CN110255497A - 甲醇制氢器 - Google Patents

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莫志远
王远书
李炜
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Abstract

本发明公开了一种甲醇制氢器，包括有壳体、甲醇汽化仓和催化制氢仓，甲醇汽化仓内设置有管道，管道的一端为液态甲醇进口端并从壳体内延伸出，管道的另一端为气态甲醇出口端并从催化制氢仓的一端延伸到其内部，催化制氢仓的另一端设有从壳体内延伸出的氢气出口，催化制氢仓内设置有载体。本发明结构在同一壳体内分别设置相对独立的甲醇汽化仓和催化制氢仓，在催化制氢仓内设置附着有贵金属催化剂的载体，使得甲醇的汽化和裂解制氢反应相互独立、互不影响，也不会造成催化制氢仓内发生“气堵”，能够提高甲醇的汽化、裂解制氢反应效率和效果，从而能够提高制氢效率和效果。

Description

甲醇制氢器
技术领域
本发明涉及利用发动机余热进行甲醇汽化、裂解的技术领域，具体是一种甲醇制氢器。
背景技术
与汽、柴油相比，甲醇H/C和辛烷值高，稀薄燃烧范围宽泛，允许发动机使用较高的压缩比，且甲醇分子中含氧50％，燃烧速度快，自身含氧助燃，燃烧充分，既能提高热效率，又可实现机内净化和降低CO、HC和NOx等常规气体排放，是一种富氧、环保、高能的燃料。
若将甲醇作为直接的汽车代用燃料，会产生一些严重的问题，如热值较低、容易腐蚀发动机、润滑性不良及尾气中含有各种有毒污染物等。因此，将甲醇裂解成为氢气和一氧化碳后进入发动机气缸燃烧，能够克服甲醇作为直接代用燃料的上述缺点。甲醇裂解气中含有丰富的氢气，可实现稀薄快速燃烧，从而提高发动机热效率，大幅降低有害排放物，提高了发动机的动力性和经济性。研究表明汽油机掺氢燃烧后的燃油经济性提高30％，汽油机部分负荷时使用汽油/氢气混合气可以提高混合气燃烧速率，在高负荷时使用纯汽油以保证功率输出；柴油机掺氢后着火滞燃期缩短，燃烧可在上止点附近完成，着火滞燃期受混合气中氧含量影响不大，从而为采用尾气再循环降低氮氧化物排放创造了条件。因此，甲醇裂解气可以为汽车提供氢能源这种最为洁净和环保的燃料。同时，在氢能利用方面，甲醇裂解解决了氢气存储不便、安全系数低等困难，应用前景较好。另外，甲醇在较低的温度下使用特殊的催化剂就可以完全裂解，使得通过吸收汽车尾气余热裂解甲醇制氢并用作内燃机燃料的技术路线得到了技术支持。
发动机余热回收利用技术是未来汽车技术的重要发展方向，甲醇裂解制氢是甲醇蒸汽转化制氢和一氧化碳的过程，即液态甲醇经过汽化后再裂解制氢反应制氢的过程，例如中国发明专利CN106241734A公开了一种甲醇裂解制氢反应器，包括壳体、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，将裂解管作为裂解腔，壳体的内腔作为换热腔，螺旋管体直接安装于壳体内腔，尾气经过壳体内腔与裂解管进行换热；其利用发动机尾气余热对甲醇进行加热，使甲醇汽化、裂解制氢反应为氢气和一氧化碳等混合气，裂解后将这种混合气体通入发动机燃烧室与汽油或柴油掺混燃烧，能够提高发动机的燃烧效率，减少发动机的污染物排放，增强发动机余热利用，提高发动机能效。