乙醇水蒸氣重整成氫氣制H₂-SCR系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種乙醇水蒸氣重整成氫氣制H2?SCR系統(tǒng)，發(fā)動機排氣管的DOC催化器下游端依次連通乙醇水溶液汽化重整氫氣箱、H2?SCR還原箱、消聲器，乙醇水溶液汽化重整氫氣箱包括箱體、尾氣通過管、乙醇水溶液汽化管，箱體與尾氣通過管之間的密閉腔由兩個篩狀擋板分隔成乙醇水蒸氣室、重整氫氣室、氫氣室，重整氫氣室中填充Ir/ CeO2催化劑和設(shè)置溫度傳感器，氫氣室與尾氣通過管相通，尾氣通過管內(nèi)設(shè)有乙醇水溶液汽化管，乙醇水溶液汽化管進口經(jīng)乙醇水溶液輸送管與液體電動計量泵連接，出口位于乙醇水蒸氣室中，H2?SCR還原箱內(nèi)設(shè)有分子篩催化劑和NOx濃度傳感器，NOx濃度傳感器、溫度傳感器和液體電動計量泵均與控制器電連接。
【專利說明】
乙醇水蒸氣重整成氫氣制H2-SCR系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及柴油內(nèi)燃機廢氣排放技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種乙醇水蒸氣重整成氫氣制H2-SCR系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界極端天氣頻發(fā)，與目前人類離不開化石能源有直接的關(guān)系，過去的三十年中國以要素驅(qū)動型的粗狂式發(fā)展不可持續(xù)。當(dāng)然以化石能源為主的汽車也是一大罪魁禍?zhǔn)祝绕涫且圆裼蜑槿剂系牟裼蛢?nèi)燃機。柴油內(nèi)燃機或柴油汽車的尾氣排放物主要有:一氧化碳(CO)、碳氫化合物(CH)、氧化氮(NOx)、顆粒物(PM)、水蒸氣(H2O)和富余的空氣，當(dāng)然其中有氧氣(O2)。我國機動車國IV排放標(biāo)準(zhǔn)已實施近兩年，更有一線城市制定了地方更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，如北京“京5”標(biāo)準(zhǔn)等。
[0003]目前柴油車的主流技術(shù)路線是“TDI”，即高壓共軌技術(shù)路線。通過富氧稀燃的方式，有效地提高了柴油內(nèi)燃機的熱效率，取得了歷史性的突破，有的機型甚至超過40%，有效地減少了C0、CH、PM的排放量，讓人感到欣慰。但任何技術(shù)路線都有其矛盾的一面，因為其高壓富氧，使得其尾氣排放物中NOx的量巨增，遠大于CO的排放量，無法象汽油內(nèi)燃機那樣，通過尾氣中的CO在三元或二元催化劑作用下還原ΝΟχ。
[0004]NOx主要包括:一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、一氧化二氮(N2O)、三氧化二氮(N2O3)和四氧化二氮(N2O4)等，一般意義上的NOx主要指NO和NO2兩種物質(zhì)，其它幾種化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易自形分解。其中NO約占NOx總量的90%以上。其危害主要有:I)易形成酸雨。2)易形成光學(xué)煙霧。3)嚴(yán)重影響人類和動物的身體健康。4)使地面臭氧(O3)濃度增加，地表溫度升尚O
[0005]目前柴油內(nèi)燃機或柴油汽車普遍使用尿素水溶液制NH3-SCR系統(tǒng)還原ΝΟχ。其工作原理是在SCR(即裝載了催化劑的SCR反應(yīng)器)中發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)。其物理反應(yīng)為尿素水溶液噴射、霧化、蒸發(fā)成氨氣;其化學(xué)反應(yīng)主要有以下幾種反應(yīng)式:
[0006]Ν0+Ν02+2ΝΗ3^2Ν2+3Η20
