一種利用發(fā)動機余熱的甲醇裂解反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用發(fā)動機余熱的甲醇裂解反應(yīng)器，屬于發(fā)動機余熱利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]甲醇是一種富氧、環(huán)保、高能的燃料，其物理性質(zhì)決定了在常溫常壓下甲醇是以液態(tài)形式存在的。與汽油相比，甲醇的Η/C和辛烷值高，稀燃范圍十分寬泛，允許發(fā)動機使用較高的壓縮比，是一種高效燃料。甲醇分子中含氧50 %，燃燒速度快，自身含氧助燃，燃燒充分，既能提高熱效率，又可實現(xiàn)機內(nèi)凈化和降低C0、HC和NOx等常規(guī)氣體排放。生產(chǎn)原料廣泛而豐富(如劣質(zhì)煤、焦?fàn)t氣、生活生產(chǎn)廢棄物等)，這有助于甲醇燃料的進一步推廣和應(yīng)用。中國對甲醇燃料替代汽油的研究試驗已有將近四十年的歷史，目前已經(jīng)在部分地區(qū)有了規(guī)?；靡詰?yīng)用，取得了經(jīng)濟效益和社會效益的雙豐收。但目前將甲醇作為直接的汽車代用燃料，會產(chǎn)生一些嚴重的問題，如熱值較低、容易腐蝕發(fā)動機、潤滑性不良及尾氣中含有各種有毒污染物等，這都阻礙著甲醇燃料的進一步應(yīng)用。出于節(jié)能減排的考慮，將甲醇裂解成為氫氣和一氧化碳后進入發(fā)動機氣缸燃燒克服了甲醇作為直接代用燃料的上述缺點。甲醇裂解氣中含有豐富的氫氣，具備氫氣燃燒的特點，可實現(xiàn)稀薄快速燃燒，從而提高發(fā)動機熱效率，大幅降低有害排放物，提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。研究表明汽油機摻氫燃燒后的燃油經(jīng)濟性提高30%，汽油機部分負荷時使用汽油/氫氣混合氣可以提高混合氣燃燒速率，在高負荷時使用純汽油以保證功率輸出；柴油機摻氫后著火滯燃期縮短，燃燒可在上止點附近完成，著火滯燃期受混合氣中氧含量影響不大，從而為采用廢氣再循環(huán)降低氮氧化物排放創(chuàng)造了條件。甲醇裂解氣可以為汽車提供氫能源這種最為潔凈和環(huán)保的燃料。同時，在氫能利用方面，甲醇裂解解決了氫氣存儲不便、安全系數(shù)低等困難，應(yīng)用前景較好。更為可喜的是，甲醇低溫裂解催化劑有了突破性的進展，甲醇在較低的溫度下使用特殊的催化劑就可以完全裂解，使得通過吸收汽車尾氣余熱裂解甲醇制氫并用作內(nèi)燃機燃料的技術(shù)路線得到了技術(shù)支持。
[0003]發(fā)動機余熱回收利用是未來汽車技術(shù)的發(fā)展方向之一。現(xiàn)有的發(fā)動機余熱回收利用技術(shù)為了兼顧反應(yīng)器換熱效果和殼體強度，采取了異材結(jié)構(gòu)，大大增加了焊縫處漏氣的風(fēng)險;有的技術(shù)方案采用換熱管填充催化劑，催化劑裝載量小，而且由于甲醇進入管內(nèi)是為液態(tài)，容易沖刷掉催化劑顆粒;有的技術(shù)方案采用電熱栓輔助加熱，雖然增強了反應(yīng)器的換熱，但是容易導(dǎo)致反應(yīng)器受熱不均勻，增加了控制反應(yīng)溫度的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明利用發(fā)動機余熱提出一種結(jié)構(gòu)緊湊、拆卸方便、經(jīng)濟可靠的高能效、低排放的甲醇裂解反應(yīng)器。
[0005]本發(fā)明提出的一種利用發(fā)動機余熱的甲醇裂解反應(yīng)器，包括殼體、甲醇管、換熱管和裂解氣出口，其特征在于:
[0006]所述殼體包括內(nèi)殼、外殼，以及穿過外殼與內(nèi)殼腔體相通的催化劑裝填口、廢氣進口和廢氣出口，內(nèi)殼和外殼之間設(shè)有支撐體;其中所述催化劑裝填口用于向內(nèi)殼腔體充入催化劑;所述廢氣進口、廢氣出口位于殼體的兩端，用于發(fā)動機廢氣的輸入和排出；
[0007]所述甲醇管從內(nèi)殼腔體靠近廢氣進口一端向另一端延伸布放，并穿過外殼引出，用于輸入甲醇蒸氣，其靠近廢氣進口一端開有若干小孔，用于向內(nèi)殼內(nèi)腔供應(yīng)甲醇蒸汽；
