[实用新型]车载含水乙醇低温重整制氢应用系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及内燃机余热应用领域，具体地指一种车载含水乙醇低温重整制氢应用系统。

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NO_x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，实现车载在线产氢，同时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，并且富氢气体在空气中的扩散 速度快，有利于燃油和空气的均匀混合，提高发动机的动力特性。

现有的重整制氢装置形式多样。例如，一种乙醇重整器(游伏兵，含水酒精重整燃料发动机研究，武汉理工大学博士论文)采用的是管壳式结构，该装置用两个腔室将乙醇水溶液的蒸发部分和乙醇水蒸气的催化反应部分隔开，在乙醇水溶液蒸发部分的管程中通入含水乙醇，在乙醇水蒸气反应部分的管程中通入含水乙醇蒸气，并在该部分的管程中添加催化剂，而整个壳程中则通入发动机尾气。该重整器两个腔室之间的密封比较困难，且在高温条件下经过长时间反应后，由于在催化剂表面形成积碳、烧结等原因造成催化剂中毒和管程堵塞，严重影响了乙醇的转化率和氢气的选择性，甚至导致重整器失效。另外，中国发明专利(CN100364881C)公开了一种改良后的多孔蜂窝陶瓷结构的甲醇重整器，其在管程中通入发动机尾气，在壳程中通入甲醇，并且在管程和壳程之间添加了陶瓷结构，该结构虽然避免了因催化剂积碳而形成的堵塞问题，但其内部陶瓷结构密度较大，导致其重整器重量较大，且单级催化，很难同时保证较高的燃料转化率和氢气选择性。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中容易造成重整器堵塞、氢气选择性不高和乙醇转化率较低的问题，而提出一种车载含水乙醇低温重整制氢应用系统。

为实现上述目的，本实用新型所设计的车载含水乙醇低温重整制氢应用系统，包括汽车发动机，其特殊之处在于，还包括上述的低温重整制氢装置，所述低温重整制氢装置的含水乙醇进口与车载含水乙醇箱的输出端管路相连，所述低温重整制氢装置的富氢气体出口与汽车发动机的进气管相连，所述低温重整制氢装置的热介质进口与汽车发动机的尾气管相连，所述低温重整制氢装置的热介质出口与汽车尾气处理装置相连。

进一步地，所述低温重整制氢装置包括筒形结构的反应壳体，所 述反应壳体前后两端分别设置有前密封板和后密封板，所述反应壳体内腔中从前向后紧邻或间隔设置有涂敷碱性Cu基催化剂的初级钛网结构反应区和涂敷碱性Ni基催化剂的二级钛网结构反应区；所述初级钛网结构反应区与前密封板之间形成含水乙醇蒸发腔，所述含水乙醇蒸发腔的壳壁上设置有含水乙醇进口；所述二级钛网结构反应区与后密封板之间形成重整产物汇集腔，所述重整产物汇集腔的壳壁上设置有富氢气体出口；所述反应壳体内腔中还平行布置有贯穿初级钛网结构反应区和二级钛网结构反应区的换热管束，所述换热管束的两端分别固定在前密封板和后密封板上的安装孔中；所述前密封板和后密封板外侧分别设置有前端盖和后端盖，所述前端盖上设置有热介质出口，所述后端盖上设置有热介质进口，所述热介质出口通过换热管束与热介质进口相连。低温重整制氢装置利用蜂窝钛网结构能够产生较大的催化剂接触表面积，使两级钛网结构反应区的体积得到缩小，有利于重整制氢装置的小型化。