[0007]4Ν0+02+4ΝΗ3^4Ν2+6Η20
[0008]2Ν02+02+4ΝΗ3^3Ν2+6Η20
[0009]理想狀態(tài)下主要產(chǎn)物為Ν2和Η20，從而實現(xiàn)環(huán)保。
[0010]NH3-SCR系統(tǒng)的優(yōu)點:尿素?zé)o毒、潔凈、不易著火、無爆炸風(fēng)險。
[0011 ]但是，現(xiàn)有的NH3-SCR系統(tǒng)存在以下缺點:
[0012]I)有腐蝕性:必須使用特殊的容器儲存，主要電化學(xué)腐蝕反應(yīng)方程式
[0013]ΝΗ3+Η2Ο4ΝΗ3.Η2θ—ΝΗ4+(錢根尚子)+0Η (氣氧根)
[0014]其中物質(zhì)得失電子的變化為:
[0015]金屬-4e_ =金屬陽離子
[0016]2H20+4e_+02 = 40H—
[0017]2)NH3_SCR系統(tǒng)中的尿素劑量最終由發(fā)動機管理系統(tǒng)控制，尿素的噴入量必須要與NOx的濃度相匹配(其比例0.8-1.0)。尿素的噴入量過少，則達不到應(yīng)有的處理水平，尿素的噴入量過多，則會使多余的氨氣排入大氣，導(dǎo)致新的污染，所以目前小汽車NH3-SCR系統(tǒng)采用液體電動栗形成穩(wěn)定的較高壓力后，由控制器控制的執(zhí)行器一一噴嘴精準(zhǔn)噴射，使尿素在SCR系統(tǒng)內(nèi)霧化，噴入量的多少由噴嘴中電磁閥開關(guān)時間而定，而這套系統(tǒng)購買成本極尚。
[0018]3)使用成本高:NH3-SCR系統(tǒng)使用的液態(tài)尿素水溶液濃度為32.5%，目前市場批發(fā)價4元/Kg,每年大型柴油車使用量在兩噸以上，近萬元的使用費。
[0019]4)系統(tǒng)制造成本高:特殊的材料和催化劑的制造成本較高，市面小型柴油車NH3-SCR系統(tǒng)國產(chǎn)品售價為5000-6000元，而大型柴油車國產(chǎn)品售價為10000-20000元，如果是德國進口博世的，則價格還要翻1-2倍。
[0020]5)NH3-SCR系統(tǒng)以NH3作為還原劑還原NOx所需要的化學(xué)反應(yīng)溫度較高在300-400攝氏度，易引起催化劑燒結(jié)報廢。
[0021 ] 6)NH3_SCR系統(tǒng)只能50%還原NOx，只能勉強達到現(xiàn)階段排放指標(biāo)而已。
[0022]目前，中國石油化工集團經(jīng)過7年的努力，成功地攻克了以玉米秸桿為主的植物纖維制生物乙醇生產(chǎn)技術(shù)，形成全套植物纖維制生物乙醇生產(chǎn)技術(shù)。我國每年可收集的秸桿約7億噸，按5億噸秸桿產(chǎn)I億噸生物乙醇計算，年產(chǎn)生物乙醇可達到1.4億噸。2013年底，中石化技術(shù)團隊完成年產(chǎn)5萬噸纖維素制乙醇工藝開發(fā)，可為萬噸級示范裝置提供技術(shù)支撐。生物乙醇最大的優(yōu)點就是環(huán)保，我們在消耗生物乙醇，向大氣中排放的C02，應(yīng)不計入碳排放，因為從生物中提取乙醇，是植物通過光合作用，吸收大氣中的CO2形成的碳水化合物，只不過是碳的大循環(huán)而已。而利用纖維素制生物乙醇工業(yè)粗成品，即10%左右乙醇(質(zhì)量)的水溶液，只需在粗產(chǎn)品基礎(chǔ)上一次性蒸餾提純，去除粗產(chǎn)品中的礦物質(zhì)和硫化物，因為礦物質(zhì)和硫化物可使催化劑中毒失效，其粗成品價格應(yīng)該很低，能夠發(fā)明創(chuàng)造提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在不足，提供一種乙醇水蒸氣重整成氫氣制出巧^?系統(tǒng)。它通過所設(shè)結(jié)構(gòu)，能夠充分利用內(nèi)燃機排放的尾氣余熱，將乙醇水溶液汽化，使乙醇(C2H5OH)和水(H2O)在乙醇水蒸氣重整氫氣箱中催化劑的作用下發(fā)生重整化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，氫氣在出_50?還原箱中催化劑作用下反應(yīng)消除氧化氮(NOx)，氧化氮轉(zhuǎn)化成無害的氮氣(N2)，最終從消聲器排放出氮氣、二氧化碳和水蒸氣，有效解決了柴油內(nèi)燃機廢氣排放的NOx污染問題，利于環(huán)境保護。
