CN107476880A - 一种裂解制氢的方法、装置以及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种裂解制氢的方法、装置以及汽车，涉及汽车技术领域。该裂解制氢装置包括裂解反应器、发动机、用于输送甲醇和水的原料输送管路和用于输出助燃氢的产品输出管路，裂解反应器上设置有原料进口和裂解气出口，原料进口与原料输送管路连通，裂解气出口通过产品输出管路与发动机连通；裂解反应器包括反应腔室和用于控制反应腔室温度的换热空间，发动机的排气管与换热空间相连通。该裂解制氢的方法与上述裂解制氢装置的工作原理相同，均能够提升发动机动力并降低能耗，有效利用发动机的余热，提升能源的利用率。本发明还提供了一种汽车，其包括上述裂解制氢装置，同样具备上述优点。

Description

一种裂解制氢的方法、装置以及汽车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，具体而言，涉及一种裂解制氢的方法、装置以及汽车。
背景技术
随着人们生活品质的提升，汽车已经成为人们的必需交通工具，同时国家对环保节能方面的倡导使汽车逐步趋向降低能源消耗和环境污染的方面发展。
但是，现有的汽车存在着热能利用率低，大量余热散发而浪费的现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种裂解制氢装置，旨在改善汽车热量利用率低的问题。
本发明的另一目的在于提供一种裂解制氢的方法，方法简便易行，能够提升发动机余热的利用率。
本发明的第三目的在于提供一种汽车，其能源利用率高，符合节能环保的要求。
本发明是这样实现的：
一种裂解制氢装置，包括裂解反应器、发动机、用于输送甲醇和水的原料输送管路和用于输出助燃氢的产品输出管路，裂解反应器上设置有原料进口和裂解气出口，原料进口与原料输送管路连通，裂解气出口通过产品输出管路与发动机连通；
裂解反应器包括反应腔室和用于控制反应腔室温度的换热空间，发动机的排气管与换热空间相连通。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，裂解制氢装置还包括储料器，储料器的出口与原料输送管路连通，原料输送管路上设置有调压阀。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，储料器上还设置有用于调控压力的泄压阀。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，裂解反应器上还设置有温度调控装置，且裂解反应器内装填有裂解催化剂。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，裂解反应器的壳体内设置有多个布料板，每个布料板均从壳体靠近原料进口的一端延伸至壳体靠近裂解气出口的一端，每个布料板上均分布有裂解催化剂。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，裂解反应器的底部设置有搅拌装置，搅拌装置包括驱动件、搅拌轴和固定在搅拌轴上的搅拌叶片，驱动件的输出轴与搅拌轴传动连接，以驱动搅拌轴转动；
壳体的底部设置有收集管道和收集槽，壳体的底壁上设置有多个排料孔，收集管道与搅拌装置之间形成收集隔腔，每个排料孔通过收集隔腔与收集槽连通。
一种裂解制氢的方法，包括以下步骤：将甲醇和水输送至裂解反应器中，将反应产生的裂解气输送至发动机，并将发动机的尾气输送至裂解反应器进行升温。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，裂解反应器中的温度为200-500℃，优选为250-350℃。
一种汽车，包括尾部供油系统和上述裂解制氢装置，尾部供油系统与裂解反应器相连通。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，裂解制氢装置还包括储料器，储料器的出口与原料输送管路连通，储料器的进口通过输油管路与尾部供油系统相连通。
本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的裂解制氢装置，其通过将甲醇和水组成的反应原料输送至裂解反应器中，并将裂解完成后的产物氢气等输送至发动机助燃做功，提升发动机动力并降低能耗；发动机的排气管与裂解反应器的换热空间相连通催化过程中可以利用发动机的余热，提升能源的利用率。本发明中提供的裂解制氢的方法也是将甲醇和水输送至裂解反应器中，并将反应产生的裂解气输送至发动机，方法简便易行能够有效提升能源利用率，达到节能降耗的目的。本发明还提供了一种汽车，其包括上述裂解制氢装置，同样具备上述优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明第一实施例提供的裂解制氢装置的结构示意图；
图2是本发明第二实施例提供的裂解反应器的结构示意图；
图3是图2中收集槽的底部结构示意图；
图4是本发明第二实施例提供的取料盖板的结构示意图；
图5是图4中卡扣件的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的汽车的结构示意图。
