[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

摘要

本发明公开了一种车载含水乙醇低温重整制氢方法及其装置和应用系统，该方法是利用汽车发动机余热将含水乙醇经过两级催化重整为富氢气体，再将富氢气体通入汽车发动机与燃油进行混合燃烧的过程，其装置和应用系统利用两级蜂窝钛网结构产生较大的催化剂接触表面积，有利于重整制氢装置的小型化，使车载在线产氢成为可能；两级催化的结构实现了催化剂的相互协同作用，解决了使用单一催化剂乙醇转化效率和氢气选择性较低等问题；在低温环境下通过碱性催化剂的相互协同作用，解决了催化剂的烧结和积炭问题，提高了催化剂的使用寿命。本发明利用汽车尾气余热，实现了汽车在线掺氢的目的以及提高化石燃料的燃烧效率，降低了汽车发动机有害物质的排放量。

主权项

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。