[0024]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:一種乙醇水蒸氣重整成氫氣制出-50?系統(tǒng)，包括柴油發(fā)動機、排氣管，以及排氣管上設(shè)有的DOC催化器，所述DOC催化器的下游端依次連通乙醇水溶液汽化重整氫氣箱、H2-SCR還原箱、消聲器，所述乙醇水溶液汽化重整氫氣箱由箱體、尾氣通過管、乙醇水溶液汽化管構(gòu)成，所述尾氣通過管兩端伸出箱體分別與DOC催化器、H2-SCR還原箱連通，所述箱體與尾氣通過管之間的密閉腔由兩個篩狀擋板分隔成三個腔室，其中，位于尾氣通過管上游側(cè)的腔室為乙醇水蒸氣室，位于尾氣通過管下游側(cè)的腔室為氫氣室，位于中間的腔室為填充Ir/Ce02催化劑的重整氫氣室，一溫度傳感器設(shè)于重整氫氣室中，所述氫氣室通過尾氣通過管壁上設(shè)置的氫氣出口與尾氣通過管相通，所述乙醇水溶液汽化管設(shè)置在尾氣通過管內(nèi)，該乙醇水溶液汽化管的乙醇水溶液進口設(shè)于尾氣通過管下游側(cè)壁，通過乙醇水溶液輸送管與乙醇水溶液箱中設(shè)置的液體電動計量栗連接，乙醇水溶液汽化管的乙醇水蒸氣出口位于乙醇水蒸氣室中，所述H2-SCR還原箱內(nèi)設(shè)有分子篩催化劑，所述H2-SCR還原箱的上游側(cè)設(shè)有NOx濃度傳感器，所述NOx濃度傳感器、溫度傳感器和液體電動計量栗分別通過導(dǎo)線與一控制器連接。
[0025]所述乙醇水溶液汽化重整氫氣箱的尾氣通過管與重整氫氣室和乙醇水蒸汽室對應(yīng)的管段內(nèi)設(shè)有葉片式熱交換器，葉片式熱交換器的葉片呈放射狀延伸與尾氣通過管的管壁相連，各葉片之間留有尾氣通道。
[0026]所述葉片式熱交換器的橫截面為多葉片放射狀結(jié)構(gòu)。
[0027]所述尾氣通過管內(nèi)設(shè)置的乙醇水溶液汽化管，包括螺旋延伸管段和直管段，該螺旋延伸管段位于重整氫氣室后方，螺旋延伸管段的首端為乙醇水溶液進口，該進口位于乙醇水溶液汽化管外伸端側(cè)壁，直管段沿乙醇水溶液汽化管軸向延伸，直管段的尾端為乙醇水蒸氣出口，該出口位于乙醇水溶液汽化管側(cè)壁，與乙醇水蒸氣室對應(yīng)。
[0028]所述溫度傳感器設(shè)于重整氫氣室的中間。
[0029]所述H2-SCR還原箱內(nèi)設(shè)有兩塊篩孔隔板，所述分子篩催化劑設(shè)于兩篩孔隔板之間。
[0030]所述DOC催化器與乙醇水溶液汽化重整氫氣箱，乙醇水溶液汽化重整氫氣箱與H2-SCR還原箱,H2-SCR還原箱與消聲器，均通過法蘭連接。
[0031]所述排氣管、DOC催化器、乙醇水溶液汽化重整氫氣箱、H2-SCR還原箱的外表面均覆蓋有保溫隔熱層。
[0032]由于采用上述方案，本實用新型通過在柴油發(fā)動機的原設(shè)有的DOC催化器下游增加設(shè)置乙醇水溶液汽化重整氫氣箱和出-SCR還原箱，并在H2-SCR還原箱的上游側(cè)設(shè)有NOx濃度傳感器，使發(fā)動機排放的尾氣依次從排氣管、DOC催化器、乙醇水溶液汽化重整氫氣箱、H2-SCR還原箱經(jīng)過，由NOx濃度傳感器采集尾氣中的NOx濃度數(shù)據(jù)反饋給控制器，通過控制器控制液體電動計量栗轉(zhuǎn)速，決定乙醇水溶液的供給量，從而控制乙醇水溶液的汽化量，進而控制氫氣的產(chǎn)生量。利用發(fā)動機排放的尾氣余熱，使乙醇水溶液在乙醇水溶液汽化重整氫氣箱的乙醇水溶液汽化管形成乙醇水蒸氣，并使乙醇水蒸氣在乙醇水溶液汽化重整氫氣箱的重整氫氣室中與Ir/Ce02催化劑反應(yīng)重整產(chǎn)生氫氣，然后氫氣再返回乙醇水溶液汽化重整氫氣箱的尾氣通過管中，與發(fā)動機排放的尾氣混合進入H2-SCR還原箱，氫氣在出-50?還原箱中催化劑作用下反應(yīng)消除氧化氮(NOx)，氧化氮轉(zhuǎn)化成無害的氮氣(N2),最終從消聲器排放出氮氣、二氧化碳和水蒸氣，有效解決了內(nèi)燃機廢氣排放的污染問題，利于環(huán)境保護。
