[發明專利]一種利用汽車尾氣余熱進行自熱重整制氫的制氫反應器

有效

• 申請號: 201310712428.4
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103693618A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 潘敏強;李磊;彭海峰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38;F01N5/02;F02M25/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅偉富

技術領域

本發明涉及一種將碳氫化合物類燃料重整制備氫氣的反應器，特別是涉及一種利用汽車尾氣余熱進行自熱重整制氫的制氫反應器。

背景技術

在能源資源日益緊缺和全球氣候加速變暖的大背景下，減少汽車尾氣對環境的污染，降低汽車對石油的過度依賴，在全球范圍內已達成共識。針對以上問題，當今汽車主要往兩大方面發展，一方面是大力發展節能與新能源汽車，主要包括混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池車。另一方面，在大力發展新能源汽車的同時，不斷優化和提升傳統內燃機汽車結構與燃油經濟性性能，以及降低汽車尾氣排放和高效利用汽車尾氣熱量的研究工作也同等重要。

改造現有傳統內燃機汽車以實現低能耗輸出一直是當今汽車發展過程的一個重要課題，往汽油或柴油燃料中添加適當比例的少量氫氣作為活化劑是一種可以明顯降低燃油消耗和減少有害尾氣排放的方法，并且氫氣是一種可再生的清潔能源，該方法也不需要進行內燃機結構較大的變動，因此往汽油或柴油燃料中添加氫是一種易于實現并且環保的有效措施。

盡管氫氣作為汽車內燃機燃料添加劑具有較理想的動力性、經濟性和排放性能，但是往汽油或柴油燃料中添加氫作為活化劑的推廣應用還需要一段時間，這是由于氫氣沸點低且不易壓縮和液化，不管以氣態還是液態儲存，都要占用大量的空間，并且氫氣易燃易爆，導致運輸和加注十分困難和危險，其關鍵在于解決供氫技術難題。

目前，氫能源的需求量在不斷增大，制氫方法呈現多元化的格局。其中，將碳氫化合物類燃料(如甲醇，乙醇等)重整制備氫氣的方法是研究的熱點。將碳氫化合物類燃料重整制備氫氣的方法一般有水蒸汽重整法、部分氧化重整法和自熱重整法，其反應原理如下：

水蒸汽重整反應(Stem?Reforming)：

CmHn+mH₂O→mCO+(m+n)H₂

部分氧化重整反應(Partial?Oxidation)：

CmHn+mO₂→mCO+nH₂

自熱重整反應(Autothermal?Reforming)：

CmHn+mH₂O+mO₂→mCO+(m+n)H₂

水蒸汽重整法，使用該方法容易制得純度較高的氫，但水蒸汽重整為強吸熱反應，需要外部熱源并且熱效率較低。部分氧化重整法，使用該方法制氫的產品氣純度較低，一氧化碳濃度過高。將水蒸汽重整和部分氧化重整結合在一起的自熱重整是目前將碳氫化合物類燃料重整制備氫氣的重要發展方向。

另一方面，傳統內燃機汽車發動機工作過程中也會產生大量的熱量，并且大部分的熱能伴隨尾氣排放而損耗。現有傳統內燃機汽車所排放的尾氣溫度高達600℃～700℃，巨大的汽車尾氣排放量意味著巨大的熱能浪費。如何將汽車尾氣熱量加以有效利用而提高能源使用率是汽車面臨解決的問題，也是當前國家節能減排政策形勢需求。

因此，若能將碳氫化合物類燃料自熱重整制氫與汽車尾氣余熱利用集成在一起，將可顯著提高汽車燃油利用率，但是現有技術中還沒有出現相關的技術。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種利用汽車尾氣余熱進行自熱重整制氫的制氫反應器，用以提高汽車燃油利用率。

本發明實現上述目的的技術方案為：

一種利用汽車尾氣余熱進行自熱重整制氫的制氫反應器，其特征在于，包括依次連接的尾氣進口管、汽化單元、反應單元、換熱單元以及尾氣出口管，其中：

所述換熱單元包括外筒、內筒以及封堵在外筒和內筒兩端的上端板和下端板，所述內筒和外筒之間的封閉空間構成尾氣流動通道，所述內筒內設有由多根導流管連接而成的重整氣流動通道，所述內筒與導流管之間的封閉空間構成液態碳氫化合物燃料流動通道；

所述汽化單元包括外筒以及封堵在外筒兩端的上端板和下端板，所述外筒內設有液態碳氫化合物燃料輸送管以及由多根導流管連接而成的碳氫化合物燃料流動通道，所述外筒與導流管之間的封閉空間構成尾氣流動通道；

所述反應單元包括外筒、內筒以及封堵在外筒和內筒兩端的上端板和下端板，所述內筒的內部空間為反應腔，所述內筒與外筒之間的封閉空間內設有液態碳氫化合物燃料輸送管，所述外筒與內筒之間的封閉空間構成尾氣流動通道；所述反應腔的頂部設有氣態碳氫化合物燃料進口，下部設有催化劑塊，底部設有重整氣出口，側壁上設有氧氣進口；