本发明专利技术提供了一种利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置及控制策略，包括壳体、热交换通道、重整制氢室、所述壳体内部设有上下两个空腔，下部空腔内设有热交换通道，所述热交换通道出口通过流体疏导单元与上部空腔连通；所述热交换通道入口分别与尾气输送系统和甲醇水溶液输送系统连通；所述上部空腔内通过环形分隔板分成重整制氢室和收集室，所述重整制氢室与收集室连通，所述收集室与集氢系统连通，用于收集氢气；所述重整制氢室内涂覆甲醇重整催化剂。本发明专利技术产氢率高、制氢系统控制稳定等特点。
1、研究表明，氢气是优秀的可替代清洁能源之一，并且国内外的许多研究也证明了引入氢气与燃油进行混合燃烧的方案是可行的，通过将氢气导入内燃机中进行混合燃烧，在提升燃烧效率的同时也减少了污染物的排放。氢气具有很多优良特性，并且燃烧产物为水，对环境不产生任何污染。通过现场制取氢气作为为内燃机掺氢燃烧提供原料是克服这一障碍的有效手段。
2、而在众多的制氢工艺中，甲醇水蒸气重整制氢以反应温和、氢气产量高等特点引起业界关注，并且该反应为吸热反应，反应温度低，产氢量高，并且可以利用尾气余热为该反应供热，因此具有明显的优势。通过改装内燃机，加装热交换器与甲醇制氢重整反应器，催化重整制氢，再将产生的氢气导入内燃机中进行燃烧。既能提高内燃机中燃料的燃烧效率，也能减少尾气中污染物的含量。
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置及控制策略，重整制氢室内设有第一凸台阵列区和第二凸台阵列区，第一凸台阵列区和第二凸台阵列区作为反映载体，与螺旋盘状热交换通道相连接，该重整制氢装置，采用高温气体供热，并可以根据内燃机不同的工作状态来调节重整制氢装置的工况，具有体积小、产氢率高、制氢系统控制稳定等特点。
>2、本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。3、一种利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置，包括壳体、热交换通道、重整制氢室、所述壳体内部设有上下两个空腔，下部空腔内设有热交换通道，所述热交换通道出口通过流体疏导单元与上部空腔连通；所述热交换通道入口分别与尾气输送系统和甲醇水溶液输送系统连通；所述上部空腔内通过环形分隔板分成重整制氢室和收集室，所述重整制氢室与收集室连通，所述收集室与集氢系统连通，用于收集氢气；所述重整制氢室内涂覆甲醇重整催化剂。
4、进一步，所述热交换通道为两层螺旋盘状热交换通道，分别为甲醇蒸汽螺旋通道和尾气螺旋通道；所述甲醇蒸汽螺旋通道和尾气螺旋通道的通道截面分别为矩形；尾气输送系统与尾气螺旋通道一端连通，所述甲醇水溶液输送系统与甲醇蒸汽螺旋通道一端连通；所述甲醇蒸汽螺旋通道另一端通过流体疏导单元与重整制氢室连通；所述尾气螺旋通道另一端与尾气出口连通。
5、进一步，所述流体疏导单元包括水平弯曲管道和竖直管道，所述水平弯曲管道为弯曲的渐缩管道，所述水平弯曲管道一端与甲醇蒸汽螺旋通道另一端连通，所述水平弯曲管道另一端与竖直管道连通；所述竖直管道与重整制氢室中心连通。
6、进一步，所述重整制氢室内设有第一凸台阵列区和第二凸台阵列区，所述第一凸台阵列区位于重整制氢室中心，且所述流体疏导单元出口位于第一凸台阵列区内；所述第一凸台阵列区内沿径向至少设有一圈沿周向分布的第一椭圆凸台，所述第一凸台阵列区内第一椭圆凸台长轴沿半径方向排布；所述第二凸台阵列区内沿径向至少设有一圈沿周向分布的梭形凸台单元；每个梭形凸台单元由4个第二椭圆凸台组成梭形，且每个梭形凸台单元中相邻所述第二椭圆凸台之间设有间隙；所述第一椭圆凸台和第二椭圆凸台表面分别涂覆甲醇重整催化剂。
7、进一步，所述第一凸台阵列区内沿径向设有二圈沿周向分布的第一椭圆凸台；第二圈周向分布的第一椭圆凸台的数量是第一圈周向分布的第一椭圆凸台的数量的2倍；所述第二圈周向分布的第一椭圆凸台与第一圈周向分布的第一椭圆凸台交错排列。
8、进一步，每个梭形凸台单元中第二椭圆凸台的长轴方向与重整制氢室的径向成30°～60°，所述梭形凸台单元中第二椭圆凸台长轴的长度随其所在分布圆周直径增加而增加，且第二椭圆凸台高度随其所在分布圆周直径增加而减少。
9、进一步，所述甲醇水溶液输送系统包括甲醇水溶液泵、甲醇供应控制电磁阀和甲醇水溶液储存箱，所述甲醇水溶液储存箱通过甲醇水溶液泵和甲醇供应控制电磁阀与甲醇蒸汽螺旋通道连通；所述尾气输送系统上设有供气控制电磁阀，用于连通内燃机尾气与尾气螺旋通道；所述收集室的氢气出口上安装氢气产量监测装置，用于检测氢气流量。
10、一种利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置控制策略，包括如下步骤：
