[實用新型]一種汽車余熱制氫裝置

有效

• 申請號: 201921662462.4
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN211111044U
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 何小明;施靖輝;張啟鵬;賈俊;陸金海
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C01B3/32
• 分類號: C01B3/32;F01N5/02;F02B43/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本實用新型公開了一種汽車余熱制氫裝置，包括用管道依次進行連接的甲醇罐、反應室、洗氣瓶以及儲氫瓶，在反應室的出入口和儲氫瓶的出入口還接有電磁閥，儲氫瓶的出口罐路與進氣總管相通。在傳統微氫技術的背景下充分利用了發動機余熱的能量，并且原材料為有毒并且廉價的甲醇，反應產物得到了充分的利用，避免了能源浪費的現象。本實用新型不僅可以很好的滿足氫氣助燃要求，相對于傳統的電解水制氫裝置微氫噴射裝置，還在一定程度上節省了電池和電解池的所占體積，套筒狀反應室的使用進一步節省了空間的占比，使得該裝置在中小型車上的使用變成了可能。

技術領域：

本實用新型涉及一種汽車余熱制氫裝置，其屬于汽車技術領域。

背景技術：

1.甲醇水蒸氣制氫:

甲醇制氫主要有甲醇分解制氫和甲醇水蒸氣重整制氫兩種工藝。

甲醇分解制氫即甲醇在一定溫度、壓力和催化劑作用下發生裂解反應生成H₂和CO。采用該工藝制氫，單位質量甲醇的理論H₂收率為12.5％(質量分數)，產物中CO含量較高，約占三分之一，后續分離裝置復雜，投資高。

甲醇水蒸氣重整制氫即甲醇和水在一定溫度、壓力和催化劑作用下轉化生成H₂、CO2及少量CO和CH₄的混合氣體。甲醇水蒸氣重整制氫具有反應溫度低，產物中H₂含量高、CO含量較甲醇分解制氫法低(體積分數小于2％)等優點。采用該工藝單位質量甲醇的理論H₂收率為18.8％(質量分數)，即甲醇水蒸氣重整制氫產氫量高于甲醇直接分解制氫，且產物中CO含量低，分離簡單。因此目前開發的甲醇制氫技術主要采用甲醇水蒸氣重整制氫工藝。

甲醇水蒸氣重整制氫工藝流程:甲醇和脫鹽水按一定比例混合經換熱器預熱后送入汽化塔，汽化后的甲醇-水蒸氣經過熱器過熱后進入列管反應器中，甲醇與水蒸氣在溫度(200～300)℃(溫度由導熱油爐系統提供)、壓力(1～2)MPa和催化劑作用下進行重整反應生成H₂、CO₂及少量CO的混合氣體。混合氣經換熱、冷卻后進入水洗吸收塔，塔釜收集未轉化的甲醇和水循環利用，塔頂氣送變壓吸附裝置提純。根據對產品氣純度和雜質的要求，變壓吸附采用四塔或四塔以上流程，H₂度可以達到99.9％～99.999％。

2.車載制氫方法分析

傳統的制氫工藝主要有天然氣制氫、煤制氫及電解水制氫等。煤制氫和天然氣制氫具有技術成熟、成本低等優點，但煤制氫通常投資較高，只適合大規模制氫；天然氣制氫雖然適合各種規模的制氫裝置，但天然氣作為重要的清潔能源，在作為化工原料方面的應用受到嚴格限制；而電解水制氫耗電量大導致成本較高，僅適合小規模應用。與煤和天然氣相比，甲醇產能過剩，原料資源豐富，甲醇更容易儲存和運輸，因而甲醇重整制氫工藝在近幾年得到迅速推廣。隨著甲醇制氫工藝和催化劑的不斷改進，甲醇重整制氫規模也不斷擴大，制氫成本不斷降低，成為煉油廠等中等規模制氫裝置的首選。由于車輛受自身體積較小，溫度壓力不夠高等因素影響，且甲醇水蒸氣制氫的副產物易于處理，我們最終選定在汽車上使用甲醇水蒸氣制氫方法。甲醇制氫后燃燒熱能更多，相當于利用了尾氣中的廢熱。

3.摻氫混合發動機的優勢

氫氣點火能量僅為汽油的1/10，所以在相同的發動機工作狀態下汽油-氫氣所組成的混合氣較純汽油更易被點燃。同時，進氣混氫有利于促進發動機缸內的OH生成速率。而增加缸內OH的數量對于減少發動機火焰發展期，提高火焰傳播速度有明顯的作用。因此，發動機的火焰發展期與火焰發展期的循環變動均隨著混氫分數的增加而減小。相關研究表明，發動機燃燒的循環變動主要發生在最初0-10％燃料燃燒階段。所以減少發動機火焰發展期的循環變動有利于提高發動機的怠速穩定性。氫氣的火焰速度較汽油更高，所以混氫后發動機缸內火焰的傳播速度較原機明顯增加。同時，氫氣較高的擴散速度也有利于提高缸內混合氣的均勻程度，從而改善燃料的燃燒過程，進而縮短發動機火焰快速發展期并減少其循環變動。