CN208814654U - 一种新型乙醇低温重整制氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型乙醇低温重整制氢装置包括蒸发室所述蒸发室的表面开设有乙醇水溶液进口，所述乙醇水溶液进口的内表面固定连接有蒸发管，所述安装孔的表面固定连接有换热管束，所述换热管束的表面固定连接有催化剂载体板，所述换热管束的表面固定连接有折流板，所述折流板分布在相邻两个催化剂载体板之间，且相邻两个折流板错开分布，所述反应壳体上靠近其右端的内表开设有富氢气体出口。本实用新型将蒸发室与反应壳体分开，达到了增加乙醇水溶液蒸发时间的效果，优化了反应壳体内腔的结构，通过增加折流板，充分利用反应壳体的内部空间，为乙醇蒸汽和水蒸汽提供足够的反应时间，从而达到提高重整率的效果。

Description

一种新型乙醇低温重整制氢装置

技术领域

本实用新型涉及乙醇低温重整制氢技术领域，具体为一种新型乙醇低温重整制氢装置。

背景技术

为了缓解能源短缺和减少环境污染问题，寻找替代能源和降低有害排放物正成为内燃机研究领域的两个重要课题，氢气以其来源多样、可再生性、清洁环保等突出特点成为当下新能源领域的研究热点，大量研究表明，氢气的扩散速度和火焰传播速度较其它燃料更快，辛烷值更高，可燃极限更宽，而点火能量较小，因此，在燃料中掺氢易于实现稀薄燃烧，可以大幅度改善内燃机的工作和排放性能，从而降低NOx和HC等有害物质的排放量，已有的掺氢发动机的试验和理论研究，都证明了掺氢燃料在发动机中具有广阔的应用前景，然而氢气的获取方式、储运技术等问题使得掺氢发动机难以在实际中真正得到推广，如果利用廉价、可再生的生物乙醇代替氢气随车携带，并利用发动机尾气余热将生物乙醇重整为氢气，为汽车发动机实时供氢，那必将为掺氢燃烧发动机的市场推广提供新的思路和方向，同时，车载在线制氢还免去了氢气的储存与运输环节，使氢燃料在发动机上的应用和推广成为可能，利用汽车发动机余热催化含水乙醇产生的重整气体富含H2、CH4和CO等，这种重整气十分适合发动机燃烧，无需经过任何净化处理就可以直接使用，在汽车发动机中掺氢，能够拓宽燃烧界限，加快燃油燃烧速率，实现稳定的超稀薄燃烧，从而改善发动机燃烧性能。如中国专利CN201620482695.6公开了一种利用发动机尾气余热制氢的乙醇重整器，该装置利用汽车发动机余热将含水乙醇经过两级催化重整为富氢气体，再将富氢气体通入汽车发动机与燃油进行混合燃烧的过程，其装置和应用系统利用两级蜂窝钛网结构产生较大的催化剂接触表面积，有利于重整制氢装置的小型化，使车载在线产氢成为可能；两级催化的结构实现了催化剂的相互协同作用，解决了使用单一催化剂乙醇转化效率和氢气选择性较低等问题；在低温环境下通过碱性催化剂的相互协同作用，解决了催化剂的烧结和积炭问题，提高了催化剂的使用寿命。但是该装置先将乙醇水溶液喷如蒸发腔内，然后通过汽车尾气将乙醇水溶液加热变成含水乙醇蒸汽，含水乙醇蒸汽再与催化剂反应生成氢气，但是乙醇水溶液蒸发时间短，且乙醇蒸汽在壳程中流动距离短，停留时间过短，一定程度上缩短了反应时间，降低了重整率，需要改进。

实用新型内容

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种新型乙醇低温重整制氢装置，包括蒸发室所述蒸发室的表面开设有乙醇水溶液进口，所述乙醇水溶液进口的内表面固定连接有蒸发管。

所述蒸发室的一端开设有热介质出口，所述蒸发室的另一端开设有热介质通孔，所述热介质通孔的表面固定连接有前端盖，所述前端盖的侧面固定连接有前密封板，所述前密封板的侧面固定连接有反应壳体，所述反应壳体的侧面固定连接有后密封板，所述后密封板的侧面固定连接有后端盖，所述后端盖的表面开设有热介质进口，所述前密封板的表面开设有通孔，所述蒸发管上远离乙醇水溶液进如的一端固定连接在通孔的内表面上，且蒸发管的内表面反应壳体的内表面相通，所述前密封板和后密封板上开设有安装孔，所述安装孔的表面固定连接有换热管束，所述换热管束的表面固定连接有催化剂载体板，所述催化剂载体板的表面与反应壳体的内表面搭接，所述换热管束的表面固定连接有折流板，所述折流板的表面与反应壳体的内表面搭接，所述折流板分布在相邻两个催化剂载体板之间，且相邻两个折流板错开分布，所述反应壳体上靠近其右端的内表开设有富氢气体出口。

