催化装置及裂解器的制作方法

本实用新型涉及尾气处理技术领域，具体涉及一种催化装置及裂解器。

背景技术：

醇氢技术充分利用发动机尾气余热，通过吸收尾气的热量，将甲醇裂解为氢气和一氧化碳裂解气(统称为富氢气体)，再把富氢气体与甲醇混合燃烧。醇氢技术具有经济性好，排放污染少的特点。

现有的车用裂解器(见专利201410176132.X，移动式甲醇裂解装置) 的裂解床为管道式，催化剂装填在管道中，尾气从外部对管道加热，这种车用裂解器使用的催化剂为填充在管道中的颗粒状的催化剂，对于车载使用，存在以下问题：

1、催化剂的强度问题

裂解制氢中的催化剂是关键，催化剂的强度则是重要指标之一，在车上使用，道路颠簸，现有工业催化剂中使用的颗粒状催化剂强度均不能满足车载要求；

2.使用空间尺寸狭小问题

车载裂解器受空间形状的限制，在同等制气量下，必须做到体积小重量轻，工业用催化剂不能解决体积小的问题；

3.解决裂解温度不稳定问题

车载裂解制氢，温度是必备条件，如何有效的提供裂解温度并达到最佳热交换，使裂解器稳定的产氢并达到最大产氢效率是重要的课题。使用工业催化剂，裂解器的体积较大，温度控制困难，温度不稳定。

技术实现要素：

本实用新型的第一目的在于提供一种催化装置，该催化装置可以解决现有催化剂的上述不足，具有结构简单、强度高、体积小、催化效率高的特点。

本实用新型的第二目的在于提供一种裂解器，该裂解器具有上述的催化装置，从而能够利用尾气对甲醇催化裂解为富氢气体以供内燃机使用。

基于上述第一目的，本实用新型提供的催化装置，包括：载体、涂层和催化活性物料，所述载体内设置若干用以通过烟气的催化通道，所述涂层涂覆在所述催化通道的内壁，所述涂层用以使催化活性物料附着于所述催化通道的内壁。

进一步的，所述载体的外形为柱状，沿所述载体的径向方向的截面为环形。

进一步的，所述催化通道设置为多边形。

进一步的，若干所述催化通道的轴线相平行。

基于上述第二目的，本实用新型提供的一种裂解器，包括外壳、换向组件、烟气管道、甲醇气过热器、甲醇气通道以及如上所述的催化装置；

所述外壳的两端部分别设置有进气口和排气口，所述换向组件设置在所述外壳内靠近所述进气口的位置，所述换向组件具有能够切换开闭状态以使进气口与外壳内部连通的第一通道和第二通道；

所述催化装置设置在所述外壳内部，所述催化装置靠近所述进气口的一端具有甲醇气分配腔，靠近排气口的一端具有裂解气排放腔，所述甲醇气分配腔分别连通所述催化装置的催化通道的进气端和甲醇气过热器，所述甲醇气过热器位于所述换向组件和所述甲醇气分配腔之间，所述甲醇气过热器内部具有用以连通甲醇气通道和所述甲醇气分配腔的第一气体通道，

所述烟气管道设置在所述催化装置的内部环状通道中，并且所述烟气管道的进气端与所述换向组件的第一进气口连通，所述烟气管道的出气端与所述外壳的排气口连通，所述甲醇气通道环绕设置在所述烟气管道的外壁，并且所述甲醇气通道的进气端设置在靠近所述排气口一侧，所述甲醇气通道的出气端与所述甲醇气过热器的第一气体通道连通。

