本發明專利技術公開一種利用發動機余熱的甲醇裂解反應器。該裝置利用發動機尾氣余熱對甲醇進行加熱，使其裂解為氫氣和一氧化碳等混合氣，裂解后將這種混合氣體通入發動機燃燒室進行燃燒。該甲醇裂解器包括殼體、甲醇管、換熱管、裂解氣出口等。反應器外殼包裹絕熱陶瓷棉，反應器內殼和外殼之間由鋼管支撐；甲醇經甲醇管進入裂解室，裂解室內填滿催化劑；換熱管兩端焊接在通氣孔板上，中間穿過折流板；廢氣經廢氣進口由前通氣孔板進入換熱管內參與換熱。本發明專利技術利用發動機排放的尾氣余熱，進行甲醇裂解制氫反應，減少了發動機的污染物排放，增強了發動機余熱利用，提高發動機能效。該裝置使用經濟、可靠、壽命長，可安裝在汽車、船舶等領域。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種利用發動機余熱的甲醇裂解反應器，屬于發動機余熱利用領域。
技術介紹
甲醇是一種富氧、環保、高能的燃料，其物理性質決定了在常溫常壓下甲醇是以液態形式存在的。與汽油相比，甲醇的Η/C和辛烷值高，稀燃范圍十分寬泛，允許發動機使用較高的壓縮比，是一種高效燃料。甲醇分子中含氧50 %，燃燒速度快，自身含氧助燃，燃燒充分，既能提高熱效率，又可實現機內凈化和降低C0、HC和NOx等常規氣體排放。生產原料廣泛而豐富(如劣質煤、焦爐氣、生活生產廢棄物等)，這有助于甲醇燃料的進一步推廣和應用。中國對甲醇燃料替代汽油的研究試驗已有將近四十年的歷史，目前已經在部分地區有了規模化得以應用，取得了經濟效益和社會效益的雙豐收。但目前將甲醇作為直接的汽車代用燃料，會產生一些嚴重的問題，如熱值較低、容易腐蝕發動機、潤滑性不良及尾氣中含有各種有毒污染物等，這都阻礙著甲醇燃料的進一步應用。出于節能減排的考慮，將甲醇裂解成為氫氣和一氧化碳后進入發動機氣缸燃燒克服了甲醇作為直接代用燃料的上述缺點。甲醇裂解氣中含有豐富的氫氣，具備氫氣燃燒的特點，可實現稀薄快速燃燒，從而提高發動機熱效率，大幅降低有害排放物，提高發動機的動力性和經濟性。研究表明汽油機摻氫燃燒后的燃油經濟性提高30%，汽油機部分負荷時使用汽油/氫氣混合氣可以提高混合氣燃燒速率，在高負荷時使用純汽油以保證功率輸出；柴油機摻氫后著火滯燃期縮短，燃燒可在上止點附近完成，著火滯燃期受混合氣中氧含量影響不大，從而為采用廢氣再循環降低氮氧化物排放創造了條件。甲醇裂解氣可以為汽車提供氫能源這種最為潔凈和環保的燃料。同時，在氫能利用方面，甲醇裂解解決了氫氣存儲不便、安全系數低等困難，應用前景較好。更為可喜的是，甲醇低溫裂解催化劑有了突破性的進展，甲醇在較低的溫度下使用特殊的催化劑就可以完全裂解，使得通過吸收汽車尾氣余熱裂解甲醇制氫并用作內燃機燃料的技術路線得到了技術支持。發動機余熱回收利用是未來汽車技術的發展方向之一。現有的發動機余熱回收利用技術為了兼顧反應器換熱效果和殼體強度，采取了異材結構，大大增加了焊縫處漏氣的風險;有的技術方案采用換熱管填充催化劑，催化劑裝載量小，而且由于甲醇進入管內是為液態，容易沖刷掉催化劑顆粒;有的技術方案采用電熱栓輔助加熱，雖然增強了反應器的換熱，但是容易導致反應器受熱不均勻，增加了控制反應溫度的難度。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術利用發動機余熱提出一種結構緊湊、拆卸方便、經濟可靠的高能效、低排放的甲醇裂解反應器。本專利技術提出的一種利用發動機余熱的甲醇裂解反應器，包括殼體、甲醇管、換熱管和裂解氣出口，其特征在于:所述殼體包括內殼、外殼，以及穿過外殼與內殼腔體相通的催化劑裝填口、廢氣進口和廢氣出口，內殼和外殼之間設有支撐體;其中所述催化劑裝填口用于向內殼腔體充入催化劑;所述廢氣進口、廢氣出口位于殼體的兩端，用于發動機廢氣的輸入和排出；所述甲醇管從內殼腔體靠近廢氣進口一端向另一端延伸布放，并穿過外殼引出，用于輸入甲醇蒸氣，其靠近廢氣進口一端開有若干小孔，用于向內殼內腔供應甲醇蒸汽；所述換熱管在內殼內腔內沿軸向設置，其一端通過第一通氣孔板與廢氣進口相通，另一端通過第二通氣孔板與廢氣出口相通；所述裂解氣出口開設在相對于催化劑裝填口的另一端，用于向外部輸出裂解氣體。