[0033]由于乙醇水溶液汽化重整氫氣箱由箱體、尾氣通過管、乙醇水溶液汽化管構(gòu)成，所述尾氣通過管兩端伸出箱體分別與DOC催化器、H2-SCR還原箱連通，用于發(fā)動機排放的尾氣通過并傳導(dǎo)熱能。所述箱體與尾氣通過管之間的密閉腔由兩個篩狀擋板分隔成三個腔室，其中，位于尾氣通過管上游側(cè)的腔室為乙醇水蒸氣室，位于尾氣通過管下游側(cè)的腔室為氫氣室，位于中間的腔室為填充Ir/Ce02催化劑的重整氫氣室。所述氫氣室通過尾氣通過管壁上設(shè)置的氫氣出口與尾氣通過管相通，使產(chǎn)生的氫氣能夠從氫氣出口進入尾氣通過管。所述乙醇水溶液汽化管設(shè)置在尾氣通過管內(nèi)，該乙醇水溶液汽化管的乙醇水溶液進口設(shè)于尾氣通過管下游側(cè)壁，通過乙醇水溶液輸送管與乙醇水溶液箱中設(shè)置的液體電動計量栗連接，乙醇水溶液汽化管的乙醇水蒸氣出口位于乙醇水蒸氣室中，這種結(jié)構(gòu)正好利用了尾氣通過管上游靠發(fā)動機近，尾氣溫度高的特點。通常柴油發(fā)動機的排氣溫度最高處約700°C，在進入乙醇水溶液汽化重整氫氣箱時尾氣溫度大約在550°C左右，再經(jīng)尾氣通過管吸熱反應(yīng)后，到尾氣通過管下游段，溫度衰減到350-400°C，此溫度段正好達到水的臨界溫度(374.15°C)，可使乙醇水溶液完全被汽化，有助于乙醇水蒸氣形成。而Ir/Ce02催化劑對乙醇水蒸氣重整具有很高的催化活性和選擇性，其化學(xué)反應(yīng)的溫度以350-550°C為佳，在350°C時乙醇的轉(zhuǎn)化率接近100%，反應(yīng)過程中乙醇和中間體，如乙醛、丙酮等將全部轉(zhuǎn)化為氫氣、一氧化碳和甲烷，產(chǎn)生的氣體中H2占73.8 %、CO2占24.2 %，接近理論值(理論值:中H2占75%、C02占25% )，生成的⑶通過水煤氣的轉(zhuǎn)移反應(yīng)得到C02，即發(fā)生C0+H20—C02+H2化學(xué)反應(yīng)，在重整過程中CO的濃度幾乎為O。由于Ir/Ce02催化劑化學(xué)反應(yīng)的溫度相對較低，比其它反應(yīng)溫度需在650-800°C的貴金屬(Pt、Ru、Rh、Pd)催化活性和選擇性更好，有效地節(jié)約了能源，且溫度過高易引起催化劑燒結(jié)報廢。同時，乙醇水溶液汽化重整氫氣箱的設(shè)置位置，既能滿足所需溫度段選擇，又有利于在小型家用客車上的布置。如選擇過高的溫度為條件，則需將乙醇水溶液汽化重整氫氣箱盡可能靠近發(fā)動機排氣歧管，增大布置位置的設(shè)計難度。而且溫度過高還極易引起催化劑燒結(jié)報廢，縮短催化劑的使用壽命。
[0034]由于乙醇水蒸氣進入重整氫氣室，在Ir/Ce02催化劑的作用下重整轉(zhuǎn)化產(chǎn)生氫氣，其反應(yīng)式為CH3CH20H+3H20—6H2+2C02，此化學(xué)反應(yīng)是乙醇產(chǎn)生氫氣的最理想的反應(yīng)，不僅從乙醇分子中提取了H元素，還提取了水中H元素，因此是產(chǎn)出率最高的反應(yīng)，IKg CH3CH2OH蒸汽重整可產(chǎn)生H2 260.87g。
