本发明专利技术公开一种利用发动机余热的甲醇裂解反应器。该装置利用发动机尾气余热对甲醇进行加热，使其裂解为氢气和一氧化碳等混合气，裂解后将这种混合气体通入发动机燃烧室进行燃烧。该甲醇裂解器包括壳体、甲醇管、换热管、裂解气出口等。反应器外壳包裹绝热陶瓷棉，反应器内壳和外壳之间由钢管支撑；甲醇经甲醇管进入裂解室，裂解室内填满催化剂；换热管两端焊接在通气孔板上，中间穿过折流板；废气经废气进口由前通气孔板进入换热管内参与换热。本发明专利技术利用发动机排放的尾气余热，进行甲醇裂解制氢反应，减少了发动机的污染物排放，增强了发动机余热利用，提高发动机能效。该装置使用经济、可靠、寿命长，可安装在汽车、船舶等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用发动机余热的甲醇裂解反应器，属于发动机余热利用领域。
技术介绍
甲醇是一种富氧、环保、高能的燃料，其物理性质决定了在常温常压下甲醇是以液态形式存在的。与汽油相比，甲醇的Η/C和辛烷值高，稀燃范围十分宽泛，允许发动机使用较高的压缩比，是一种高效燃料。甲醇分子中含氧50 %，燃烧速度快，自身含氧助燃，燃烧充分，既能提高热效率，又可实现机内净化和降低C0、HC和NOx等常规气体排放。生产原料广泛而丰富(如劣质煤、焦炉气、生活生产废弃物等)，这有助于甲醇燃料的进一步推广和应用。中国对甲醇燃料替代汽油的研究试验已有将近四十年的历史，目前已经在部分地区有了规模化得以应用，取得了经济效益和社会效益的双丰收。但目前将甲醇作为直接的汽车代用燃料，会产生一些严重的问题，如热值较低、容易腐蚀发动机、润滑性不良及尾气中含有各种有毒污染物等，这都阻碍着甲醇燃料的进一步应用。出于节能减排的考虑，将甲醇裂解成为氢气和一氧化碳后进入发动机气缸燃烧克服了甲醇作为直接代用燃料的上述缺点。甲醇裂解气中含有丰富的氢气，具备氢气燃烧的特点，可实现稀薄快速燃烧，从而提高发动机热效率，大幅降低有害排放物，提高发动机的动力性和经济性。研究表明汽油机掺氢燃烧后的燃油经济性提高30%，汽油机部分负荷时使用汽油/氢气混合气可以提高混合气燃烧速率，在高负荷时使用纯汽油以保证功率输出；柴油机掺氢后着火滞燃期缩短，燃烧可在上止点附近完成，着火滞燃期受混合气中氧含量影响不大，从而为采用废气再循环降低氮氧化物排放创造了条件。甲醇裂解气可以为汽车提供氢能源这种最为洁净和环保的燃料。同时，在氢能利用方面，甲醇裂解解决了氢气存储不便、安全系数低等困难，应用前景较好。更为可喜的是，甲醇低温裂解催化剂有了突破性的进展，甲醇在较低的温度下使用特殊的催化剂就可以完全裂解，使得通过吸收汽车尾气余热裂解甲醇制氢并用作内燃机燃料的技术路线得到了技术支持。发动机余热回收利用是未来汽车技术的发展方向之一。现有的发动机余热回收利用技术为了兼顾反应器换热效果和壳体强度，采取了异材结构，大大增加了焊缝处漏气的风险;有的技术方案采用换热管填充催化剂，催化剂装载量小，而且由于甲醇进入管内是为液态，容易冲刷掉催化剂颗粒;有的技术方案采用电热栓辅助加热，虽然增强了反应器的换热，但是容易导致反应器受热不均匀，增加了控制反应温度的难度。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术利用发动机余热提出一种结构紧凑、拆卸方便、经济可靠的高能效、低排放的甲醇裂解反应器。本专利技术提出的一种利用发动机余热的甲醇裂解反应器，包括壳体、甲醇管、换热管和裂解气出口，其特征在于:所述壳体包括内壳、外壳，以及穿过外壳与内壳腔体相通的催化剂装填口、废气进口和废气出口，内壳和外壳之间设有支撑体;其中所述催化剂装填口用于向内壳腔体充入催化剂;所述废气进口、废气出口位于壳体的两端，用于发动机废气的输入和排出；所述甲醇管从内壳腔体靠近废气进口一端向另一端延伸布放，并穿过外壳引出，用于输入甲醇蒸气，其靠近废气进口一端开有若干小孔，用于向内壳内腔供应甲醇蒸汽；所述换热管在内壳内腔内沿轴向设置，其一端通过第一通气孔板与废气进口相通，另一端通过第二通气孔板与废气出口相通；所述裂解气出口开设在相对于催化剂装填口的另一端，用于向外部输出裂解气体。