CN108915909B - 一种甲醇裂解器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种甲醇裂解器，包括压力平衡腔、旁通排气管、喷入管、预热管和裂解管，预热管设置于旁通排气管外部，裂解管设置于预热管外部，预热管的一端与喷入管相连，预热管的另一端通过压力平衡腔与裂解管的一端相连，裂解管的另一端通过管路与储气瓶相连。本发明将预热腔集成于旁通排气管外壁上，换热面积更大，预热更加充分，且结构简单紧凑；本发明将旁通排气管布置在甲醇裂解器内部，可以缩小甲醇裂解器的体积；本发明通过预热腔的巧妙布置，同时解决了预热腔吸热不足与旁通排气管热辐射的难题。

Description

一种甲醇裂解器
技术领域
本发明属于发动机余热利用领域，更具体地，涉及一种甲醇裂解器。
背景技术
醇氢发动机是一种采用甲醇和甲醇裂解气作为燃料的新型发动机，具有动力足、燃烧充分、尾气排放小及经济实用的优点。醇氢发动机通常配备两套燃料系统，一种是甲醇燃料系统，另一种是甲醇裂解气燃料系统。甲醇燃料系统中的甲醇燃料由甲醇燃料箱提供，甲醇裂解气燃料系统中的甲醇裂解气由甲醇裂解器提供。
甲醇裂解器是醇氢发动机中的关键部件之一。甲醇裂解器利用发动机排放的尾气余热，进行甲醇裂解制氢反应，在催化剂的作用下将甲醇裂解成氢气和一氧化碳。甲醇裂解后所产生的氢气进入发动机参与燃烧，可以改善发动机的冷启动性能和运行经济性。
现有技术中已公开多种利用发动机余热的甲醇裂解反应器。如公开号为106241734A的专利公开了一种甲醇裂解反应器，该甲醇裂解反应器包括壳体和裂解管，甲醇经裂解管其中一个端口进入管内，管内填满催化剂，裂解管进出口穿过反应器前端面，尾气经过壳体内腔与裂解管进行换热。此种甲醇裂解反应器中无预热腔，无法提高甲醇进入裂解管时的温度，导致对裂解管内的催化剂利用不充分。公开号为201650511U的专利公开了一种直接燃用甲醇的点火式发动机配置的甲醇裂解器，该甲醇裂解器由集热管，集热管内的金属波纹导热管和催化剂储存室，以及甲醇喷嘴支架、甲醇喷嘴支座和甲醇喷嘴构成，甲醇喷嘴将甲醇雾化，并喷入金属波纹导热管中，通过与集热管中的发动机尾气进行热交换，甲醇雾滴汽化为甲醇气体，甲醇气体在波纹导热管中进一步进行热交换。此种甲醇裂解器中虽然设有金属波纹导热管，通过金属波纹导热管内腔可以提高甲醇气体进入催化剂储存室时的温度，但是该甲醇裂解器没有设置温度控制结构，当发动机高负荷运行时，高温排气可能会使裂解腔内的催化剂超温。
因此，有必要对现有技术进行改进，提出一种新的技术方案。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种甲醇裂解器，该甲醇裂解器将预热腔集成于旁通排气管外壁上，换热面积更大，预热更加充分，且结构简单紧凑。
本发明是通过下述技术方案予以实现的：
一种甲醇裂解器，包括压力平衡腔、旁通排气管、喷入管、预热管和裂解管，所述预热管设置于所述旁通排气管外部，所述裂解管设置于所述预热管外部，
所述预热管的一端与所述喷入管相连，所述预热管的另一端通过所述压力平衡腔与所述裂解管的一端相连，所述裂解管的另一端通过管路与储气瓶相连。
进一步的，所述预热管两端收缩并焊接在所述旁通排气管上，形成预热腔。
进一步的，所述预热管的入口端设有喷入口，所述喷入口与所述喷入管相连。
进一步的，所述预热管的入口端为靠近旁通排气管出口端的一端。
进一步的，所述预热管的出口端设有蒸汽出口，所述蒸汽出口与所述压力平衡腔的入口端相连。
进一步的，所述预热管的出口端为靠近旁通排气管入口端的一端。
进一步的，所述裂解管的入口端与所述压力平衡腔的出口端相连。
优选的，所述裂解管包括第一裂解管和第二裂解管均螺旋缠绕于所述预热管外部，且所述第一裂解管和所述第二裂解管交错分布。
优选的，所述裂解管包括第一裂解管，所述第一裂解管螺旋缠绕于所述预热管外部。
优选的，所述预热管为薄壁管。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明将预热腔集成于旁通排气管外壁上，换热面积更大，预热更加充分，且结构简单紧凑；
2、本发明将旁通排气管布置在甲醇裂解器内部，可以缩小甲醇裂解器的体积；
