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，該裝置中的進氣歧管接口設置在靠近預熱管的外殼側壁上，出氣歧管接口設置在靠近反應室的外殼側壁上，進氣歧管接口與出氣歧管接口之間的催化劑中設置有至少一條與催化劑密封隔開的第一尾氣通道，反應室底部設有一個與預熱管連接相通的醇類噴射器。本實用新型的優點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、保護催化劑，延長催化劑使用壽命。
【專利說明】
醇類催化裂解制氫裝置
技術領域
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[0001]本實用新型涉及甲醇制氫技術領域，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】
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[0002]氫是目前最輕分子，它在自然界以化合物的方式存在。氫氣與氧氣化合時會釋放出大量能量。氫氣易于和空氣均勾混合，其著火極限為4.1?75%，最大火焰傳播速度為291 cm/s，最大火焰傳播速度是汽油的7.72倍。使用氫與汽油、柴油、天然氣混合燃料，會帶來經濟性、動力性和發動機派發性能的改善，其原因氫的燃燒速度快，原燃料摻入一定比例的氫氣后，會大大縮短燃料的速燃期，使燃燒效率增加。尤其是在柴油機中加入氫氣后，由于氫氣的著火極限很寬(4.1?75% )，氣缸內溫度一旦達到其著火溫度，氫氣便著火燃燒。由于氫氣的火焰傳播速度比柴油快得多，推動柴油一起燃燒，使氣缸內火焰傳播速度提高，燃料更快燃燒，使柴油機速燃期縮短。在這一時期，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量，減少柴油裂解，產生游離碳的因素。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動機的顆粒排放。適量的摻入氫氣，即可保持柴油發動機原來的特性，還可以達到無顆粒物排放。目前，現有技術的制氫方法多數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、催化的情況下會分解成氫氣(H2)和一氧化碳(CO)。
[0003]本
【申請人】已申請的授權公告號為CN1111647C的實用新型專利公開了一種降低柴油發動機碳煙的方法及其消煙凈化裝置，其主要特點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)，從而能夠經濟、簡便地大幅度降低柴油發動機碳煙，達到低碳煙，甚至無碳煙排放，并同時降低NOx的排放。
[0004]然而經過多年地不斷實踐，我們發現該消煙凈化裝置存在兩個缺陷:1、進入到醇類裂解反應室中的發動機尾氣與反應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，從而降低了發動機尾氣熱量的利用率;2、原裝置中需要進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，也不能較好地保護催化劑，最終導致縮短催化劑的使用壽命。
[0005]與此同時，我們還發現原降低發動機碳煙方法也存在以下兩個缺陷:1、我們知道，發動機在啟動升溫、怠速運轉時的燃燒狀況很差，排放量大，而原方法只通過一個壓力平衡罐和一個電磁閥將原消煙凈化裝置的氫氣和一氧化碳排氣口與發動機進氣歧管總管入口處連通，壓力平衡罐的容積很小，只起到進氣時平衡壓力的作用，基本不儲存氫氣，因此該方法無法改善發動機在啟動升溫、怠速運轉時的燃燒狀況;2、原方法將氫氣和一氧化碳只引入到發動機進氣歧管總管入口處，因此進入發動機各缸進氣歧管進氣門處的氫氣和一氧化碳分配量存在較大的差異。【實用新型內容】:
[0006]本實用新型要解決的技術問題是，提供一種不但能夠有效增大發動機尾氣與催化劑的接觸面積，提高發動機尾氣熱量的利用率，而且可以更好地利用催化劑的能力，較好地保護催化劑，延長催化劑的使用壽命的醇類催化裂解制氫裝置。