11、根据喷射燃油质量m，确定所需氢气的质量m氢＝m×p％，p％为内燃机掺氢比；根据氢气的质量确定甲醇水溶液的质量m甲水；
12、甲醇水溶液达到tw需要吸收的热量为q1＝c溶液m甲水(tw-ts)，其中c溶液为甲醇水溶液的比热容；ts为初始温度；tw为甲醇水溶液的反应温度；
13、排放尾气的体积为v尾气，则排放尾气最大产生的热量为q2＝c尾气v尾气ρ尾气(ti-to)，其中：c尾气为尾气的比热容，ρ尾气为尾气密度；ti为尾气螺旋通道入口的温度，to为尾气螺旋通道出口的温度；
14、当ti＞ts时，若q2/k＞q1，则通过减小尾气控制电磁阀的开度，使q′2＝kq1，其中k为两层螺旋盘状热交换通道的热损失系数；q′2为调整尾气控制电磁阀开度后的排放尾气产生的热量；
15、若0.95q1≤q2/k≤q1，则通过减小甲醇水溶液的流量，使q′1＝q2/k，其中q′1为减小甲醇水溶液流量后达到tw需要吸收的热量；
16、若q2/k＜0.95q1，则仅控制尾气输送系统预热甲醇蒸汽螺旋通道。
17、进一步，减小甲醇水溶液的流量具体为：
18、得到甲醇水溶液所需热交换的时间为其中λ为热流密度，s为热交换通道的热交换面积总和；
19、通过热交换通道的长度为l，甲醇水溶液的流速为确定甲醇水溶液泵输出流速υ溶液的功率，通过降低甲醇水溶液泵的功率或改变尾气螺旋通道出口的温度to，使甲醇水溶液的流量减小。
20、一种利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置控制策略，包括如下步骤：
21、确定甲醇供应控制电磁阀全开时甲醇水溶液所需吸收热量q3＝c溶液qv溶液ρ溶液(tw-ts)；
22、确定尾气控制电磁阀全开时尾气损失的热量q2＝c尾气qv尾气ρ尾气(ti-to)，其中qv溶液为甲醇水溶液的流量；
23、当ti＞tw时，若q2/k＞1.3q3，则通过减小尾气控制电磁阀的开度，使q2＝kq3，其中k为两层螺旋盘状热交换通道的热损失系数；q′2为调整尾气控制电磁阀开度后的排放尾气产生的热量；
24、若q3＜q2/k≤1.3q3，则通过增加甲醇水溶液的流量，使q′3＝q2/k，其中q′3为调整甲醇水溶液流量后达到tw需要吸收的热量；
25、若0.7q3≤q2/k≤q3，则通过减小甲醇水溶液的流量，使q′3＝q2/k；
26、若0.7q3＞q2/k，则仅控制尾气输送系统预热甲醇蒸汽螺旋通道。
27、本专利技术的有益效果在于：
28、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置，其特征在于，包括壳体、热交换通道(5)和重整制氢室(2)；所述壳体内部设有上下两个空腔，下部空腔内设有热交换通道(5)，所述热交换通道(5)出口通过流体疏导单元(4)与上部空腔连通；所述热交换通道(5)入口分别与尾气输送系统和甲醇水溶液输送系统连通；所述上部空腔内通过环形分隔板分成重整制氢室(2)和收集室(3)，所述重整制氢室(2)与收集室(3)连通，所述收集室(3)与集氢系统连通，用于收集氢气；所述重整制氢室(2)内涂覆甲醇重整催化剂。
2.根据权利要求1所述的利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置，其特征在于，所述热交换通道(5)为两层螺旋盘状热交换通道，分别为甲醇蒸汽螺旋通道和尾气螺旋通道；所述甲醇蒸汽螺旋通道和尾气螺旋通道的通道截面分别为矩形；尾气输送系统与尾气螺旋通道一端连通，所述甲醇水溶液输送系统与甲醇蒸汽螺旋通道一端连通；所述甲醇蒸汽螺旋通道另一端通过流体疏导单元(4)与重整制氢室(2)连通；所述尾气螺旋通道另一端与尾气出口(10)连通。
3.根据权利要求2所述的利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置，其特征在于，所述流体疏导单元(4)包括水平弯曲管道和竖直管道，所述水平弯曲管道为弯曲的渐缩管道，所述水平弯曲管道一端与甲醇蒸汽螺旋通道另一端连通，所述水平弯曲管道另一端与竖直管道连通；所述竖直管道与重整制氢室(2)中心连通。
4.根据权利要求1所述的利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置，其特征在于，所述重整制氢室(2)内设有第一凸台阵列区和第二凸台阵列区，所述第一凸台阵列区位于重整制氢室(2)中心，且所述流体疏导单元(4)出口位于第一凸台阵列区内；所述第一凸台阵列区内沿径向至少设有一圈沿周向分布的第一椭圆凸台，所述第一凸台阵列区内第一椭圆凸台长轴沿半径方向排布；所述第二凸台阵列区内沿径向至少设有一圈沿周向分布的梭形凸台单元；每个梭形凸台单元由4个第二椭圆凸台组成梭形，且每个梭形凸台单元中相邻所述第二椭圆凸台之间设有间隙；所述第一椭圆凸台和第二椭圆凸台表面分别涂覆甲醇重整催化剂。