进一步的，所述甲醇气过热器内还设置至少一个用以通过并加热烟气的第二气体通道，并且所述第二气体通道与所述第一气体通道相隔离。

进一步的，还包括甲醇预热器，所述甲醇预热器设置在所述外壳的排气口和所述裂解气排放腔之间，所述甲醇预热器与所述甲醇气通道的进气端相连通。

进一步的，还包括沿所述外壳轴向方向延伸的折流板，所述折流板设置在所述催化装置外壁与所述外壳之间。

进一步的，还包括裂解气输出管道和甲醇输入管道，所述裂解气输出管道与所述裂解气排放腔连通，所述甲醇输入管道与所述甲醇预热器的连通，所述甲醇输入管道和所述裂解气输出管道上设置用以控制通断的电控阀门。

进一步的，还包括控制器以及至少一个用以检测所述外壳内温度值的温度传感器，所述温度传感器用以输出温度信号至所述控制器，所述控制器根据所述温度信号输出控制指令以控制电控阀门的开启或关闭。

采用上述技术方案，本实用新型提供的催化装置的技术效果有：

相对与传统的裂解床式的催化剂，本催化装置改为整体式结构，即利用载体上设置的若干催化通道内与涂层结合催化活性物料对气体进行催化裂解(甲醇气体)，整体结构强度高，避免了在车辆震动时传动的颗粒状的催化剂的互相摩擦和挤压，解决了强度的问题。同时，裂解气的通道由管道式改为微孔式若干催化通道后，由于表面积增加，同样产氢的条件下，催化剂的体积壳体变小，解决在车辆安装空间受限制的问题。另外，由于若干催化通道使比表面积大大增加，可以提高催化效率，提高甲醇气体的产氢效率。

本实用新型提供的裂解器的技术效果有：该裂解器用以对车辆的尾气热量进行合理运用，对上述实施例一中的催化装置加热到催化工作温度，从而利用催化装置对甲醇气体进行催化裂解，使其转化为富氢气体以供内燃机使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的催化装置的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是本实用新型实施例二提供的裂解器的外观结构示意图；

图4是本实用新型实施例二提供的裂解器的内部结构示意图；

图5是本实用新型实施例二提供的裂解器中，甲醇气通道与烟气管道的连接示意图；

图6是本实用新型实施例二提供的裂解器中，换向组件的结构示意图。

附图标记：10-载体；11-催化通道；12-甲醇气分配腔；13-裂解气排放腔；20-外壳；21-进气口；22-排气口；23-折流板；30-换向组件；31- 驱动元件；32-腔体；33-可调挡板；34-第一通道；35-第二通道；36-第三通道；40-烟气管道；50-甲醇气过热器；51-第一气体通道；52-第二气体通道；60-甲醇气通道；70-甲醇预热器；80-裂解气输出管道；81-甲醇输入管道；90-温度传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

请参照图1至图2所示，本实用新型实施例一提供的催化装置，包括：载体10、涂层和催化活性物料。

本实施例中，载体10的外形优选设置为柱状，并且沿载体10的径向方向的截面为环形。在载体10内壁设置若干用以通过烟气的催化通道11，催化通道11沿柱状的载体10的轴向方向(长度方向)延伸并贯穿载体10。

涂层涂覆在催化通道11的内壁，涂层用以使催化活性物料附着于催化通道11的内壁。该涂层用以提高催化通道11的比表面积，以增加甲醇气体的催化裂解效率，涂层能使催化剂活性物料与载体10有效牢固结合，并能极大发挥催化剂活性物料的催化作用。具体实施时，在载体10的催化通道11内壁涂覆上述涂层后，可采用如浸渍、沉淀、离子交换等嵌入活性物料。

一个优选实施方案中，若干催化通道均匀布置在载体10上，并且若干催化通道的轴线相平行设置。

该催化通道11的截面形状优选设置为多边形，本实施例中催化通道11 的截面形状设置为近似梯形结构，目的是增加与待处理气体的接触面积，同时能够保障载体10的结构强度。

一个优选实施方案中，载体10优选为金属材料制成，金属材质的载体 10具有良好的导热性、耐腐蚀性、耐高温性、机械强度高，以承受反应过程中的机械和耐热冲击等优点，特别适合车载使用。