[0008]所述換熱管在內(nèi)殼內(nèi)腔內(nèi)沿軸向設(shè)置，其一端通過第一通氣孔板與廢氣進口相通，另一端通過第二通氣孔板與廢氣出口相通；
[0009]所述裂解氣出口開設(shè)在相對于催化劑裝填口的另一端，用于向外部輸出裂解氣體。
[0010]進一步的，所述甲醇裂解反應(yīng)器的殼體內(nèi)腔垂直于換熱管方向，設(shè)有若干折流板，折流板上設(shè)有與換熱管相對應(yīng)的開孔;折流板部分隔斷內(nèi)腔，與內(nèi)腔形成彎曲S形氣體通道，使催化劑與甲醇蒸汽混合更加均勻。
[0011]進一步的，所述甲醇裂解反應(yīng)器的所述內(nèi)殼內(nèi)設(shè)有多個換熱管，各個換熱管在徑向橫截面方向排列均勻。
[0012]進一步的，所述甲醇裂解反應(yīng)器的換熱管、內(nèi)殼、通氣孔板均用銅材制成。
[0013]進一步的，所述甲醇裂解反應(yīng)器的廢氣進口處設(shè)有旁通管，當(dāng)裂解反應(yīng)器內(nèi)殼溫度過高時，旁通閥門自動打開，減少輸入殼體內(nèi)腔的廢氣。
[0014]進一步的，所述甲醇裂解反應(yīng)器的殼體開設(shè)有熱電偶測溫口，用于插入熱電偶。
[0015]進一步的，所述甲醇裂解反應(yīng)器的內(nèi)殼、外殼均為圓柱形，其內(nèi)抽真空，外殼包裹絕熱陶瓷棉。
[0016]進一步的，所述甲醇裂解反應(yīng)器的內(nèi)殼和外殼之間的支撐體是鋼管。
[0017]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0018]1.利用發(fā)動機排放的尾氣余熱，進行甲醇裂解制氫反應(yīng)，減少發(fā)動機余熱的能量浪費，提高能量利用效率。
[0019]2.采用溫控儀測出甲醇裂解反應(yīng)器的溫度，智能調(diào)節(jié)反應(yīng)器的燃料供給，可使裂解制氫反應(yīng)器在穩(wěn)定的溫度條件下工作。
[0020]3.將反應(yīng)得到的裂解氣與汽油摻混燃燒，可有效提高發(fā)動機的燃燒效率，減少發(fā)動機的污染物排放，并節(jié)約石油化石燃料。
[0021 ] 4.裂解腔和換熱腔有效整合，結(jié)構(gòu)緊湊，催化劑裝填方便，各零件拆卸方便，適合安裝在汽車、船舶等上使用。
[0022]5.液體甲醇進入甲醇管和廢氣進行對流換熱，汽化為甲醇蒸汽，裂解室催化劑的存儲量大，中間用折流板隔開，形成S形氣路，甲醇蒸汽與催化劑的接觸傳質(zhì)反應(yīng)面積大，提高了裂解率。
[0023]6.由于換熱管和反應(yīng)器內(nèi)殼采用了相同材料，減小了因熱應(yīng)力對焊縫造成的損害;此外，在反應(yīng)器的外圍加上一層殼體，中間用鋼管支撐，大大增加了反應(yīng)器的強度，同時也起到了保溫的作用。因此，該甲醇裂解裝置使用經(jīng)濟可靠、壽命長。
[0024]7.反應(yīng)器設(shè)有旁通管，內(nèi)設(shè)旁通閥門，通過控制閥門開閉可有效減小反應(yīng)器裂解室溫度過高對裂解效率的不利影響。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的甲醇裂解反應(yīng)器局部縱向結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0026]圖2是本發(fā)明的甲醇裂解反應(yīng)器局部橫向結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0027]圖3是本發(fā)明的甲醇裂解反應(yīng)器甲醇管主視圖；
[0028]圖4是本發(fā)明的甲醇裂解反應(yīng)器立體結(jié)構(gòu)視圖；
[0029]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0030]圖中:1-廢氣進口法蘭，2-反應(yīng)器封頭，3-前護圈，4-第一通氣孔板，5-熱電偶測溫口，6-換熱管，7-