即催化劑的吸熱面積比較小，從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣熱量的利用率;2、原裝置中需要進(jìn)行催化裂解的甲醇是通過甲醇栗的工作從甲醇箱中定量地栗入甲醇裂解反應(yīng)室中，由于甲醇量不是按需要供給，因此催化劑的能力沒有被完全地利用，也不能較好地保護(hù)催化劑，最終導(dǎo)致縮短催化劑的使用壽命。
[0005]與此同時(shí)，我們還發(fā)現(xiàn)原降低發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙方法也存在以下兩個(gè)缺陷:1、我們知道，發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)升溫、怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的燃燒狀況很差，排放量大，而原方法只通過一個(gè)壓力平衡罐和一個(gè)電磁閥將原消煙凈化裝置的氫氣和一氧化碳排氣口與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管總管入口處連通，壓力平衡罐的容積很小，只起到進(jìn)氣時(shí)平衡壓力的作用，基本不儲(chǔ)存氫氣，因此該方法無法改善發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)升溫、怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的燃燒狀況;2、原方法將氫氣和一氧化碳只引入到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管總管入口處，因此進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)各缸進(jìn)氣歧管進(jìn)氣門處的氫氣和一氧化碳分配量存在較大的差異?！緦?shí)用新型內(nèi)容】:
[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，提供一種不但能夠有效增大發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣與催化劑的接觸面積，提高發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣熱量的利用率，而且可以更好地利用催化劑的能力，較好地保護(hù)催化劑，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命的醇類催化裂解制氫裝置。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的醇類催化裂解制氫裝置，它包括進(jìn)氣歧管接口、出氣歧管接口、具有保溫層的外殼、填充有催化劑的反應(yīng)室、置于外殼內(nèi)且與反應(yīng)室底部連通的預(yù)熱管以及置于催化劑中的電加熱器和溫度傳感器，外殼頂部設(shè)有與預(yù)熱管連接相通的醇類入口，反應(yīng)室上方的外殼頂部設(shè)有法蘭盤以及與其連接的蓋板，蓋板上設(shè)有排氣口、電加熱器的接線出口及溫度傳感器的出口，其中，進(jìn)氣歧管接口設(shè)置在靠近預(yù)熱管的外殼側(cè)壁上，出氣歧管接口設(shè)置在靠近反應(yīng)室的外殼側(cè)壁上，進(jìn)氣歧管接口與出氣歧管接口之間催化劑中設(shè)置有至少一條第一尾氣通道，第一尾氣通道是與催化密封隔開的，反應(yīng)室底部設(shè)有一個(gè)與預(yù)熱管連接相通的醇類噴射器。
[0008]優(yōu)選地，本實(shí)用新型所述的醇類催化裂解制氫裝置，其中，尾氣通道的數(shù)量可為二?六條。
[0009]采用以上結(jié)構(gòu)后，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型醇類催化裂解制氫裝置具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]1、由于進(jìn)氣歧管接口設(shè)置在靠近預(yù)熱管的外殼側(cè)壁上，出氣歧管接口設(shè)置在靠近反應(yīng)室的外殼側(cè)壁上，因此剛由發(fā)動(dòng)機(jī)排出的尾氣首先是對(duì)預(yù)熱管加熱，此時(shí)的尾氣具有足夠的熱量，因此本實(shí)用新型可以減少預(yù)熱管的數(shù)量，換句話說，在預(yù)熱管受熱面積較小的情況下也可以很好地對(duì)預(yù)熱管進(jìn)行加熱。
[0011]2、本實(shí)用新型在催化劑與殼體之間原本具有第二尾氣通道的情況下，在進(jìn)氣歧管接口與出氣歧管接口之間的催化劑中又設(shè)置了至少一條第一尾氣通道，這使得進(jìn)入到醇類裂解反應(yīng)室中的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣與反應(yīng)室中的催化劑的接觸面積大大增加，即催化劑的吸熱面積大大增加，從而有效提高了發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣熱量的利用率。