3、本发明通过预热腔的巧妙布置，同时解决了预热腔吸热不足与旁通排气管热辐射的难题。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方式，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它附图。
图1为本发明实施例1中甲醇裂解器的结构示意图；
图2为图1的A-A剖面图；
图3为本发明实施例2中甲醇裂解器的结构示意图；
图中：1-压力平衡腔，2-旁通排气管，3-旁通排气管入口端，4-旁通排气管出口端，5-喷入管，6-预热管，7-第一裂解管，8-第一裂解管入口端， 9-第二裂解管，10-第二裂解管入口端。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方式和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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装置或者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“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
现有技术中已公开多种利用发动机余热的甲醇裂解反应器。如公开号为106241734A的专利公开了一种甲醇裂解反应器，该甲醇裂解反应器包括壳体和裂解管，甲醇经裂解管其中一个端口进入管内，管内填满催化剂，裂解管进出口穿过反应器前端面，尾气经过壳体内腔与裂解管进行换热。此种甲醇裂解反应器中无预热腔，无法提高甲醇进入裂解管时的温度，导致对裂解管内的催化剂利用不充分。公开号为201650511U的专利公开了一种直接燃用甲醇的点火式发动机配置的甲醇裂解器，该甲醇裂解器由集热管，集热管内的金属波纹导热管和催化剂储存室，以及甲醇喷嘴支架、甲醇喷嘴支座和甲醇喷嘴构成，甲醇喷嘴将甲醇雾化，并喷入金属波纹导热管中，通过与集热管中的发动机尾气进行热交换，甲醇雾滴汽化为甲醇气体，甲醇气体在波纹导热管中进一步进行热交换。此种甲醇裂解器中虽然设有金属波纹导热管，通过金属波纹导热管内腔可以提高甲醇气体进入催化剂储存室时的温度，但是该甲醇裂解器没有设置温度控制结构，当发动机高负荷运行时，高温排气可能会使裂解腔内的催化剂超温。
为了解决上述技术问题，本实施例提供一种甲醇裂解器，如图1和图2 所示，包括压力平衡腔1、旁通排气管2、喷入管5、预热管6、第一裂解管7和第二裂解管9。优选的，所述旁通排气管2布置在甲醇裂解器内部，有利于缩小甲醇裂解器的体积。优选的，所述预热管6设置在所述旁通排气管2外部，所述预热管6为薄壁管。具体的，所述预热管6两端收缩并焊接在所述旁通排气管2上，形成预热腔，有效解决了公开号为106241734A 的专利公开的甲醇裂解反应器中无预热腔，无法提高甲醇进入裂解管时的温度，导致对裂解管内的催化剂利用不充分的问题。所述预热腔集成在所述旁通排气管2外壁上，不但结构简单紧凑，而且可以增加所述预热管6 的轴向长度，从而增大所述预热管6的换热面积，有效解决了公开号为 201650511U的专利公开的甲醇裂解器中金属波纹导热管换热面积较小，导致预热不够充分的问题以及无法控制催化剂最高温度的问题。所述预热管6 靠近所述旁通排气管出口端4设有喷入口，所述喷入管5连接在所述喷入口处。所述预热管6靠近所述旁通排气管入口端3设有蒸汽出口，所述蒸汽出口与所述压力平衡腔1的入口端相连。所述第一裂解管7和所述第二裂解管9设置在所述预热管6外部，优选的，所述第一裂解管7和所述第二裂解管9均沿着所述预热管6轴向缠绕，呈螺旋形缠绕于所述预热管6 外部且与预热管6之间留有一定的间隙，所述第一裂解管7和所述第二裂解管9交错分布。所述第一裂解管入口端8和所述第二裂解管入口端10分别与所述压力平衡腔1出口端相连，所述第一裂解管出口端(未图示)和所述第二裂解管出口端(未图示)通过管路与储气瓶相连，发动机排气管与所述旁通排气管入口端3相连。
本实施例的工作原理如下：
经喷油器雾化的甲醇通过所述喷入管5进入所述预热腔，甲醇在所述预热腔中汽化，形成过热蒸汽，过热蒸汽沿所述预热腔进入所述压力平衡腔1，所述压力平衡腔1的作用是保持所述第一裂解管7和所述第二裂解管 9的入口压力相等。