但是，该甲醇裂解制氢反应器存在较为明显的缺陷，具体如下：1、由于甲醇在同一螺旋管体内先后发生汽化和裂解制氢反应，而汽化和裂解制氢反应均不是在极短的时间内或在某一特定段的管体内就可以完成的，未得到充分汽化的甲醇与已得到充分汽化的甲醇在管内一同流动的过程中，未得到充分汽化的甲醇的继续汽化过程与已得到充分汽化的甲醇的裂解制氢反应过程就会发生相互影响、干扰，影响甲醇的汽化、裂解制氢反应效率和效果，从而影响制氢效率和效果；2、由于螺旋管体内填满球状触媒催化剂(非金属内核)，会造成螺旋管体内发生“气阻”，且球状触媒催化剂(非金属内核)本身的导热效率较差，必然会影响到尾气与甲醇的热交换效率，同样也会影响甲醇的汽化、裂解制氢反应效率和效果，从而也会影响制氢效率和效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种甲醇制氢器，在同一壳体内分别设置相对独立的甲醇汽化仓和催化制氢仓，利用发动机的余热分别进行甲醇的汽化和裂解制氢反应，使得甲醇的汽化和裂解制氢反应相互独立、互不影响，能够提高甲醇的汽化、裂解制氢反应效率和效果，从而能够提高制氢效率和效果；另外，在催化制氢仓内设置附着有贵金属催化剂的载体，在能够有效提高甲醇裂解制氢反应速率的前提下，不会造成催化制氢仓内发生“气阻”，且所采用的贵金属催化剂具有很好的导热效率，不会对尾气与甲醇的热交换效率造成影响，能够进一步提高甲醇的裂解制氢反应效率和效果，从而能够提高制氢效率和效果。
本发明的技术方案如下：
一种甲醇制氢器，包括有壳体以及分别设置于壳体两端的尾气进口和尾气出口，其特征在于：所述的壳体内分别设置有甲醇汽化仓和催化制氢仓，所述的甲醇汽化仓内设置有管道，所述的催化制氢仓为密闭的仓室，所述管道的一端为液态甲醇进口端并从所述的壳体内延伸出，管道的另一端为气态甲醇出口端并从所述催化制氢仓的一端延伸到其内部，所述催化制氢仓的另一端设有从所述壳体内延伸出的氢气出口，催化制氢仓内设置有载体。
所述的甲醇制氢器，其特征在于：所述的壳体为金属圆筒，壳体的两端分别具有延伸部。
所述的甲醇制氢器，其特征在于：所述的管道为由金属管弯折而成的S形管道。
所述的甲醇制氢器，其特征在于：所述的催化制氢仓为两端均封闭的金属圆筒。
所述的甲醇制氢器，其特征在于：所述管道的液态甲醇进口端通过管路外接甲醇喷嘴。
所述的甲醇制氢器，其特征在于：所述壳体的侧壁上分别设有第一、二测温口，所述的第一、二测温口中均安装有温度传感器，其中第一测温口与所述甲醇汽化仓的内部相通，第二测温口与所述催化制氢仓的内部相通，且位于所述氢气出口的附近。
所述的甲醇制氢器，其特征在于：所述的氢气出口连接有通向发动机的进气管。
所述的甲醇制氢器，其特征在于：所述的载体包括有金属筒和设置于金属筒内的带有孔隙的芯柱，所述芯柱的孔隙中附着有贵金属催化剂。
本发明的有益效果：
本发明结构简单、合理，在同一壳体内分别设置相对独立的甲醇汽化仓和催化制氢仓，利用发动机的余热分别进行甲醇的汽化和裂解制氢反应，使得甲醇的汽化和裂解制氢反应相互独立、互不影响，能够提高甲醇的汽化、裂解制氢反应效率和效果，从而能够提高制氢效率和效果；另外，在催化制氢仓内设置附着有贵金属催化剂的载体，在能够有效提高甲醇裂解制氢反应速率的前提下，不会造成催化制氢仓内发生“气阻”，且所采用的贵金属催化剂具有很好的导热效率，不会对尾气与甲醇的热交换效率造成影响，能够进一步提高甲醇的裂解制氢反应效率和效果，从而能够提高制氢效率和效果。
附图说明
图1为本发明外部立体结构示意图。
图2为本发明内部结构示意图一。
图3为本发明内部结构示意图二。
图4为本发明中载体的结构剖视图。
具体实施方式
参见附图，一种甲醇制氢器，包括有壳体1以及分别设置于壳体1两端的尾气进口和尾气出口，壳体1内分别设置有甲醇汽化仓2和催化制氢仓3，甲醇汽化仓2内设置有管道4，催化制氢仓3为密闭的仓室，管道4的一端为液态甲醇进口端6并从壳体1内延伸出，管道4的另一端为气态甲醇出口端7并从催化制氢仓3的一端延伸到其内部，催化制氢仓3的另一端设有从壳体1内延伸出的氢气出口5，催化制氢仓3内设置有载体8。
本发明中，壳体1为金属圆筒，壳体1的两端分别具有延伸部9，便于装配。
管道4为由金属管弯折而成的S形管道。