[0012]3、反應(yīng)室底部設(shè)置的與預(yù)熱管連接相通的醇類噴射器不但通過其多個(gè)噴口的噴射，使醇類液體更便于霧化、蒸發(fā)，而且可以在車輛控制系統(tǒng)的控制下，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，按照實(shí)際需求，將醇類噴射給催化劑，從而充分利用催化劑的能力，較好地保護(hù)催化劑，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。
【附圖說明】
:
[0013]圖1為本實(shí)用新型中醇類催化裂解制氫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為沿圖1中“A-A”線的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為將醇類催化裂解制氫裝置應(yīng)用在液體燃料汽車上時(shí)的應(yīng)用原理示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】:
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型醇類催化裂解制氫裝置作進(jìn)一步說明:
[0017]如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型醇類催化裂解制氫裝置包括進(jìn)氣歧管接口13、出氣歧管接口 14、電加熱器5、溫度傳感器6、具有保溫層的外殼1、填充有催化劑2的反應(yīng)室3以及置于外殼I內(nèi)且與反應(yīng)室3底部連通的預(yù)熱管4。外殼I頂部設(shè)有與預(yù)熱管4連接相通的醇類入口 7，反應(yīng)室3上方的外殼I頂部設(shè)有法蘭盤8以及與其連接的蓋板9，蓋板9上設(shè)有排氣口
10、電加熱器5的接線出口 11及溫度傳感器6的出口 12。進(jìn)氣歧管接口 13設(shè)置在靠近預(yù)熱管4的外殼I側(cè)壁上，出氣歧管接口 14設(shè)置在靠近反應(yīng)室3的外殼I側(cè)壁上，反應(yīng)室3底部設(shè)有一個(gè)與預(yù)熱管4連接相通的醇類噴射器16。反應(yīng)室3中的催化劑2是密封設(shè)置的，換句話說，催化劑2是放置在一個(gè)密封單元30中，催化劑2沿豎直方向由分隔單元(圖中未示出)分為上、中、下三層，層與層之間的催化劑2通過設(shè)置在分隔單元上的空洞進(jìn)行連通。催化劑2與殼體I之間存在第二尾氣通道28的同時(shí)，本發(fā)明還在催化劑2中設(shè)置了兩條軸向的第一尾氣通道15，兩條第一尾氣通道15同時(shí)連通進(jìn)氣歧管接口 13與出氣歧管接口 14，兩條第一尾氣通道15是與催化劑2密封隔開的，換句話說，本發(fā)明要保證第一尾氣通道15和第二尾氣通道28中的尾氣不能與反應(yīng)室中的催化劑2直接接觸，但尾氣所帶的熱量可以通過密封單元30傳遞給催化劑2。本發(fā)明增加的兩條第一尾氣通道15，大大增加了催化劑2的受熱面積，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣熱量的利用率。本發(fā)明中的電加熱器5和溫度傳感器6均位于催化劑2中，其數(shù)量分別為6個(gè)和3個(gè)。
[0018]如圖3所示，本實(shí)用新型醇類催化裂解制氫裝置在液體燃料汽車上的應(yīng)用方法如下:
[0019]①點(diǎn)火開關(guān)17兩端分別連接電源26(蓄電池、發(fā)電機(jī))和栗18，點(diǎn)火開關(guān)17打開后，栗18開始工作，將醇類液體箱22中的甲醇或乙醇栗入預(yù)熱管4中；
[0020]②將發(fā)動(dòng)機(jī)19排出的尾氣通過靠近預(yù)熱管4一側(cè)的進(jìn)氣歧管接口 13引入到裂解制氫裝置21的外殼I內(nèi)，從而首先對(duì)預(yù)熱管4中醇類液體進(jìn)行加熱，使之成為醇類蒸汽，然后再通過四條條以上尾氣通道15對(duì)反應(yīng)室3中的催化劑2進(jìn)行加熱；
[0021]③預(yù)熱管4加熱后，車輛控制系統(tǒng)20發(fā)出指令，控制醇類噴射器16按照實(shí)際需求將加熱后的預(yù)熱管4中的醇類蒸汽通過其上的四個(gè)噴口噴入到反應(yīng)室3中，并經(jīng)加熱后的催化劑2的作用分解出氫氣和一氧化碳；