优选的，所述蒸发管的形状为螺旋状。

优选的，所述换热管束的数量不少于六个，且各个换热管束以反应壳体的轴心为中心环形阵列。

优选的，所述催化剂载体板是由多片正六边形孔架结构的蜂窝状钛网层叠组合而成。

优选的，所述述乙醇水溶液进口的直径与富氢气体出口的直径比为3:5～4:5。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型采用逆流式换热，即采用换热管束，乙醇蒸汽流动方向与热介质流动方向相反，克服了传统将尾气通入壳程中排气背压大的问题；通过设置热介质对蒸发室加热，蒸发室对蒸发管加热，从而将蒸发管内的乙醇水溶液变为含水乙醇水蒸气，再将含水乙醇水蒸气通入反应壳体中，达到了增加乙醇水溶液蒸发时间，提高了重整率；优化了反应壳体内腔的结构，通过增加折流板，充分利用反应壳体的内部空间，为乙醇蒸汽和水蒸汽提供足够的反应时间，从而达到提高重整率的效果。

附图说明

图1为本实用新型正视图的剖视图；

图2为本实用新型折流板侧视图的剖视图；

图3为本实用新型催化剂载体板侧视图的剖视图。

图中：1-蒸发室、2-乙醇水溶液进口、3-蒸发管、4-热介质出口、5-热介质通孔、6-前端盖、7-前密封板、8-反应壳体、9-后密封板、10-后端盖、11-热介质进口、12-换热管束、13-催化剂载体板、14-折流板、15-富氢气体出口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种新型乙醇低温重整制氢装置，包括蒸发室1，蒸发室1内部的热介质对蒸发管3加热，使蒸发管3内部的乙醇水溶液变成含水乙醇蒸汽，蒸发室1的表面开设有乙醇水溶液进口2，乙醇水溶液从乙醇水溶液进口2进到蒸发管3内，乙醇水溶液进口2的内表面固定连接有蒸发管3，蒸发管3吸收热介质的热量，将乙醇水溶液变成含水乙醇蒸汽，然后将含水乙醇蒸汽通到前密封板7、反应壳体8和后密封板9形成的空腔中的左端，蒸发管3的形状为螺旋状，将蒸发管3的形状设为螺旋状，增大蒸发管3与热介质的接触面积，加快蒸发管3内部的乙醇水溶液变成含水乙醇蒸汽的速度。

请参阅图1至图3，蒸发室1的一端开设有热介质出口4，热介质从热介质出口4排出去，蒸发室1的另一端开设有热介质通孔5，热介质通孔5将蒸发室1和前端盖6固定连接在一起，并且蒸发室1的内表面通过热介质通孔5与前端盖6的内表面相通，热介质通孔5的表面固定连接有前端盖6，前端盖6与前密封板7形成一个空隙，使换热管束12内部的热介质进入空隙中，然后通过热介质通孔5进入到蒸发室1内，前端盖6的侧面固定连接有前密封板7，前密封板7、反应壳体8和后密封板9形成一个空腔，乙醇在催化剂载体板13上催化剂和低温的作用下，在空腔内生成二氧化碳和氢气，前密封板7的侧面固定连接有反应壳体8，先向热介质进口11中通入热介质，热介质进入后密封板9与后端盖10之间的空隙中，然后进入到换热管束12中，对反应壳体8内部加热，为催化反应提供适当的温度，然后热介质从热介质通孔5进入蒸发室1中，对蒸发室1内部加热，为乙醇水溶液变成含水乙醇蒸汽提供热量，最后热介质从热介质出口4排除去，当反应壳体8内部达到一定温度时，从乙醇水溶液进口2通入乙醇水溶液，然后乙醇水溶液在蒸发管3内流动，并被蒸发室1内部的热量加热变成含水乙醇蒸汽，然后含水乙醇蒸汽进入到前密封板7、反应壳体8和后密封板9形成的空腔中的左端，含水乙醇蒸汽从空腔左端到空腔右端的过程中，在催化剂载体板13上催化剂的催化下生成氢气，折流板14增加了含水乙醇蒸汽从空腔左端到空腔右端流动时间，从而增加了含水乙醇蒸汽与催化剂反应的时间，达到提高重整率的效果，反应壳体8的侧面固定连接有后密封板9，后密封板9和后端盖10形成一个间隙，热介质从热介质进口11进入后密封板9和后端盖10形成的间隙中，然后进入换热管束12中，后密封板9的侧面固定连接有后端盖10，后端盖10的表面开设有热介质进口11，热介质从热介质进口11进入后密封板9和后端盖10形成的间隙中，然后进入换热管束12中，前密封板7的表面开设有通孔，蒸发管3上远离乙醇水溶液进口2的一端固定连接在通孔的内表面上，且蒸发管3的内表面反应壳体8的内表面相通，前密封板7和后密封板9上开设有安装孔，安装孔的表面固定连接有换热管束12，换热管束12指逆流式换热管，即采用乙醇蒸汽流动方向与尾气流动方向相反，克服了传统将尾气通入壳程中排气背压大的问题，换热管束12的数量不少于六个，且各个换热管束12以反应壳体8的轴心为中心环形阵列，换热管束12越多越能充分利用热介质的能量，对催化加载体板13进行加热，换热管束12的表面固定连接有催化剂载体板13，催化剂放置在催化剂载体板13上，催化剂载体板13是由多片正六边形孔架结构的蜂窝状钛网层叠组合而成，蜂窝状钛网的设置增大催化反应过程中的换热量和催化剂与含水乙醇蒸汽的接触面积，提高该重整器的催化效率，催化剂载体板13的表面与反应壳体8的内表面搭接，换热管束12的表面固定连接有折流板14，折流板14充分利用反应壳体的内部空间，为乙醇蒸汽和水蒸汽提供足够的反应时间，从而达到提高重整率的效果，折流板14的表面与反应壳体8的内表面搭接，折流板14分布在相邻两个催化剂载体板13之间，且相邻两个折流板14错开分布，反应壳体9上靠近其右端的内表开设有富氢气体出口15，含水乙醇蒸汽在催化剂和低温的作用下产生的富氢气体从富氢气体出口15排出，乙醇水溶液进口2的直径与富氢气体出口15的直径比为3:5～4:5，由于由于气体比液体体积大，含水乙醇进入重整器后体积膨胀，因此富氢气体出口15的直径比乙醇水溶液进口2的直径稍大。