[0007]本實用新型的技術解決方案是，提供一種具有以下結構的醇類催化裂解制氫裝置，它包括進氣歧管接口、出氣歧管接口、具有保溫層的外殼、填充有催化劑的反應室、置于外殼內且與反應室底部連通的預熱管以及置于催化劑中的電加熱器和溫度傳感器，外殼頂部設有與預熱管連接相通的醇類入口，反應室上方的外殼頂部設有法蘭盤以及與其連接的蓋板，蓋板上設有排氣口、電加熱器的接線出口及溫度傳感器的出口，其中，進氣歧管接口設置在靠近預熱管的外殼側壁上，出氣歧管接口設置在靠近反應室的外殼側壁上，進氣歧管接口與出氣歧管接口之間催化劑中設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，反應室底部設有一個與預熱管連接相通的醇類噴射器。
[0008]優選地，本實用新型所述的醇類催化裂解制氫裝置，其中，尾氣通道的數量可為二?六條。
[0009]采用以上結構后，與現有技術相比，本實用新型醇類催化裂解制氫裝置具有以下優點:
[0010]1、由于進氣歧管接口設置在靠近預熱管的外殼側壁上，出氣歧管接口設置在靠近反應室的外殼側壁上，因此剛由發動機排出的尾氣首先是對預熱管加熱，此時的尾氣具有足夠的熱量，因此本實用新型可以減少預熱管的數量，換句話說，在預熱管受熱面積較小的情況下也可以很好地對預熱管進行加熱。
[0011]2、本實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，在進氣歧管接口與出氣歧管接口之間的催化劑中又設置了至少一條第一尾氣通道，這使得進入到醇類裂解反應室中的發動機尾氣與反應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，從而有效提高了發動機尾氣熱量的利用率。
[0012]3、反應室底部設置的與預熱管連接相通的醇類噴射器不但通過其多個噴口的噴射，使醇類液體更便于霧化、蒸發，而且可以在車輛控制系統的控制下，根據發動機工況，按照實際需求，將醇類噴射給催化劑，從而充分利用催化劑的能力，較好地保護催化劑，延長催化劑的使用壽命。
【附圖說明】
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[0013]圖1為本實用新型中醇類催化裂解制氫裝置的結構示意圖；
[0014]圖2為沿圖1中“A-A”線的剖視結構示意圖；
[0015]圖3為將醇類催化裂解制氫裝置應用在液體燃料汽車上時的應用原理示意圖。【具體實施方式】:
[0016]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型醇類催化裂解制氫裝置作進一步說明:
[0017]如圖1和圖2所示，本實用新型醇類催化裂解制氫裝置包括進氣歧管接口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的反應室3以及置于外殼I內且與反應室3底部連通的預熱管4。外殼I頂部設有與預熱管4連接相通的醇類入口 7，反應室3上方的外殼I頂部設有法蘭盤8以及與其連接的蓋板9，蓋板9上設有排氣口
10、電加熱器5的接線出口 11及溫度傳感器6的出口 12。進氣歧管接口 13設置在靠近預熱管4的外殼I側壁上，出氣歧管接口 14設置在靠近反應室3的外殼I側壁上，反應室3底部設有一個與預熱管4連接相通的醇類噴射器16。反應室3中的催化劑2是密封設置的，換句話說，催化劑2是放置在一個密封單元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通過設置在分隔單元上的空洞進行連通。催化劑2與殼體I之間存在第二尾氣通道28的同時，本發明還在催化劑2中設置了兩條軸向的第一尾氣通道15，兩條第一尾氣通道15同時連通進氣歧管接口 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，從而提高了發動機尾氣熱量的利用率。本發明中的電加熱器5和溫度傳感器6均位于催化劑2中，其數量分別為6個和3個。
[0018]如圖3所示，本實用新型醇類催化裂解制氫裝置在液體燃料汽車上的應用方法如下:
[0019]①點火開關17兩端分別連接電源26(蓄電池、發電機)和栗18，點火開關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熱管4中；
[0020]②將發動機19排出的尾氣通過靠近預熱管4一側的進氣歧管接口 13引入到裂解制氫裝置21的外殼I內，從而首先對預熱管4中醇類液體進行加熱，使之成為醇類蒸汽，然后再通過四條條以上尾氣通道15對反應室3中的催化劑2進行加熱；