进一步的，所述甲醇裂解反应器的壳体内腔垂直于换热管方向，设有若干折流板，折流板上设有与换热管相对应的开孔;折流板部分隔断内腔，与内腔形成弯曲S形气体通道，使催化剂与甲醇蒸汽混合更加均匀。进一步的，所述甲醇裂解反应器的所述内壳内设有多个换热管，各个换热管在径向横截面方向排列均匀。进一步的，所述甲醇裂解反应器的换热管、内壳、通气孔板均用铜材制成。进一步的，所述甲醇裂解反应器的废气进口处设有旁通管，当裂解反应器内壳温度过高时，旁通阀门自动打开，减少输入壳体内腔的废气。进一步的，所述甲醇裂解反应器的壳体开设有热电偶测温口，用于插入热电偶。进一步的，所述甲醇裂解反应器的内壳、外壳均为圆柱形，其内抽真空，外壳包裹绝热陶瓷棉。进一步的，所述甲醇裂解反应器的内壳和外壳之间的支撑体是钢管。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:1.利用发动机排放的尾气余热，进行甲醇裂解制氢反应，减少发动机余热的能量浪费，提高能量利用效率。2.采用温控仪测出甲醇裂解反应器的温度，智能调节反应器的燃料供给，可使裂解制氢反应器在稳定的温度条件下工作。3.将反应得到的裂解气与汽油掺混燃烧，可有效提高发动机的燃烧效率，减少发动机的污染物排放，并节约石油化石燃料。 4.裂解腔和换热腔有效整合，结构紧凑，催化剂装填方便，各零件拆卸方便，适合安装在汽车、船舶等上使用。5.液体甲醇进入甲醇管和废气进行对流换热，汽化为甲醇蒸汽，裂解室催化剂的存储量大，中间用折流板隔开，形成S形气路，甲醇蒸汽与催化剂的接触传质反应面积大，提高了裂解率。6.由于换热管和反应器内壳采用了相同材料，减小了因热应力对焊缝造成的损害;此外，在反应器的外围加上一层壳体，中间用钢管支撑，大大增加了反应器的强度，同时也起到了保温的作用。因此，该甲醇裂解装置使用经济可靠、寿命长。7.反应器设有旁通管，内设旁通阀门，通过控制阀门开闭可有效减小反应器裂解室温度过高对裂解效率的不利影响。【附图说明】图1是本专利技术的甲醇裂解反应器局部纵向结构剖视图；图2是本专利技术的甲醇裂解反应器局部横向结构剖视图；图3是本专利技术的甲醇裂解反应器甲醇管主视图；图4是本专利技术的甲醇裂解反应器立体结构视图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:图中:1-废气进口法兰，2-反应器封头，3-前护圈，4-第一通气孔板，5-热电偶测温口，6-换热管，7-当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用发动机余热的甲醇裂解反应器，包括壳体、甲醇管(16)、换热管(6)和裂解气出口(13)，其特征在于：所述壳体包括内壳(23)、外壳(21)，以及穿过外壳与内壳腔体相通的催化剂装填口(9)、废气进口(24)和废气出口(17)，内壳(23)和外壳(21)之间设有支撑体；其中所述催化剂装填口(9)用于向内壳腔体充入催化剂；所述废气进口(24)、废气出口(17)位于壳体的两端，用于发动机废气的输入和排出；所述甲醇管(16)从内壳(23)腔体靠近废气进口(24)一端向另一端延伸布放，并穿过外壳(21)引出，用于输入甲醇蒸气，其靠近废气进口(24)一端开有若干小孔，用于向内壳(23)内腔供应甲醇蒸汽；所述换热管在内壳(23)内腔内沿轴向设置，其一端通过第一通气孔板(4)与废气进口(24)相通，另一端通过第二通气孔板(14)与废气出口(17)相通；所述裂解气出口(13)开设在相对于催化剂装填口(9)的另一端，用于向外部输出裂解气体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋炎坤，张浩浩，王容，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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