本实施例中提供的催化装置，相对与传统的裂解床式的催化剂，本催化装置改为整体式结构，即利用载体10上设置的若干催化通道11内与涂层结合催化活性物料对气体进行催化裂解(甲醇气体)，整体结构强度高，避免了在车辆震动时传动的颗粒状的催化剂的互相摩擦和挤压，解决了强度的问题。同时，裂解气的通道由管道式改为微孔式若干催化通道11后，由于表面积增加，同样产氢的条件下，催化剂的体积壳体变小，解决在车辆安装空间受限制的问题。另外，由于若干催化通道11使比表面积大大增加，可以提高催化效率，提高甲醇气体的产氢效率。

实施例二

本实施例中提供了一种裂解器，该裂解器用以对车辆的尾气热量进行合理运用，对上述实施例一中的催化装置加热到催化工作温度，从而利用催化装置对甲醇气体进行催化裂解，使其转化为富氢气体以供内燃机使用。

具体的，如图3和图4所示，该裂解器包括外壳20、换向组件30、烟气管道40、甲醇气过热器50、甲醇气通道60以及实施一中的催化装置。

外壳20设置为筒状，外壳20的两端部分别设置有用以通入尾气的进气口21和排气口22，换向组件30设置在外壳20内靠近进气口21的位置，换向组件30具有能够使进气口21与外壳20内部连通的第一通道34和第二通道35；换向组件30能够分别切换第一通道34和第二通道35的开启和闭合状态从而使烟气由不同的通道进入外壳20内。

催化装置设置在外壳20内部，催化装置靠近进气口21的一端具有甲醇气分配腔12，靠近排气口22的一端具有裂解气排放腔13；甲醇气分配腔12与外壳20内部相隔离，甲醇气分配腔12优选设置为环形，与催化装置的载体10的截面形状相适配，甲醇气分配腔12分别连通催化装置的催化通道11的进气端和甲醇气过热器50，裂解气排放腔13同样优选设置为环形，与催化装置的载体10的截面形状相适配；

甲醇气过热器50位于换向组件30和甲醇气分配腔12之间，甲醇气过热器50内部具有用以连通甲醇气通道60和甲醇气分配腔12的第一气体通道51；甲醇气过热器50用以对有甲醇器通道输入甲醇进行加热以形成完全气态的甲醇气体，然后使甲醇气体输送至甲醇气分配腔12，再由载体10内催化通道11的催化活性物料反应后生成富氢气体后，进入到裂解气排放腔 13中。

烟气管道40设置在催化装置的内部环状通道中，并且烟气管道40的进气端与换向组件30的第一进气口21连通，烟气管道40的出气端与外壳 20的排气口22连通，甲醇气通道60优选设置为螺旋状结构(如图5所示)，目的是增加该通道管壁的受热面积，该甲醇气通道60环绕设置在烟气管道 40的外壁，以充分吸收烟气的热量，使内壁的甲醇气化；并且甲醇气通道 60的进气端设置在靠近外壳20的排气口22一侧，甲醇气通道60的出气端与甲醇气过热器50的第一气体通道51连通，用以向第一气体通道51内输入甲醇。

一个优选实施方案中，上述的甲醇气过热器50内还设置至少一个用以通过并加热烟气的第二气体通道52，并且第二气体通道52与第一气体通道 51相隔离。本实施例中，第二气体通道52优选设置三个。第二气体通道 52的作用是使一部分烟气能够流经该通道并对烟气加热，使进入到外壳20 和催化装置的载体10外壁之间，以及载体10的内环通道内的烟气，对载体10进行充分加热，达到催化温度的范围。

一个优选实施方案中，该裂解器还包括沿外壳20轴向方向延伸的折流板23，折流板23设置在催化装置外壁与外壳20之间。折流板23的作用是延缓烟气在壳体和载体10之间的流通速度，从而提升热交换的效率，使载体10能够充分受热。