[0021]③預熱管4加熱后，車輛控制系統20發出指令，控制醇類噴射器16按照實際需求將加熱后的預熱管4中的醇類蒸汽通過其上的四個噴口噴入到反應室3中，并經加熱后的催化劑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，并依次經過單向閥29、儲氣罐23及多個與車輛控制系統20連接的電磁閥24，儲氣罐23內設置一個與車輛控制系統20連接的壓力傳感器25，多個電磁閥24分別與發動機各缸進氣歧管進氣門連接相通，儲氣罐23的作用是冷卻、降壓及存儲氫氣和一氧化碳，車輛控制系統20依據發動機的工況發出指令，打開各個電磁閥24，氫氣和一氧化碳噴入發動機各缸進氣歧管進氣門處，和新鮮空氣一同進入燃燒室，壓縮后參與燃燒。
[0023]在上述步驟②中，車輛控制系統20根據溫度傳感器6反饋的溫度信號來控制電加熱器5的通斷，當發動機19排出的尾氣不能保證醇類裂解需要的溫度時，車輛控制系統20控制電加熱器5發熱，當發動機19排出的尾氣足夠供給醇類裂解需要的溫度時，車輛控制系統20控制電加熱器5斷電。更為詳細地說，溫度傳感器6將溫度信號傳輸給車輛控制系統20，車輛控制系統20按裂解制氫裝置21內的溫度控制電磁開關27的開、閉，調節醇類液體的供給量和電加熱器5的通斷。當發動機排出的尾氣不能保證醇類裂解需要的溫度時，車輛控制系統20發出指令，電加熱器5發熱，保證醇類裂解的正常溫度，使裂解持續進行。當發動機尾氣足夠供給裂解制氫裝置21所需的熱量時，溫度傳感器6輸出信號給車輛控制系統20，車輛控制系統20發出指令，電加熱器5斷，由發動機尾氣獨立供熱。在發動機啟動時，發動機尾氣的溫度極低，車輛控制系統20發出指令，電加熱器5導通，主要由電源26(蓄電池、發電機)供電，保證裂解制氫裝置21的正常裂解溫度，使裂解反應正常進行。裂解產生的低壓氫氣(H2)和一氧化碳(CO)進入不銹鋼氣體儲氣罐23，儲氣罐23內的低壓氫氣(?)和一氧化碳(CO)按車輛控制系統20的指令打開電磁閥24，按發動機工況供給實際所需的低壓氫氣(H2)和一氧化碳(CO)，和空氣(可燃混合氣)一起進入氣缸參與燃燒。車輛控制系統20還設置有一個顯示器27，從而便于顯示裂解制氫裝置21的一些相關參數和狀態。
[0024]本實用新型中的其他結構及方法與現有技術相同，故不在此贅述。
[0025]以上所述的實施方式僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，并非對本實用新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本實用新型的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本實用新型權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1.一種醇類催化裂解制氫裝置，它包括進氣歧管接口(13)、出氣歧管接口(14)、具有保溫層的外殼(I)、填充有催化劑(2)的反應室(3)、置于外殼(I)內且與反應室(3)底部連通的預熱管(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)頂部設有與預熱管(4)連接相通的醇類入口(7)，所述反應室(3)上方的外殼(I)頂部設有法蘭盤(8)以及與其連接的蓋板(9)，所述蓋板(9)上設有排氣口( 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:所述進氣歧管接口(13)設置在靠近預熱管(4)的外殼(I)側壁上，所述出氣歧管接口(14)設置在靠近反應室(3)的外殼(I)側壁上，所述進氣歧管接口(13)與出氣歧管接口(14)之間的催化劑(2)中設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，所述反應室(3)底部設有一個與預熱管(4)連接相通的醇類噴射器(16)。2.根據權利要求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)的數量為二?六條。
【文檔編號】F02M25/12GK205477990SQ201620243551
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月28日
【發明人】張樹
【申請人】張樹