[0035]所述H2-SCR還原箱內(nèi)設(shè)有分子篩催化劑和NOx濃度傳感器，進入H2-SCR還原箱內(nèi)的氫氣在2%Pd(鈀)-14%Na20(氧化鈉)/HZSM-5分子篩催化劑作用下反應(yīng)消除氧化氮(NOx)，H2-SCR化學(xué)反應(yīng)方程式為:2N0+4H2+02—N2+4H20和2NO2+6H2+O24N2+6H2O，氧化氮轉(zhuǎn)化成無害的氮氣(N2)，該催化活性很強，且穩(wěn)定性很好，在富氧的條件下(國IV柴油發(fā)動機采用高壓共軌稀燃的技術(shù)，尾氣中含有大量的氧)，可使N0X80 %-90 %轉(zhuǎn)化為N2 ο而出-50?還原箱位于乙醇水溶液汽化重整氫氣箱和消聲器之間，此處的尾氣溫度會降至250°C以下，正好適合出-50?還原箱化學(xué)反應(yīng)溫度在160-220 0C時，催化劑的活性最強，避免了出被02直接氧化，同時也保護催化劑不被高溫?zé)?，避免催化失效?br>[0036]由于IKg CH3CH2OH蒸汽重整可產(chǎn)生H2 260.87g，通過H2-SCR可還原1956.53gN0，所采用的纖維素制生物乙醇工業(yè)粗成品，即10%左右的乙醇水溶液的價格大大低于無水乙醇的市面價6元/Kg;而1如車用尿素市面批發(fā)價為4元/Kg，其濃度為32.5%(即有效成份)，可還原573.53gN0，如要達到還原1956.53gN0，則需要3.41Kg車用尿素，所花費金額是H2-SCR方案的2.27倍，相比之下，采用本乙醇水蒸氣重整成氫氣制H2-SCR系統(tǒng)的使用成本大大低于現(xiàn)有的NH3-SCR催化還原技術(shù)，而且現(xiàn)有的NH3-SCR催化還原技術(shù)也僅能把發(fā)動機尾氣中的NOx減少50 %，遠不及本專利采用的H2-SCR催化還原技術(shù)的效果。尤其是現(xiàn)有的NH3-SCR方案一但催化劑失效，或控制系統(tǒng)失靈，會引起NH3直接排放到大氣中，造成二次污染;而本專利采用H2-SCR還原方案，即便出現(xiàn)催化劑失效，或控制系統(tǒng)失靈，也不會造成污染。
[0037]本實用新型乙醇水蒸氣重整成氫氣制出_50?系統(tǒng)，不僅適用于汽車解決汽車尾氣排放的污染問題，還適用于各種以柴油內(nèi)燃機為動力的設(shè)備的尾氣排放，解決這些設(shè)備的廢氣排放污染問題。
[0038]以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
【附圖說明】
[0039]圖1為本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖；
[0040]圖2為本實用新型的出-SCR還原箱剖視圖；
[0041 ]圖3為本實用新型的乙醇水溶液汽化重整氫氣箱剖視圖；
[0042]圖4為圖3的A-A向剖視圖。
【具體實施方式】
[0043]參見圖1至圖4，為本實用新型用于柴油汽車上的一種實施例。包括柴油發(fā)動機I，柴油發(fā)動機的排氣歧管2連接排氣管3，排氣管3上安裝連接DOC催化器4，所述DOC催化器4采用氧化催化器效果為佳，其主要作用是氧化CH、C0和部份PM，有些環(huán)保要求嚴(yán)格的地區(qū)，需在DOC催化器后加設(shè)一 DPF裝置處理PM。所述DOC催化器4的下游端依次連通乙醇水溶液汽化重整氫氣箱5、H2-SCR還原箱6、消聲器7，使發(fā)動機排放的尾氣能夠依次經(jīng)排氣歧管2、排氣管3、D0C催化器4、乙醇水溶液汽化重整氫氣箱5、H2-SCR還原箱6、消聲器7排出。所述乙醇水溶液汽化重整氫氣箱5由箱體27、尾氣通過管12、乙醇水溶液汽化管14構(gòu)成，所述尾氣通過管12兩端伸出箱體27分別與DOC催化器4、H2-SCR還原箱6連通。所述箱體27與尾氣通過管12之間的密閉腔由兩個篩狀擋板20分隔成三個腔室，其中，位于尾氣通過管12上游側(cè)的腔室為乙醇水蒸氣室5a，位于尾氣通過管12下游側(cè)的腔室為氫氣室5c，位于中間的腔室為填充Ir/Ce02催化劑26的重整氫氣室5b，一溫度傳感器11設(shè)于重整氫氣室5b中，溫度傳感器11通過導(dǎo)線17連接控制器19，通過溫度傳感器11采集的數(shù)據(jù)，由控制器19控制電動栗9轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)控制乙醇水溶液的供給量，將溫度傳感器11設(shè)于重整氫氣室5b的中間，可以更加準(zhǔn)確的檢測到重整氫氣室5b的所需溫度，檢測效果比設(shè)置在其它部位好。