工作原理：该新型乙醇低温重整制氢装置使用时，先向热介质进口11中通入热介质，热介质进入后密封板9与后端盖10之间的空隙中，然后进入到换热管束12中，对反应壳体8内部加热，为催化反应提供适当的温度，然后热介质从热介质通孔5进入蒸发室1中，对蒸发室1内部加热，为乙醇水溶液变成含水乙醇蒸汽提供热量，最后热介质从热介质出口4排除去，当反应壳体8内部达到一定温度时，从乙醇水溶液进口2通入乙醇水溶液，然后乙醇水溶液在蒸发管3内流动，并被蒸发室1内部的热介质加热变成含水乙醇蒸汽，然后含水乙醇蒸汽进入前密封板7、反应壳体8和后密封板9形成空腔中的左端，含水乙醇蒸汽从空腔左端到空腔右端的过程中，在催化剂载体13上催化剂的催化下生成氢气，折流板14增加了含水乙醇蒸汽从空腔左端到空腔右端流动时间，从而增加了含水乙醇蒸汽与催化剂反应的时间，达到提高重整率的效果。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种新型乙醇低温重整制氢装置，包括蒸发室(1)，其特征在于：所述蒸发室(1)的表面开设有乙醇水溶液进口(2)，所述乙醇水溶液进口(2)的内表面固定连接有蒸发管(3)；

所述蒸发室(1)的一端开设有热介质出口(4)，所述蒸发室(1)的另一端开设有热介质通孔(5)，所述热介质通孔(5)的表面固定连接有前端盖(6)，所述前端盖(6)的侧面固定连接有前密封板(7)，所述前密封板(7)的侧面固定连接有反应壳体(8)，所述反应壳体(8)的侧面固定连接有后密封板(9)，所述后密封板(9)的侧面固定连接有后端盖(10)，所述后端盖(10)的表面开设有热介质进口(11)，所述前密封板(7)的表面开设有通孔，所述蒸发管(3)上远离乙醇水溶液进口(2)的一端固定连接在通孔的内表面上，且蒸发管(3)的内表面反应壳体(8)的内表面相通，所述前密封板(7)和后密封板(9)上开设有安装孔，所述安装孔的表面固定连接有换热管束(12)，所述换热管束(12)的表面固定连接有催化剂载体板(13)，所述催化剂载体板(13)的表面与反应壳体(8)的内表面搭接，所述换热管束(12)的表面固定连接有折流板(14)，所述折流板(14)的表面与反应壳体(8)的内表面搭接，所述折流板(14)分布在相邻两个催化剂载体板(13)之间，且相邻两个折流板(14)错开分布，所述反应壳体(8)上靠近其右端的内表开设有富氢气体出口(15)。

2.根据权利要求1所述的一种新型乙醇低温重整制氢装置，其特征在于：所述蒸发管(3)的形状为螺旋状。

3.根据权利要求1所述的一种新型乙醇低温重整制氢装置，其特征在于：所述换热管束(12)的数量不少于六个，且各个换热管束(12)以反应壳体(8)的轴心为中心环形阵列。

4.根据权利要求1所述的一种新型乙醇低温重整制氢装置，其特征在于：所述催化剂载体板(13)是由多片正六边形孔架结构的蜂窝状钛网层叠组合而成。

5.根据权利要求1所述的一种新型乙醇低温重整制氢装置，其特征在于：所述乙醇水溶液进口(2)的直径与富氢气体出口(15)的直径比为3:5～4:5。