图标：100a-裂解制氢装置；110-裂解反应器；111-温度调控装置；112-原料进口；113-布料板；114-裂解气出口；115-搅拌装置；1152-驱动件；1154-搅拌轴；1156-搅拌叶片；116-反应腔室；117-排气孔；118-换热空间；119-排料孔；1191-卡扣件；1192-收集隔腔；1194-收集管道；1195-掰开件；1196-收集槽；1198-取料口；1199-取料盖板；120-发动机；122-排气管；130-原料输送管路；132-调压阀；140-产品输出管路；150-储料器；152-泄压阀；160-尾部供油系统。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
第一实施例
请参照图1，本发明实施例提供了一种裂解制氢装置100a，包括裂解反应器110、发动机120、用于输送甲醇和水的原料输送管路130和用于输出助燃氢的产品输出管路140，裂解反应器110上设置有原料进口112和裂解气出口114，原料进口112与原料输送管路130连通，裂解气出口114通过产品输出管路140与发动机120连通；裂解反应器110包括反应腔室116和用于控制反应腔室116温度的换热空间118，发动机120的排气管122与换热空间118相连通。
需要说明的是，原料输送管路130将甲醇和水输送至裂解反应器110中进行裂解反应产生裂解气包括二氧化碳和氢气，通过产品输出管路140将裂解气输送至发动机120的进气支管中，氢气可以为发动机120助燃做功，能够显著提升发动机120动力并降低油耗，节能率在20-35％。此外，发动机120的排气管122与裂解反应器110的换热空间118相连通，在裂解过程中可以利用发动机120的余热进行升温，提升反应速率和能源利用率，更加符合节能环保的要求。
甲醇和水裂解反应的方程式进行具体介绍。(1)主反应方程式：CH3OH＝CO+2H2(+90.7KJ/mol)；CO+H2O＝CO2+H2(-41.2KJ/mol)。(2)总反应方程式：CH3OH+H2O＝CO2+3H2(+49.5KJ/mol)。(3)副反应方程式：2CH3OH＝CH3OCH3+H2O(-24.9KJ/mol)；CO+3H2＝CH4+H2O(-206.3KJ/mol)。
具体地，原料输送管路130和产品输出管路140的管径不限，可以根据具体的工艺要求进行设定。发动机120的具体结构不限，可以为现有的汽车等装置的动力设备。
进一步地，裂解制氢装置100a还包括储料器150，储料器150的出口与原料输送管路130连通，原料输送管路130上设置有调压阀132。储料器150用于存储含有甲醇和水的原料，可以来自其他装置也可以是人为加入。
具体地，调压阀132可以为针式调压阀，可以精确调控原料的流量，可以控制将调压阀132与控制器连通，方便控制调压阀132的开度进而控制原料的流速和流量。储料器150可以为一般的桶体结构，体积大致为2L。
进一步地，储料器150上还设置有用于调控压力的泄压阀152。在储料器150内的压力过高时可以通过泄压阀152进行排压，以增强操作过程中的安全性。
进一步地，裂解反应器110上还设置有温度调控装置111，且裂解反应器110内装填有裂解催化剂。温度调控装置111的加热部件位于换热空间118内，可以对裂解反应器110进行升温。具体地，温度调控装置111可以通过电路和电源连接，通过电能使温度调控装置111的加热部件升温，进而带动换热空间118内的气体升温来调控裂解反应器110的反应腔室116的温度。当刚开始启动时发动机120温度不高，先开启温度调控装置111对换热空间118内的气体进行升温。
本实施例还提供了一种裂解制氢的方法，包括以下步骤：将甲醇和水输送至裂解反应器中，将反应产生的裂解气输送至发动机，并将发动机的尾气输送至裂解反应器进行升温。
需要说明的是，该裂解制氢的方法与上述裂解制氢装置大致相同，一方面利用裂解产生的氢气对发动机助燃，减少能源消耗；另一方面将发动机的余热输送至裂解反应器进行反应气的升温。
进一步地，裂解反应器中的温度为200-500℃，优选为250-350℃。为促进反应过程中氢气的转化率并一定程度上降低副反应速率，温度需控制在一定范围内。在此温度范围内裂解产物为74％氢气和24％二氧化碳，节能达20-35％。
第二实施例
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第一实施例中相应内容，不同之处在于本实施例中裂解反应器110的结构。
进一步地，请参照图2，裂解反应器110的壳体内设置有多个布料板113，每个布料板113均从壳体靠近原料进口112的一端延伸至壳体靠近裂解气出口114的一端，每个布料板113上均分布有裂解催化剂。布料板113可以提升原料分布的均匀度，在布料板113上可以设置细小的通孔结构，通孔的直径略小于催化剂的尺寸，以使得催化剂在布料板113上分布气体可以通过通孔进行流动。
具体地，催化剂可以为常用的甲醇裂解催化剂，如铜镍催化剂配合氧化钾、氧化钙或氧化钡等助剂。
进一步地，裂解反应器110的底部设置有搅拌装置115，搅拌装置115包括驱动件1152、搅拌轴1154和固定在搅拌轴1154上的搅拌叶片1156，驱动件1152的输出轴与搅拌轴1154传动连接，以驱动搅拌轴1154转动。在裂解反应器110的底部设置搅拌装置115可以对反应产生的液态或固态状物料进行搅拌，促进未裂解完全的物料继续裂解，同时也促进了气体的流动，对于提升反应速率有一定作用。