催化制氢仓3为两端均封闭的金属圆筒。
管道4的液态甲醇进口端6通过管路外接甲醇喷嘴。
壳体1的侧壁上分别设有第一、二测温口10、11，第一、二测温口10、11中均安装有温度传感器，其中第一测温口10与甲醇汽化仓2的内部相通，第二测温口11与催化制氢仓3的内部相通，且位于氢气出口5的附近。
氢气出口5连接有通向发动机的进气管。
载体8包括有金属筒8-1和设置于金属筒8-1内的带有孔隙的芯柱8-2，芯柱8-2的孔隙中附着有贵金属催化剂。
以下结合附图对本发明作进一步的说明：
催化制氢仓3为两端均封闭的金属圆筒，可通过固定焊接的方式固定在壳体1的内壁上。
甲醇汽化仓2为在壳体1的内壁与催化制氢仓3的外壁之间形成的扇形夹腔，管道4一方面为由金属管弯折而成的S形管道，另一方面为沿扇形的甲醇汽化仓2分布的弧形结构，管道4可采用若干个弧形连接条12并通过固定焊接的方式固定在催化制氢仓3的一侧，若干个弧形连接条12能够使得进入甲醇汽化仓2内的尾气形成“湍流”，能够进一步提高尾气与催化制氢仓3、管道4的热交换效率。
第一测温口10中安装的温度传感器用于检测甲醇汽化仓2内的实时温度，以判别是否达到液态甲醇汽化过程所需的温度条件；第二测温口11与催化制氢仓3的内部相通，且位于氢气出口5的附近，第二测温口11中安装的温度传感器用于检测催化制氢仓3内在位于氢气出口5附近位置的实时温度，以判别是否达到气态甲醇裂解制氢反应过程所需的温度条件。
汽车发动机排出的尾气经尾气进口进入壳体1内，液态甲醇由甲醇喷嘴经管道4的液态甲醇进口端6喷入管道4，管道4与带有余热的尾气进行换热，管道4内的液态甲醇逐渐汽化，成为气态甲醇，经管道4的气态甲醇出口端7进入催化制氢仓3，在高温和一定压力环境下，并在贵金属催化剂的催化作用下，气态甲醇进行裂解制氢反应，得到氢气和一氧化碳，最终经氢气出口5通入发动机燃烧室，与汽油或柴油掺混燃烧，能够提高发动机的燃烧效率，减少发动机的污染物排放。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方案进行描述，并非对本发明的保护范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种甲醇制氢器，包括有壳体以及分别设置于壳体两端的尾气进口和尾气出口，其特征在于：所述的壳体内分别设置有甲醇汽化仓和催化制氢仓，所述的甲醇汽化仓内设置有管道，所述的催化制氢仓为密闭的仓室，所述管道的一端为液态甲醇进口端并从所述的壳体内延伸出，管道的另一端为气态甲醇出口端并从所述催化制氢仓的一端延伸到其内部，所述催化制氢仓的另一端设有从所述壳体内延伸出的氢气出口，催化制氢仓内设置有载体。
2.根据权利要求1所述的甲醇制氢器，其特征在于：所述的壳体为金属圆筒，壳体的两端分别具有延伸部。
3.根据权利要求1所述的甲醇制氢器，其特征在于：所述的管道为由金属管弯折而成的S形管道。
4.根据权利要求1所述的甲醇制氢器，其特征在于：所述的催化制氢仓为两端均封闭的金属圆筒。
5.根据权利要求1所述的甲醇制氢器，其特征在于：所述管道的液态甲醇进口端通过管路外接甲醇喷嘴。
6.根据权利要求1所述的甲醇制氢器，其特征在于：所述壳体的侧壁上分别设有第一、二测温口，所述的第一、二测温口中均安装有温度传感器，其中第一测温口与所述甲醇汽化仓的内部相通，第二测温口与所述催化制氢仓的内部相通，且位于所述氢气出口的附近。
7.根据权利要求1所述的甲醇制氢器，其特征在于：所述的氢气出口连接有通向发动机的进气管。
8.根据权利要求1所述的甲醇制氢器，其特征在于：所述的载体包括有金属筒和设置于金属筒内的带有孔隙的芯柱，所述芯柱的孔隙中附着有贵金属催化剂。
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