当甲醇裂解器温度较低时，排气主要从所述预热腔外部流过，此时所述预热腔的外壁为主要传热壁；当甲醇裂解器温度较高时，排气部分或全部从所述旁通排气管2内流过，此时所述旁通排气管2的外壁为主要传热壁，所述旁通排气管2中的气体流向与所述预热腔中的气体流向相反，便于所述预热腔吸收所述旁通排气管2的热量，由于所述预热腔的吸热作用，阻止了大部分所述旁通排气管2对所述裂解管的热辐射，防止出现由于所述旁通排气管2的热辐射作用导致的所述第一裂解管7和所述第二裂解管9 内催化剂超过最高限制温度的现象。所述预热腔既起到了预热甲醇的作用又发挥了其隔热作用。
与现有技术相比，本实施例具有如下优点：
(1)本实施例将所述预热腔集成在所述旁通排气管外壁上，换热面积更大，预热更加充分，且结构简单紧凑；
(2)本实施例将所述旁通排气管布置在甲醇裂解器内部，可以缩小甲醇裂解器的体积；
(3)本实施例通过所述预热腔的巧妙布置，同时解决了所述预热腔吸热不足与所述旁通排气管热辐射的难题。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：
如图3所示，所述裂解管包括第一裂解管7，所述第一裂解管7螺旋缠绕于所述预热管外部。
本实施例的工作原理如下：
经喷油器雾化的甲醇通过所述喷入管进入所述预热腔，甲醇在所述预热腔中汽化，形成过热蒸汽，过热蒸汽沿所述预热腔进入所述第一裂解管7。
当甲醇裂解器温度较低时，排气主要从所述预热腔外部流过，此时所述预热腔的外壁为主要传热壁；当甲醇裂解器温度较高时，排气部分或全部从所述旁通排气管内流过，此时所述旁通排气管的外壁为主要传热壁，所述旁通排气管中的气体流向与所述预热腔中的气体流向相反，便于所述预热腔吸收所述旁通排气管的热量，由于所述预热腔的吸热作用，阻止了大部分所述旁通排气管对所述裂解管的热辐射，防止出现由于所述旁通排气管的热辐射作用导致的所述第一裂解管7内催化剂超过最高限制温度的现象。所述预热腔既起到了预热甲醇的作用又发挥了其隔热作用。
与现有技术相比，本实施例具有如下优点：
(1)本实施例将所述预热腔集成在所述旁通排气管外壁上，换热面积更大，预热更加充分，且结构简单紧凑；
(2)本实施例将所述旁通排气管布置在甲醇裂解器内部，可以缩小甲醇裂解器的体积；
(3)本实施例通过所述预热腔的巧妙布置，同时解决了所述预热腔吸热不足与所述旁通排气管热辐射的难题。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种甲醇裂解器，其特征在于，包括压力平衡腔(1)、旁通排气管(2)、喷入管(5)、预热管(6)和裂解管，所述预热管(6)设置于所述旁通排气管(2)外部，所述裂解管设置于所述预热管(6)外部，
所述预热管(6)的一端与所述喷入管(5)相连，所述预热管(6)的另一端通过所述压力平衡腔(1)与所述裂解管的一端相连，所述裂解管的另一端通过管路与储气瓶相连，
所述裂解管包括第一裂解管(7)和第二裂解管(9)，所述第一裂解管(7)和所述第二裂解管(9)均螺旋缠绕于所述预热管(6)外部，且所述第一裂解管(7)和所述第二裂解管(9)交错分布。
2.根据权利要求1所述的甲醇裂解器，其特征在于，所述预热管(6)两端收缩并焊接在所述旁通排气管(2)上，形成预热腔。
3.根据权利要求1所述的甲醇裂解器，其特征在于，所述预热管(6)的入口端设有喷入口，所述喷入口与所述喷入管(5)相连。
4.根据权利要求3所述的甲醇裂解器，其特征在于，所述预热管(6)的入口端为靠近旁通排气管出口端(4)的一端。
5.根据权利要求1所述的甲醇裂解器，其特征在于，所述预热管(6)的出口端设有蒸汽出口，所述蒸汽出口与所述压力平衡腔(1)的入口端相连。
6.根据权利要求5所述的甲醇裂解器，其特征在于，所述预热管(6)的出口端为靠近旁通排气管入口端(3)的一端。
7.根据权利要求1所述的甲醇裂解器，其特征在于，所述裂解管的入口端与所述压力平衡腔(1)的出口端相连。
8.根据权利要求1所述的甲醇裂解器，其特征在于，所述预热管(6)为薄壁管。
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