一个优选实施方案中，本实施例中提供裂解器还包括甲醇预热器70，甲醇预热器70设置在外壳20的排气口22和裂解气排放腔13之间，甲醇预热器70与甲醇气通道60的进气端相连通。设置甲醇预热器70的作用是对通入的甲醇液体进行预加热，从而保障甲醇液体具有一定温度，使后续甲醇液体在甲醇气通道60和甲醇气过热器50中更易于气化。

一个优选实施方案中，本实施例中提供裂解器还包括裂解气输出管道 80和甲醇输入管道81，裂解气输出管道80与裂解气排放腔13连通，用以排放裂解气排放腔13中的富氢气体；甲醇输入管道81与甲醇预热器70的连通，甲醇输入管道81用以向甲醇预热器70中输入甲醇液体；

另外，在甲醇输入管道81和裂解气输出管道80上还可以设置用以控制通断相应管道的电控阀门。

一个优选实施方案中，本实施例中提供的裂解器还包括控制器以及至少一个用以检测外壳20内温度值的温度传感器90，温度传感器90用以输出温度信号至控制器，控制器根据温度信号输出控制指令以控制电控阀门的开启或关闭；

具体应用时，温度传感器90可以设置多个，分别用以检测外壳20与催化装置的载体10外壁之间、载体10的内环空间、甲醇预热器70与裂解气排放腔13之间、外壳20的进气口21、换向组件30与甲醇气过热器50 之间等位置进行温度检测。

上述技术方案中，利用控制器判断载体10内温度、以及甲醇气体的温度是否满足裂解反应条件，从而控制电控阀门的开启或关闭来实现对甲醇的输入控制，实现了自动化的控制目的。

以甲醇输入管道81上设置电控阀门为例，具体应用时，当控制器检测到的温度传感器90传输的温度信号小于催化剂反应条件所需温度数值范围时，电控阀门处于常闭状态；当控制器检测到的温度信号满足催化剂反应条件所需温度数值范围时，控制器输出电信号至电控阀门，使电控阀门打开，向甲醇输入管道81通入甲醇。

如图4和图6所示，一个优选实施方案中，上述的换向组件30包括驱动元件31、由壳体组成封闭的腔体32以及可调挡板33，腔体32靠近甲醇气过热器50的一端面设置与外壳20内部连通的第一通道34和第二通道35，腔体靠近外壳20进气口21的一端面设置与该进气口21连通的第三通道36，可调挡板33通过轴与腔体的设置第一通道34和第二通道35的端面可转动连接，驱动元件31的伸缩端伸入到腔体32内通过轴与可调挡板33连接，通过驱动元件31的伸缩端能够带动可调挡板33封闭第一通道34或者第二通道35，从而实现对尾气的排烟的路径的切换。

该驱动元件31可以采用气缸、电动推杆或者液压缸等驱动件。

下面说明本实施例中提供的裂解器的工作原理：

本实施例中提供裂解器工作时，分别三个阶段：

a.加热模式：尾气经外壳20的进气口21，换向组件30的第二通道 35，然后经甲醇气过热器50以及甲醇气过热器50与外壳20内壁的间隙同步经外折流板23、载体10的内环、外壳20的排气口22而流出；从而实现对载体10以及甲醇气通道60的充分加热；

b.旁路模式：尾气经外壳20的进气口21，换向组件30的第二通道 35进入烟气管道40，通过烟气管道40出气端进入外壳20的排气口22而流出，实现对载体10内部及甲醇气通道60的持续加热。

c.甲醇裂解为富氢气体

由甲醇输入管道81喷入甲醇液，甲醇液经甲醇预热器70、甲醇气通道 60、甲醇气过热器50、甲醇气分配腔12、载体10的催化通道11裂解反应为富氢气体后，经裂解气输出管道80流出。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。