此外，在裂解反应器110上还设置有多个排气孔117，在裂解反应器110内的气体压力过大时可以通过排气孔117将部分气体排出，提升操作的安全系数。
进一步地，请结合图2-图5，壳体的底部设置有收集管道1194和收集槽1196，壳体的底壁上设置有多个排料孔119，收集管道1194与搅拌装置115之间形成收集隔腔1192，每个排料孔119通过收集隔腔1192与收集槽1196连通。当裂解完成时反应器内留存了液态物质，可以通过排料孔119将液体排出至收集槽1196中，以便后续裂解过程的进行。
进一步地，在收集槽1196的底壁上设置有取料口1198和与取料口1198相配合的取料盖板1199，取料盖板1199与收集槽1196的底壁可拆卸连接。可以通过取下取料盖板1199控制液体的流出，将残余液态物料排出。
在收集槽1196的底部的取料口1198的大小与取料盖板1199的大小相适应。在取料盖板1199上设置有卡扣件1191和掰开件1195。通过掰开件1195可以快速将卡扣件1191从取料口1198中取下再进行物料的排出。卡扣件1191具有弯折的结构如图中所示，以便更好地与收集槽1196连接。
需要说明的是，本实施例中提供的裂解反应器110的换热空间118和第一实施例中的结构大致相同。
请参照图6，一种发明实施例还提供了一种汽车，包括尾部供油系统160和上述裂解制氢装置100a，尾部供油系统160与裂解反应器110相连通。
具体地，裂解制氢装置100a具有储料器150时，储料器150的出口与原料输送管路130连通，储料器150的进口通过输油管路与尾部供油系统160相连通。将汽车尾部的尾部供油系统160中的原料油输送至储料器150中，整个汽车形成一个裂解制氢系统，提高了原料利用率和能量利用率。
具体地，尾部供油系统160中的供油管线、输送泵、液位信号线等部件与现有的装置的结构和工作原理大致相同，在此不做过多赘述。
综上所述，本发明提供了一种裂解制氢装置，其通过原料输送管路将甲醇和水输送至裂解反应器中进行裂解反应产生裂解气包括二氧化碳和氢气，通过产品输出管路将裂解气输送至发动机的进气支管中，氢气可以为发动机助燃做功，能够显著提升发动机动力并降低油耗，节能率在20-35％；发动机的排气管与裂解反应器的换热空间相连通，在裂解过程中可以利用发动机的余热进行升温，提升反应速率和能源利用率，更加符合节能环保的要求。
本发明提供的一种裂解制氢的方法，与上述裂解制氢装置大致相同，一方面利用裂解产生的氢气对发动机助燃，减少能源消耗；另一方面将发动机的余热输送至裂解反应器进行反应气的升温。
发明提供的一种汽车，包括尾部供油系统和上述裂解制氢装置，整个汽车形成一个裂解制氢系统，提高了原料利用率和能量利用率。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种裂解制氢装置，其特征在于，包括裂解反应器、发动机、用于输送甲醇和水的原料输送管路和用于输出助燃氢的产品输出管路，所述裂解反应器上设置有原料进口和裂解气出口，所述原料进口与所述原料输送管路连通，所述裂解气出口通过所述产品输出管路与所述发动机连通；
所述裂解反应器包括反应腔室和用于控制所述反应腔室温度的换热空间，所述发动机的排气管与所述换热空间相连通。
2.根据权利要求1所述的裂解制氢装置，其特征在于，所述裂解制氢装置还包括储料器，所述储料器的出口与所述原料输送管路连通，所述原料输送管路上设置有调压阀。
3.根据权利要求2所述的裂解制氢装置，其特征在于，所述储料器上还设置有用于调控压力的泄压阀。
4.根据权利要求1所述的裂解制氢装置，其特征在于，所述裂解反应器上还设置有温度调控装置，且所述裂解反应器内装填有裂解催化剂。
5.根据权利要求4所述的裂解制氢装置，其特征在于，所述裂解反应器的壳体内设置有多个布料板，每个所述布料板均从所述壳体靠近所述原料进口的一端延伸至所述壳体靠近所述裂解气出口的一端，每个所述布料板上均分布有裂解催化剂。
6.根据权利要求5所述的裂解制氢装置，其特征在于，所述裂解反应器的底部设置有搅拌装置，所述搅拌装置包括驱动件、搅拌轴和固定在所述搅拌轴上的搅拌叶片，所述驱动件的输出轴与所述搅拌轴传动连接，以驱动所述搅拌轴转动；
所述壳体的底部设置有收集管道和收集槽，所述壳体的底壁上设置有多个排料孔，所述收集管道与所述搅拌装置之间形成收集隔腔，每个所述排料孔通过所述收集隔腔与所述收集槽连通。
7.一种裂解制氢的方法，其特征在于，包括以下步骤：将甲醇和水输送至裂解反应器中，将反应产生的裂解气输送至发动机，并将所述发动机的尾气输送至所述裂解反应器进行升温。
8.根据权利要求7所述的裂解制氢的方法，其特征在于，所述裂解反应器中的温度为200-500℃，优选为250-350℃。
9.一种汽车，其特征在于，包括尾部供油系统和权利要求1-5中任一项所述的裂解制氢装置，所述尾部供油系统与所述裂解反应器相连通。
10.根据权利要求9所述的汽车，其特征在于，所述裂解制氢装置具有储料器时，所述储料器的出口与所述原料输送管路连通，所述储料器的进口通过输油管路与所述尾部供油系统相连通。
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