所述氫氣室5dl過尾氣通過管12壁上設(shè)置的氫氣出口 13與尾氣通過管12相通，使氫氣室5c中的氫氣能夠進入尾氣通過管12與尾氣混合。所述乙醇水溶液汽化管14設(shè)置在尾氣通過管12內(nèi)，該乙醇水溶液汽化管14的乙醇水溶液進口 14a設(shè)于尾氣通過管12下游側(cè)壁，通過乙醇水溶液輸送管10與乙醇水溶液箱8中設(shè)置的液體電動計量栗9連接，液體電動計量栗9通過導(dǎo)線15與控制器19連接。乙醇水溶液汽化管14的乙醇水蒸氣出口 14b位于乙醇水蒸氣室5a中。為提高乙醇水溶液的汽化效果，所述尾氣通過管12內(nèi)設(shè)置的乙醇水溶液汽化管14，包括螺旋延伸管段和直管段，該螺旋延伸管段位于重整氫氣室5b后方，螺旋延伸管段的首端為乙醇水溶液進口 14a，該進口位于乙醇水溶液汽化管14外伸端側(cè)壁，使乙醇水溶液能夠從溫度相對較低的一端進入乙醇水溶液汽化管14，直管段沿乙醇水溶液汽化管14軸向延伸，直管段的尾端為乙醇水蒸氣出口 14b，該出口位于乙醇水溶液汽化管14側(cè)壁，與乙醇水蒸氣室5a對應(yīng)，使汽化后的乙醇水蒸氣能夠從溫度相對較高的一端噴入乙醇水蒸氣室5a，這種由低向高溫的運動，讓乙醇水溶液的汽化更加充分、徹底，可防止液態(tài)水進入重整氫氣室5b，提高氫氣的產(chǎn)生率，延長重整氫氣室5b的使用壽命。為提高重整氫氣室5b中Ir/Ce02催化劑26的催化反應(yīng)效果，還可以在所述乙醇水溶液汽化重整氫氣箱5的尾氣通過管12與重整氫氣室5b和乙醇水蒸氣室5a對應(yīng)的管段內(nèi)設(shè)有葉片式熱交換器25，葉片式熱交換器25的葉片呈放射狀延伸與尾氣通過管12的管壁相連，可采用焊接固定，或一體成型制作。所述葉片式熱交換器25的橫截面為多葉片放射狀結(jié)構(gòu)，可以設(shè)置為米字形或十字形，葉片的數(shù)量越多，熱傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換的效果越好。各葉片之間留有尾氣通道28供尾氣通過。所述H2-SCR還原箱6內(nèi)設(shè)有分子篩催化劑24，在出-50?還原箱6內(nèi)設(shè)置兩塊篩孔隔板23，兩篩孔隔板23之間設(shè)置分子篩催化劑24，所述分子篩催化劑24以采用2%Pd(鈀)-14%Na20(氧化鈉)/HZSM-5分子篩催化劑催化活性很強，且穩(wěn)定性很好，在富氧的條件下(國IV柴油發(fā)動機采用高壓共軌稀燃的技術(shù)，尾氣中含有大量的氧)，可80 %-90%還原NOx為N2，使最終從消聲器排放到大氣的是氮氣、二氧化碳和水蒸氣，有效地解決發(fā)動機廢氣排放污染環(huán)境的問題。所述H2-SCR還原箱6的上游側(cè)設(shè)有NOx濃度傳感器18，所述NOx濃度傳感器18安裝在靠近H2-SCR還原箱6的上游入口處側(cè)壁，NOx濃度傳感器18通過導(dǎo)線16與控制器19連接，通過NOx濃度傳感器18采集尾氣中NOx濃度數(shù)據(jù)傳輸給控制器19，由控制器19控制液體電動計量栗9轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)控制乙醇水溶液的供給量。
[0044]本實用新型不僅僅局限于上述實施例，所述DOC催化器4與乙醇水溶液汽化重整氫氣箱5，乙醇水溶液汽化重整氫氣箱5與出-50?還原箱6 ,H2-SCR還原箱6與消聲器7，均通過設(shè)置的法蘭盤22連接，以便于裝配、拆卸，方便維修、更換。
