[发明专利]车载含水乙醇低温重整制氢方法及其装置和应用系统

权利要求书

1.一种车载含水乙醇低温重整制氢方法，它是利用汽车发动机尾气余热催化重整车载含水乙醇产生富氢气体，再将所产生的富氢气体直接输送至汽车发动机中进行掺氢燃烧的过程，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)在汽车发动机启动后，将发动机所排放的尾气输送到车载管壳式低温重整制氢装置的管程中对其进行加热升温；

2)当检测到尾气温度达到含水乙醇重整反应所需的最低温度时，从车载含水乙醇箱内向车载管壳式低温重整制氢装置的壳程中在线输送含水乙醇；

3)首先将含水乙醇喷入所述壳程中的含水乙醇蒸发腔，使其被尾气间接加热、升温、汽化，形成乙醇水蒸气；

4)然后将乙醇水蒸气导入所述壳程中的初级钛网结构反应区，使其在碱性Cu基催化剂的作用下进行初级重整，其中大部分乙醇水蒸气被转化成包含氢气、二氧化碳和乙醛的初步重整气；在初级钛网结构反应区中，发生如下反应：

乙醇脱氢生成副产物乙醛的反应：

5)再将初步重整气连同剩余的乙醇水蒸气导入所述壳程中的二级钛网结构反应区，使其在碱性Ni基催化剂的作用下进行二级重整，其中的乙醛和剩余的乙醇水蒸气被转化成包含氢气和二氧化碳的富氢气体；在二级钛网结构反应区中，剩余的乙醇水蒸气发生如下反应：

副产物乙醛发生如下反应：

6)最后将所产生的富氢气体导入所述壳程中的重整产物汇集腔，并通过汽车发动机的进气管在线输送至汽车发动机气缸中，实现掺氢燃烧；

确保乙醇水蒸气在初级钛网结构反应区与碱性Cu基催化剂的接触面积和在二级钛网结构反应区与碱性Ni基催化剂的接触面积之和为4000～5000cm²；

当检测到尾气温度300℃≤T＜400℃时，控制输送含水乙醇的质量流量0.1g/s≤Q＜0.2g/s；

当检测到尾气温度400℃≤T＜500℃时，控制输送含水乙醇的质量流量为0.2g/s≤Q＜0.3g/s；

当检测到尾气温度500℃≤T≤600℃时，控制输送含水乙醇的质量流量为0.3g/s≤Q≤0.4g/s；

当检测到尾气温度T＜300℃时，停止输送含水乙醇。

2.一种车载含水乙醇低温重整制氢装置，包括筒形结构的反应壳体(11)，其特征在于：

所述反应壳体(11)前后两端分别设置有前密封板(3)和后密封板(27)，所述反应壳体(11)内腔中从前向后紧邻或间隔设置有涂敷碱性Cu基催化剂的初级钛网结构反应区(6)和涂敷碱性Ni基催化剂的二级钛网结构反应区(7)；所述初级钛网结构反应区(6)与前密封板(3)之间形成含水乙醇蒸发腔(13)，所述含水乙醇蒸发腔(13)的壳壁上设置有含水乙醇进口(4)；所述二级钛网结构反应区(7)与后密封板(27)之间形成重整产物汇集腔(10)，所述重整产物汇集腔(10)的壳壁上设置有富氢气体出口(8)；所述初级钛网结构反应区(6)和二级钛网结构反应区(7)的钛网结构是由多片正六边形孔架结构的蜂窝状钛网(12)层叠组合而成；

所述反应壳体(11)内腔中还平行布置有贯穿初级钛网结构反应 区(6)和二级钛网结构反应区(7)的换热管束(5)，所述换热管束(5)的两端分别固定在前密封板(3)和后密封板(27)上的安装孔中；所述前密封板(3)和后密封板(27)外侧分别设置有前端盖(1)和后端盖(9)，所述前端盖(1)上设置有热介质出口(25)，所述后端盖(9)上设置有热介质进口(26)，所述热介质出口(25)通过换热管束(5)与热介质进口(26)相连；所述蜂窝状钛网(12)的正六边形孔边长为3.5～6.5mm，相邻蜂窝状钛网(12)的间距为0.8～1.8cm；所述蜂窝状钛网(12)上涂敷的碱性Cu基催化剂和碱性Ni基催化剂的表面积为4000～5000cm²。

3.根据权利要求2中所述的车载含水乙醇低温重整制氢装置，其特征在于：所述换热管束(5)两端分别焊接在前密封板(3)和后密封板(27)上的安装孔中；所述前端盖(1)、前密封板(3)、反应壳体(11)、后密封板(27)和后端盖(9)之间通过紧定螺钉(2)密封相连。

4.一种车载含水乙醇低温重整制氢应用系统，包括汽车发动机(19)，其特征在于：还包括权利要求3所述的低温重整制氢装置(23)，所述低温重整制氢装置(23)的含水乙醇进口(4)与车载含水乙醇箱(16)的输出端管路相连，所述低温重整制氢装置(23)的富氢气体出口(8)与汽车发动机(19)的进气管(18)相连，所述低温重整制氢装置(23)的热介质进口(26)与汽车发动机(19)的尾气管(20)相连，所述低温重整制氢装置(23)的热介质出口(25)与汽车尾气处理装置(24)相连；所述车载含水乙醇箱(16)的输出端管路上设置有输送泵(15)和第一流量控制电磁阀(14)，所述汽车发动机(19)的尾气管(20)上设置有温度传感器(21)和第二流量控制电磁阀(22)，所述温度传感器(21)的检测信号输出端与电子控制单元(17)的信号输入端相连，所述电子控制单元(17)的信号输出端与输送泵(15)的控制端相连。