一种甲醇裂解反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种甲醇裂解反应器。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、裂解管。反应器外壳包裹绝热陶瓷棉；甲醇经裂解管其中一个端口进入管内，管内填满催化剂；裂解管进出口穿过反应器前端面，尾气经过壳体内腔与裂解管进行换热。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】

本专利技术属于发动机余热利用领域，更具体地，涉及一种甲醇裂解反应器。
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H/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CO、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日料，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(如氧化铜、氧化锌等)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方案以不锈钢管作为换热管，并采用电热栓辅助加热，容易导致反应器受热不均匀，增加控制反应温度的难度；换热室和裂解室分开，由于结构复杂、体积过大使得安装应用很难实现。
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、低污染排放的甲醇裂解反应器。本专利技术提出的一种甲醇裂解反应器，包括：筒状的壳体，壳体前端设有废气进口管，后端设有废气出口管，废气进口管、废气出口管与壳体内腔连通；裂解管，沿壳体内腔的轴向设置，裂解管包括甲醇进口、裂解气出口以及位于甲醇进口和裂解气出口之间的螺旋管体，甲醇进口、裂解气出口均穿过壳体的前端面，螺旋管体完全置于壳体内腔；裂解管用于放置催化剂以及供甲醇裂解反应。进一步地，壳体开设有测温口，测温口位置须保证在热电偶插入时紧贴裂解管外壁。进一步地，测温口开设在壳体后端面上。进一步地，废气进口管侧壁设有旁通管，旁通管上设有旁通阀门。进一步地，还包括热电偶、电控单元、电磁气动阀、甲醇泵；热电偶的一端由测温口插入壳体内腔并与裂解管外壁面接触，另一端用温度信号线与电控单元相连；电控单元用于控制甲醇泵的工作，以及根据热电偶测得的温度与电控单元预设的温度之间的差异控制电磁气动阀的工作；旁通阀门由电磁气动阀控制；甲醇泵连接甲醇进口，用于向甲醇进口内泵入甲醇。进一步地，壳体内壁四周设有固定片，用于固定裂解管。进一步地，裂解管由铜管制成，壳体采用不锈钢材质。进一步地，壳体为圆柱形，外壁包裹绝热陶瓷棉。进一步地，螺旋管体为单螺旋、双螺旋或多螺旋结构。进一步地，还包括置于裂解管中的催化剂，催化剂为固体珠状小颗粒，甲醇进口、裂解气出口均设有孔径小于催化剂粒径的拦网。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：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。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。将裂解管作为裂解腔，壳体的内腔作为换热腔，螺旋管体直接安装于壳体内腔，将裂解腔和换热腔有效整合，结构紧凑，并且催化剂装填方便，各零件拆卸方便，适合安装在汽车、船舶等上使用。附图说明图1是本专利技术的甲醇裂解反应器立体结构示意图；图2是本专利技术的第一实施例主视图的剖视示意图；图3是本专利技术的第二实施例主视图的剖视示意图。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-废气进口管法兰，2-废气进口管，3-壳体，4-裂解管，5-测温口，6-废气出口管，7-废气出口管法兰，8-旁通管，9-旁通管法兰，10-旁通阀门，11-甲醇进口，12-裂解气出口，13-热电偶。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：具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。在专利技术的优选实施例中，第一实施例与第二实施例的整体外部构造基本相同，仅裂解管结构不同，故立体结构示意图均以图1表示。请参照图1、2，为本专利技术第一实施例。本专利技术第一实施例包括：壳体3、裂解管4、热电偶13、催化剂(未图示)、电控单元(未图示)、电磁气动阀(未图示)、甲醇泵(未图示)。具体地，壳体3为筒状，壳体3前端设有废气进口管2，后端设有废气出口管6，废气进口管2、废气出口管6与壳体3的内腔连通，废气进口管2侧壁设有旁通管8，旁通管8上设有旁通阀门10。壳体3后端面上开设有测温口5，测温口5位置须保证在热电偶13插入时紧贴裂解管4外壁。裂解管4，在沿壳体3的内腔轴向设置，裂解管4包括甲醇进口11、裂解气出口12以及位于甲醇进口11和裂解气出口12之间的螺旋管体(未标号)，甲醇进口11、裂解气出口12均穿过壳体3的前端面，螺旋管体完全置于壳体3内腔，壳体3内壁四周设有固定片，用于固定裂解管4。催化剂，为固体珠状小颗粒，置于裂解管4内部。甲醇进口11、裂解气出口12均设有孔径小于催化剂粒径的拦网，防止催化剂泄漏。热电偶13的一端由测温口5插入壳体3内腔并与裂解管4外壁面接触，另一端用温度信号线与电控单元相连；电控单元用于控制甲醇泵的工作，以及根据热电偶13测得的温度与电控单元预设的温度值之间的差异控制电磁气动阀工作；旁通阀门10由电磁气动阀控制；甲醇泵连接甲醇进口11，用于向甲醇进口11内泵入甲醇。另外，本实施例中裂解管4由铜管制成，壳体3采用不锈钢材质；壳体3为圆柱形，外壁包裹绝热陶瓷棉以减少散热，提高废气热能利用率；裂解管4为单螺旋结构；废气进口管2和废气出口管6分别焊接到壳体3两端。本专利技术的工作原理如下。在本实施例中，甲醇裂解反应器的废气进口管2采用三通管，旁通管8内设一个旁通阀门10，正常反应条件下阀门处于常闭状态，发动机废气经废气进口管2直接进入壳体3内腔(即换热腔)内，当热电偶13检测到裂解温度超过预设的最佳温度时，电控单元控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甲醇裂解反应器，其特征在于，包括：筒状的壳体，壳体前端设有废气进口管，后端设有废气出口管，废气进口管、废气出口管与壳体内腔连通；裂解管，沿壳体内腔的轴向设置，裂解管包括甲醇进口、裂解气出口以及位于甲醇进口和裂解气出口之间的螺旋管体，甲醇进口、裂解气出口均穿过壳体的前端面，螺旋管体完全置于壳体内腔；裂解管用于放置催化剂以及供甲醇裂解反应。

【技术特征摘要】
1.一种甲醇裂解反应器，其特征在于，包括：筒状的壳体，壳体前端设有废气进口管，后端设有废气出口管，废气进口管、废气出口管与壳体内腔连通；裂解管，沿壳体内腔的轴向设置，裂解管包括甲醇进口、裂解气出口以及位于甲醇进口和裂解气出口之间的螺旋管体，甲醇进口、裂解气出口均穿过壳体的前端面，螺旋管体完全置于壳体内腔；裂解管用于放置催化剂以及供甲醇裂解反应。2.根据权利要求1所述的甲醇裂解反应器，其特征在于：壳体开设有测温口，测温口位置须保证在热电偶插入时紧贴裂解管外壁。3.根据权利要求2所述的甲醇裂解反应器，其特征在于：测温口开设在壳体后端面上。4.根据权利要求2或3所述的甲醇裂解反应器，其特征在于：废气进口管侧壁设有旁通管，旁通管上设有旁通阀门。5.根据权利要求4所述的甲醇裂解反应器，其特征在于：还包括热电偶、电控单元、电磁气动阀、甲醇泵；热电偶的一端由测温口...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋炎坤，徐波，张浩浩，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42