[0045]為防止汽車行駛風(fēng)導(dǎo)致排氣管3、D0C催化器4、乙醇水溶液汽化重整氫氣箱5、H2-SCR還原箱6表面散熱較快，影響尾氣溫度，還可在所述排氣管3、D0C催化器4、乙醇水溶液汽化重整氫氣箱5、H2-SCR還原箱6的外表面均覆蓋保溫隔熱層21，用以保證乙醇水溶液汽化和催化反應(yīng)所需的溫度。
[0046]本實用新型乙醇水蒸氣重整成氫氣制出_50?系統(tǒng)，只需利用纖維素制生物乙醇工業(yè)粗成品〔10%左右乙醇(質(zhì)量)的水溶液〕，只需在粗產(chǎn)品基礎(chǔ)上一次性蒸餾提純，去除粗產(chǎn)品中的礦物質(zhì)和硫化物，因為礦物質(zhì)和硫化物可使催化劑中毒失效，其粗成品價格應(yīng)該很低，可使柴油內(nèi)燃機廢氣排放污染的治理成本得到極大降低。如考慮節(jié)約汽化乙醇水溶液的能量和添加乙醇水溶液的繁瑣，可考慮加大乙醇的占比，最大的乙醇水摩爾比為I比3〔即為含46%乙醇(質(zhì)量)的水溶液〕，但較高的乙醇水比有利于乙醇水蒸氣選擇重整反應(yīng)，較為理想的乙醇水摩爾比為I比6〔即為含12.44 %乙醇(質(zhì)量)的水溶液〕。
[0047]本實用新型乙醇水蒸氣重整成氫氣制出_50?系統(tǒng)工作時，發(fā)動機I排放的尾氣依次經(jīng)排氣歧管2、排氣管3、D0C催化器4通過乙醇水溶液汽化重整氫氣箱5的尾氣通過管12、H2-SCR還原箱6，從消聲器7排出。設(shè)于H2-SCR還原箱6的NOx濃度傳感器18將采集到的尾氣中NOx濃度數(shù)據(jù)傳輸給控制器19，控制器19根據(jù)NOx濃度控制乙醇水溶液箱8中設(shè)置的液體電動計量栗9啟動并控制轉(zhuǎn)速，向乙醇水溶液汽化重整氫氣箱5中的乙醇水溶液汽化管14提供乙醇水溶液，乙醇水溶液在經(jīng)過尾氣通過管12的高溫作用下，在乙醇水溶液汽化管14中形成乙醇水蒸氣，乙醇水蒸氣從乙醇水蒸氣室5a進入填充有Ir/Ce02催化劑26的重整氫氣室5b，經(jīng)反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，然后氫氣進入氫氣室5c，再從氫氣室5c的氫氣出口 13進入尾氣通過管12中與尾氣混合，再進AH2-SCR還原箱6，氫氣在H2-SCR還原箱中催化劑作用下還原尾氣中的氧化氮(NOx)，氧化氮轉(zhuǎn)化成無害的氮氣(N2)，有效解決了柴油內(nèi)燃機廢氣排放的污染問題，利于環(huán)境保護。此過程中，重整氫氣室5b中的溫度傳感器11檢測溫度傳輸給控制器19，控制器19控制液體電動計量栗9轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)乙醇水溶液向乙醇水溶液汽化管14的供給量，以調(diào)節(jié)乙醇水蒸氣的質(zhì)量和數(shù)量，控制重整氫氣室5b的氫氣產(chǎn)生量，以滿MH2-SCR還原箱6對氫氣的需求。
【主權(quán)項】
1.一種乙醇水蒸氣重整成氫氣制出-50?系統(tǒng)，包括柴油發(fā)動機(1)、排氣管(3)，以及排氣管上設(shè)有的DOC催化器(4)，其特征在于:所述DOC催化器(4)的下游端依次連通乙醇水溶液汽化重整氫氣箱(5)、H2-SCR還原箱(6)、消聲器(7)，所述乙醇水溶液汽化重整氫氣箱(5 )由箱體(27)、尾氣通過管(12)、乙醇水溶液汽化管(14)構(gòu)成，所述尾氣通過管(12)兩端伸出箱體(27)分別與DOC催化器(4)、H2-SCR還原箱(6)連通，所述箱體(27)與尾氣通過管(12)之間的密閉腔由兩個篩狀擋板(20)分隔成三個腔室，其中，位于尾氣通過管(12)上游側(cè)的腔室為乙醇水蒸氣室(5a)，位于尾氣通過管(12)下游側(cè)的腔室為氫氣室(5c)，位于中間的腔室為填充Ir/ CeO2催化劑(26)的重整氫氣室(5b)，一溫度傳感器(11)設(shè)于重整氫氣室(5b)中，所述氫氣室(5c)通過尾氣通過管(12)壁上設(shè)置的氫氣出口(13)與尾氣通過管(12)相通，所述乙醇水溶液汽化管(14 )設(shè)置在尾氣通過管(12 )內(nèi)，該乙醇水溶液汽化管(14)的乙醇水溶液進口( 14a)設(shè)于尾氣通過管(12 )下游側(cè)壁，通過乙醇水溶液輸送管(1 )與乙醇水溶液箱(8)中設(shè)置的液體電動計量栗(9)連接，乙醇水溶液汽化管(14)的乙醇水蒸氣出口(14b)位于乙醇水蒸氣室(5a)中，所述H2-SCR還原箱(6 )內(nèi)設(shè)有分子篩催化劑(24)，所述H2-SCR還原箱(6 )的上游側(cè)設(shè)有NOx濃度傳感器(18)，所述NOx濃度傳感器(18 )、溫度傳感器(11)和液體電動計量栗(9)分別通過導(dǎo)線與一控制器(19)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇水蒸氣重整成氫氣制H2-SCR系統(tǒng)，其特征在于:所述乙醇水溶液汽化重整氫氣箱(5)的尾氣通過管(12)與重整氫氣室(5b)和乙醇水蒸氣室(5a)對應(yīng)的管段內(nèi)設(shè)有葉片式熱交換器(25)，葉片式熱交換器(25)的葉片呈放射狀延伸與尾氣通過管(12)的管壁相連，各葉片之間留有尾氣通道(28)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的乙醇水蒸氣重整成氫氣制H2-SCR系統(tǒng)，其特征在于:所述葉片式熱交換器(25)的橫截面為多葉片放射狀結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇水蒸氣重整成氫氣制H2-SCR系統(tǒng)，其特征在于:所述尾氣通過管(12)內(nèi)設(shè)置的乙醇水溶液汽化管(14)，包括螺旋延伸管段和直管段，該螺旋延伸管段位于重整氫氣室(5b)后方，螺旋延伸管段的首端為乙醇水溶液進口(14a)，該進口位于乙醇水溶液汽化管(14)外伸端側(cè)壁，直管段沿乙醇水溶液汽化管(14)軸向延伸，直管段的尾端為乙醇水蒸氣出口(14b)，該出口位于乙醇水溶液汽化管(14)側(cè)壁，與乙醇水蒸氣室(5a)對應(yīng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇水蒸氣重整成氫氣制H2-SCR系統(tǒng)，其特征在于:所述溫度傳感器(11)設(shè)于重整氫氣室(5b)的中間。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇水蒸氣重整成氫氣制H2-SCR系統(tǒng)，其特征在于:所述H2-SCR還原箱(6)內(nèi)設(shè)有兩塊篩孔隔板(23)，所述分子篩催化劑(24)設(shè)于兩篩孔隔板(23)之間。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇水蒸氣重整成氫氣制H2-SCR系統(tǒng)，其特征在于:所述DOC催化器(4)與乙醇水溶液汽化重整氫氣箱(5)，乙醇水溶液汽化重整氫氣箱(5)與出-SCR還原箱(6) ,H2-SCR還原箱(6)與消聲器(7)，均通過法蘭連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇水蒸氣重整成氫氣制H2-SCR系統(tǒng)，其特征在于:所述排氣管(3)、00(:催化器(4)、乙醇水溶液汽化重整氫氣箱(5)、出-50?還原箱(6)的外表面均覆蓋有保溫隔熱層(21)。9.根據(jù)權(quán)利要求1或7或8所述的乙醇水蒸氣重整成氫氣制H2-SCR系統(tǒng)，其特征在于:所 述DOC催化器(4)為氧化催化器。
【文檔編號】F01N3/28GK205618233SQ201620426304
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】王東亮
【申請人】王東亮