[实用新型]一种汽车余热制氢装置

说明书

本实用新型公开了一种汽车余热制氢装置，包括用管道依次进行连接的甲醇罐、反应室、洗气瓶以及储氢瓶，在反应室的出入口和储氢瓶的出入口还接有电磁阀，储氢瓶的出口罐路与进气总管相通。在传统微氢技术的背景下充分利用了发动机余热的能量，并且原材料为有毒并且廉价的甲醇，反应产物得到了充分的利用，避免了能源浪费的现象。本实用新型不仅可以很好的满足氢气助燃要求，相对于传统的电解水制氢装置微氢喷射装置，还在一定程度上节省了电池和电解池的所占体积，套筒状反应室的使用进一步节省了空间的占比，使得该装置在中小型车上的使用变成了可能。

技术领域：

本实用新型涉及一种汽车余热制氢装置，其属于汽车技术领域。

背景技术：

1.甲醇水蒸气制氢:

甲醇制氢主要有甲醇分解制氢和甲醇水蒸气重整制氢两种工艺。

甲醇分解制氢即甲醇在一定温度、压力和催化剂作用下发生裂解反应生成H₂和CO。采用该工艺制氢，单位质量甲醇的理论H₂收率为12.5％(质量分数)，产物中CO含量较高，约占三分之一，后续分离装置复杂，投资高。

甲醇水蒸气重整制氢即甲醇和水在一定温度、压力和催化剂作用下转化生成H₂、CO2及少量CO和CH₄的混合气体。甲醇水蒸气重整制氢具有反应温度低，产物中H₂含量高、CO含量较甲醇分解制氢法低(体积分数小于2％)等优点。采用该工艺单位质量甲醇的理论H₂收率为18.8％(质量分数)，即甲醇水蒸气重整制氢产氢量高于甲醇直接分解制氢，且产物中CO含量低，分离简单。因此目前开发的甲醇制氢技术主要采用甲醇水蒸气重整制氢工艺。

甲醇水蒸气重整制氢工艺流程:甲醇和脱盐水按一定比例混合经换热器预热后送入汽化塔，汽化后的甲醇-水蒸气经过热器过热后进入列管反应器中，甲醇与水蒸气在温度(200～300)℃(温度由导热油炉系统提供)、压力(1～2)MPa和催化剂作用下进行重整反应生成H₂、CO₂及少量CO的混合气体。混合气经换热、冷却后进入水洗吸收塔，塔釜收集未转化的甲醇和水循环利用，塔顶气送变压吸附装置提纯。根据对产品气纯度和杂质的要求，变压吸附采用四塔或四塔以上流程，H₂度可以达到99.9％～99.999％。

2.车载制氢方法分析

传统的制氢工艺主要有天然气制氢、煤制氢及电解水制氢等。煤制氢和天然气制氢具有技术成熟、成本低等优点，但煤制氢通常投资较高，只适合大规模制氢；天然气制氢虽然适合各种规模的制氢装置，但天然气作为重要的清洁能源，在作为化工原料方面的应用受到严格限制；而电解水制氢耗电量大导致成本较高，仅适合小规模应用。与煤和天然气相比，甲醇产能过剩，原料资源丰富，甲醇更容易储存和运输，因而甲醇重整制氢工艺在近几年得到迅速推广。随着甲醇制氢工艺和催化剂的不断改进，甲醇重整制氢规模也不断扩大，制氢成本不断降低，成为炼油厂等中等规模制氢装置的首选。由于车辆受自身体积较小，温度压力不够高等因素影响，且甲醇水蒸气制氢的副产物易于处理，我们最终选定在汽车上使用甲醇水蒸气制氢方法。甲醇制氢后燃烧热能更多，相当于利用了尾气中的废热。

3.掺氢混合发动机的优势

氢气点火能量仅为汽油的1/10，所以在相同的发动机工作状态下汽油-氢气所组成的混合气较纯汽油更易被点燃。同时，进气混氢有利于促进发动机缸内的OH生成速率。而增加缸内OH的数量对于减少发动机火焰发展期，提高火焰传播速度有明显的作用。因此，发动机的火焰发展期与火焰发展期的循环变动均随着混氢分数的增加而减小。相关研究表明，发动机燃烧的循环变动主要发生在最初0-10％燃料燃烧阶段。所以减少发动机火焰发展期的循环变动有利于提高发动机的怠速稳定性。氢气的火焰速度较汽油更高，所以混氢后发动机缸内火焰的传播速度较原机明显增加。同时，氢气较高的扩散速度也有利于提高缸内混合气的均匀程度，从而改善燃料的燃烧过程，进而缩短发动机火焰快速发展期并减少其循环变动。