5.根据权利要求4所述的利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置，其特征在于，所述第一凸台阵列区内沿径向设有二圈沿周向分布的第一椭圆凸台；第二圈周向分布的第一椭圆凸台的数量是第一圈周向分布的第一椭圆凸台的数量的2倍；所述第二圈周向分布的第一椭圆凸台与第一圈周向分布的第一椭圆凸台交错排列。
6.根据权利要求4所述的利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置，其特征在于，每个梭形凸台单元中第二椭圆凸台的长轴方向与重整制氢室(2)的径向成30°～60°，所述梭形凸台单元中第二椭圆凸台长轴的长度随其所在分布圆周直径增加而增加，且第二椭圆凸台高度随其所在分布圆周直径增加而减少。
7.根据权利要求2所述的利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置，其特征在于，所述甲醇水溶液输送系统包括甲醇水溶液泵(13)、甲醇供应控制电磁阀(12)和甲醇水溶液储存箱(14)，所述甲醇水溶液储存箱(14)通过甲醇水溶液泵(13)和甲醇供应控制电磁阀(12)与甲醇蒸汽螺旋通道连通；所述尾气输送系统上设有供气控制电磁阀(11)，用于连通内燃机尾气与尾气螺旋通道；所述收集室(3)的氢气出口(9)上安装氢气产量监测装置(16)，用于检测氢气流量。
8.一种根据权利要求2所述的利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置控制策略，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置控制策略，其特征在于，减小甲醇水溶液的流量具体为：
10.一种根据权利要求2所述的利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置控制策略，其特征在于，包括如下步骤：
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【技术特征摘要】
1.一种利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置，其特征在于，包括壳体、热交换通道(5)和重整制氢室(2)；所述壳体内部设有上下两个空腔，下部空腔内设有热交换通道(5)，所述热交换通道(5)出口通过流体疏导单元(4)与上部空腔连通；所述热交换通道(5)入口分别与尾气输送系统和甲醇水溶液输送系统连通；所述上部空腔内通过环形分隔板分成重整制氢室(2)和收集室(3)，所述重整制氢室(2)与收集室(3)连通，所述收集室(3)与集氢系统连通，用于收集氢气；所述重整制氢室(2)内涂覆甲醇重整催化剂。
2.根据权利要求1所述的利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置，其特征在于，所述热交换通道(5)为两层螺旋盘状热交换通道，分别为甲醇蒸汽螺旋通道和尾气螺旋通道；所述甲醇蒸汽螺旋通道和尾气螺旋通道的通道截面分别为矩形；尾气输送系统与尾气螺旋通道一端连通，所述甲醇水溶液输送系统与甲醇蒸汽螺旋通道一端连通；所述甲醇蒸汽螺旋通道另一端通过流体疏导单元(4)与重整制氢室(2)连通；所述尾气螺旋通道另一端与尾气出口(10)连通。
3.根据权利要求2所述的利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置，其特征在于，所述流体疏导单元(4)包括水平弯曲管道和竖直管道，所述水平弯曲管道为弯曲的渐缩管道，所述水平弯曲管道一端与甲醇蒸汽螺旋通道另一端连通，所述水平弯曲管道另一端与竖直管道连通；所述竖直管道与重整制氢室(2)中心连通。
4.根据权利要求1所述的利用高温气体供热的甲醇重整制氢装置，其特征在于，所述重整制氢室(2)内设有第一凸台阵列区和第二凸台阵列区，所述第一凸台阵列区位于重整制氢室(2)中心，且所述流体疏导单元(4)出口位于第一凸台阵列区内；所述第一凸台阵列区内沿径向至少设有一圈沿周向分布的第一椭圆凸台，所述第一凸台阵列区内第一椭圆凸台长轴沿半径方向排布；所述第二凸台阵列区内...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾和坤，袁永耀，尹必峰，王建，陈志凌，李海龙，缪汉钊，鲍业飞，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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