進一步的，所述甲醇裂解反應器的殼體內腔垂直于換熱管方向，設有若干折流板，折流板上設有與換熱管相對應的開孔;折流板部分隔斷內腔，與內腔形成彎曲S形氣體通道，使催化劑與甲醇蒸汽混合更加均勻。進一步的，所述甲醇裂解反應器的所述內殼內設有多個換熱管，各個換熱管在徑向橫截面方向排列均勻。進一步的，所述甲醇裂解反應器的換熱管、內殼、通氣孔板均用銅材制成。進一步的，所述甲醇裂解反應器的廢氣進口處設有旁通管，當裂解反應器內殼溫度過高時，旁通閥門自動打開，減少輸入殼體內腔的廢氣。進一步的，所述甲醇裂解反應器的殼體開設有熱電偶測溫口，用于插入熱電偶。進一步的，所述甲醇裂解反應器的內殼、外殼均為圓柱形，其內抽真空，外殼包裹絕熱陶瓷棉。進一步的，所述甲醇裂解反應器的內殼和外殼之間的支撐體是鋼管。總體而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，本專利技術具有以下優點:1.利用發動機排放的尾氣余熱，進行甲醇裂解制氫反應，減少發動機余熱的能量浪費，提高能量利用效率。2.采用溫控儀測出甲醇裂解反應器的溫度，智能調節反應器的燃料供給，可使裂解制氫反應器在穩定的溫度條件下工作。3.將反應得到的裂解氣與汽油摻混燃燒，可有效提高發動機的燃燒效率，減少發動機的污染物排放，并節約石油化石燃料。 4.裂解腔和換熱腔有效整合，結構緊湊，催化劑裝填方便，各零件拆卸方便，適合安裝在汽車、船舶等上使用。5.液體甲醇進入甲醇管和廢氣進行對流換熱，汽化為甲醇蒸汽，裂解室催化劑的存儲量大，中間用折流板隔開，形成S形氣路，甲醇蒸汽與催化劑的接觸傳質反應面積大，提高了裂解率。6.由于換熱管和反應器內殼采用了相同材料，減小了因熱應力對焊縫造成的損害;此外，在反應器的外圍加上一層殼體，中間用鋼管支撐，大大增加了反應器的強度，同時也起到了保溫的作用。因此，該甲醇裂解裝置使用經濟可靠、壽命長。7.反應器設有旁通管，內設旁通閥門，通過控制閥門開閉可有效減小反應器裂解室溫度過高對裂解效率的不利影響。【附圖說明】圖1是本專利技術的甲醇裂解反應器局部縱向結構剖視圖；圖2是本專利技術的甲醇裂解反應器局部橫向結構剖視圖；圖3是本專利技術的甲醇裂解反應器甲醇管主視圖；圖4是本專利技術的甲醇裂解反應器立體結構視圖；在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:圖中:1-廢氣進口法蘭，2-反應器封頭，3-前護圈，4-第一通氣孔板，5-熱電偶測溫口，6-換熱管，7-當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種利用發動機余熱的甲醇裂解反應器，包括殼體、甲醇管(16)、換熱管(6)和裂解氣出口(13)，其特征在于：所述殼體包括內殼(23)、外殼(21)，以及穿過外殼與內殼腔體相通的催化劑裝填口(9)、廢氣進口(24)和廢氣出口(17)，內殼(23)和外殼(21)之間設有支撐體；其中所述催化劑裝填口(9)用于向內殼腔體充入催化劑；所述廢氣進口(24)、廢氣出口(17)位于殼體的兩端，用于發動機廢氣的輸入和排出；所述甲醇管(16)從內殼(23)腔體靠近廢氣進口(24)一端向另一端延伸布放，并穿過外殼(21)引出，用于輸入甲醇蒸氣，其靠近廢氣進口(24)一端開有若干小孔，用于向內殼(23)內腔供應甲醇蒸汽；所述換熱管在內殼(23)內腔內沿軸向設置，其一端通過第一通氣孔板(4)與廢氣進口(24)相通，另一端通過第二通氣孔板(14)與廢氣出口(17)相通；所述裂解氣出口(13)開設在相對于催化劑裝填口(9)的另一端，用于向外部輸出裂解氣體。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣炎坤，張浩浩，王容，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42
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