[0022]④將分解出的氫氣和一氧化碳從排氣口10排出，并依次經(jīng)過單向閥29、儲(chǔ)氣罐23及多個(gè)與車輛控制系統(tǒng)20連接的電磁閥24，儲(chǔ)氣罐23內(nèi)設(shè)置一個(gè)與車輛控制系統(tǒng)20連接的壓力傳感器25，多個(gè)電磁閥24分別與發(fā)動(dòng)機(jī)各缸進(jìn)氣歧管進(jìn)氣門連接相通，儲(chǔ)氣罐23的作用是冷卻、降壓及存儲(chǔ)氫氣和一氧化碳，車輛控制系統(tǒng)20依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況發(fā)出指令，打開各個(gè)電磁閥24，氫氣和一氧化碳噴入發(fā)動(dòng)機(jī)各缸進(jìn)氣歧管進(jìn)氣門處，和新鮮空氣一同進(jìn)入燃燒室，壓縮后參與燃燒。
[0023]在上述步驟②中，車輛控制系統(tǒng)20根據(jù)溫度傳感器6反饋的溫度信號(hào)來控制電加熱器5的通斷，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)19排出的尾氣不能保證醇類裂解需要的溫度時(shí)，車輛控制系統(tǒng)20控制電加熱器5發(fā)熱，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)19排出的尾氣足夠供給醇類裂解需要的溫度時(shí)，車輛控制系統(tǒng)20控制電加熱器5斷電。更為詳細(xì)地說，溫度傳感器6將溫度信號(hào)傳輸給車輛控制系統(tǒng)20，車輛控制系統(tǒng)20按裂解制氫裝置21內(nèi)的溫度控制電磁開關(guān)27的開、閉，調(diào)節(jié)醇類液體的供給量和電加熱器5的通斷。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排出的尾氣不能保證醇類裂解需要的溫度時(shí)，車輛控制系統(tǒng)20發(fā)出指令，電加熱器5發(fā)熱，保證醇類裂解的正常溫度，使裂解持續(xù)進(jìn)行。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣足夠供給裂解制氫裝置21所需的熱量時(shí)，溫度傳感器6輸出信號(hào)給車輛控制系統(tǒng)20，車輛控制系統(tǒng)20發(fā)出指令，電加熱器5斷，由發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣獨(dú)立供熱。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的溫度極低，車輛控制系統(tǒng)20發(fā)出指令，電加熱器5導(dǎo)通，主要由電源26(蓄電池、發(fā)電機(jī))供電，保證裂解制氫裝置21的正常裂解溫度，使裂解反應(yīng)正常進(jìn)行。裂解產(chǎn)生的低壓氫氣(H2)和一氧化碳(CO)進(jìn)入不銹鋼氣體儲(chǔ)氣罐23，儲(chǔ)氣罐23內(nèi)的低壓氫氣(?)和一氧化碳(CO)按車輛控制系統(tǒng)20的指令打開電磁閥24，按發(fā)動(dòng)機(jī)工況供給實(shí)際所需的低壓氫氣(H2)和一氧化碳(CO)，和空氣(可燃混合氣)一起進(jìn)入氣缸參與燃燒。車輛控制系統(tǒng)20還設(shè)置有一個(gè)顯示器27，從而便于顯示裂解制氫裝置21的一些相關(guān)參數(shù)和狀態(tài)。
[0024]本實(shí)用新型中的其他結(jié)構(gòu)及方法與現(xiàn)有技術(shù)相同，故不在此贅述。
[0025]以上所述的實(shí)施方式僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種醇類催化裂解制氫裝置，它包括進(jìn)氣歧管接口(13)、出氣歧管接口(14)、具有保溫層的外殼(I)、填充有催化劑(2)的反應(yīng)室(3)、置于外殼(I)內(nèi)且與反應(yīng)室(3)底部連通的預(yù)熱管(4)以及置于催化劑(2)中的電加熱器(5)和溫度傳感器(6)，所述外殼(I)頂部設(shè)有與預(yù)熱管(4)連接相通的醇類入口(7)，所述反應(yīng)室(3)上方的外殼(I)頂部設(shè)有法蘭盤(8)以及與其連接的蓋板(9)，所述蓋板(9)上設(shè)有排氣口( 1)、電加熱器(5)的接線出口(I I)及溫度傳感器(6)的出口(12)，其特征在于:所述進(jìn)氣歧管接口(13)設(shè)置在靠近預(yù)熱管(4)的外殼(I)側(cè)壁上，所述出氣歧管接口(14)設(shè)置在靠近反應(yīng)室(3)的外殼(I)側(cè)壁上，所述進(jìn)氣歧管接口(13)與出氣歧管接口(14)之間的催化劑(2)中設(shè)置有至少一條第一尾氣通道(15)，所述第一尾氣通道(15)是與催化劑(2)密封隔開的，所述反應(yīng)室(3)底部設(shè)有一個(gè)與預(yù)熱管(4)連接相通的醇類噴射器(16)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醇類催化裂解制氫裝置，其特征在于:所述尾氣通道(15)的數(shù)量為二?六條。
【文檔編號(hào)】F02M25/12GK205477990SQ201620243551
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月28日
【發(fā)明人】張樹
【申請(qǐng)人】張樹