专利名称：车用醇类改质装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用发动机排出废气的热量使含水的醇类改质成含氢、一氧化碳和甲烷等可燃气体的装置。它由醇类蒸发过热器、催化裂化反应器(或称改质器)、缓冲罐、改质气——空气混合器、废气分流支管和温度气动控制器等主要部分组成。适于汽车发动机及固定于地面的汽油发动机匹配使用。所产生的改质气，主要作气体燃料与汽油混合使用，亦可用于保护焊接、真空除锈等方面。
众所周知，醇类燃料，特别低碳醇，热值较低，如甲醇热值仅为汽油的50％弱，利用发动机的余热进行醇类的改质处理，将醇类转化为氢、一氧化碳和甲烷等可燃气体，可使醇类燃料的热值提高20％。若将改质气掺入汽油中使用，因其燃烧速度高、抗震性能好、点火能量小，则可明显提高发动机的热效率，降低油耗，既节能实现部分代燃又可减少排放污染。
在专利申请号为CN85109487A、名称为《余热制氢发动机》的专利文献中公开了一种在发动机气缸壁上开孔，使引出的废气温度保持在870～1100℃之间，利用此高温气体作热源，使烃类、醇类、植物油脂类发生裂解得改质气。然而缸壁上开孔，实质上缩短了活塞作功冲程的有效行程，高温气体提前排放使发动机功率损失10～20％。况且就作为原料的醇类而言，改质并不需要800℃以上高温，温度过高发生深度裂解、容易产生积碳。因此88年3月，有人又申请了发动机不作改动条件下的甲醇裂解制氢方型装置的新型专利，其特点是将蒸发器、过热器和裂解器三者合为一体，同置于一个方形容器中，裂解反应必须的传热面得不到应有的满足；由于容器为方形，传热不均匀致使催化剂局部过热，寿命降低，裂解率自然就低；另一方面汽车在运行过程中，工况频繁地大幅度变化着，相应地废气排放量和温度也在大幅度波动，加之，该装置将发动机排放的废气全部用于改质气的裂解反应，但又缺少温度自动控制装置，由于废气排放量的变化，又造成供热不均匀，导致反应温度的变化，裂解率忽高忽低，节能效果差。
本实用新型的目的是要提供一种结构简单、体积小、便于安装拆卸、成本低廉、传热面足够、阻力小，在发动机运转过程中能自动控制的装置。它能使醇类充分、快速地催化裂化为能满足需要的改质气供发动机使用。
本装置经优化设计，主体部分采用逆流换热套管式蒸发过热器和圆筒形轴流式逆流换热结构的催化裂化反应器，以串联方式分别安装于发动机废气排气管上，从而保证了足够的传热面。采用圆筒形和轴流式结构可消除死角，流体阻力小、流体分布均匀，并在催化裂化反应器入口处安置了承插管与导流锥，使发动机废气均衡地流入管间，从而传热均匀避免催化剂局部过热和醇类的深度裂解。
严格控制反应温度是保证改质反应顺利进行的关键，而反应温度又与废气排放量密切相关，为克服汽车在运行过程中由于工况频繁地大幅度变化引起废气排放量变化而造成的对改质反应稳定进行的极为不利影响，本实用新型在催化裂化反应器「3」上安装温度传感器「15」除在驾驶室表板上显示催化裂化反应器的温度读数外，还以其工作温度范围低限值的信号来控制输醇泵「7」的启动。又以其工作温度范围的高限值信号控制气动适控调节阀「16」，调节废气支管「17」中废气分流量，从而实现装置温度的有效控制。以保证反应条件的稳定。实施控制动作的动力则利用车上空压机所提供的压缩空气。温度的传感器由铂－－铑热电偶或镍铬－－镍铝热电偶及液晶温度显示器组成。
本实用新型所用的含水醇类可以是甲醇、乙醇、丁醇油或杂醇油等。以甲醇为例说明其在催化裂化反应器中进行的反应
其中以反应(1)为主，随催化剂的不同和反应条件的变更，可能生成甲烷、二甲醚、甲醛等，在反应过程中，主要生成物为氢、一氧化碳和甲烷。
为保证改质反应的顺利进行，在醇类原料中加入适量的水是很有必要的，这是因为醇类裂解(仍以甲醇为例)是体积增大的反应，加水可以降低原料醇的分压，从而有利于裂解反应的进行，水的存在还可以抑制生成二甲醚的付反应发生，使少量积炭发生水煤气反应
有利于清除催化剂表面的积炭，防止催化剂活性的降低，清炭反应的生成物正是目的产物。同时水蒸气的存在可使产生的一氧化碳变为二氧化碳和氢气其反应为
因此，加入适量的水是必不可少的。
催化剂是保证裂解反应顺利进行的又一关键，裂解反应催化剂随所用醇的不同而不同。但都应符合价廉、易得、耐磨、高效和使用寿命长的要求。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细的描述以甲醇改质并匹配东风140型汽车为例。
图1为车用醇类改质装置的流程示意图。
参照
图1该装置由排气管「1」、蒸发过热器「2」、催化裂化反应器「3」、消声器「4」、料箱「5」、阀门「6」、输醇泵「7」、管道「8」、「9」、「11」、缓冲罐「10」、改质气－－空气混合器「12」、化油器「13」、温度传感器「15」、气动适控调节阀「16」、废气支管「17」、发动机「18」、油箱「20」组成。
发动机「18」排出的含有大量热量的排气沿废气管「1」流出同时加热蒸发过热器「2」继续流入催化裂化反应器「3」，为改质反应提供所需热量后，通过消声器「4」排空。液体醇类燃料由料箱「5」沿管道经阀门「6」，由醇泵「7」送入蒸发过热器「2」转变为250℃以上的甲醇过热蒸气，经管道「8」进入催化裂化反应器「3」，在此反应改质为氢、一氧化碳和甲烷组成的改质气，通过管道「9」流入缓冲罐「10」稳压降温及滤清后沿管道「11」进入改质气－－空气混合器「12」混入适量空气后进入发动机化油器「13」与来自油箱「20」的发动机主燃料汽油－－空气混合气混合，通过进气总管「14」进入发动机气缸「18」燃烧。
图2是圆筒形轴流式催化裂化反应器的结构示意图。
参照图2「21」是发动机废气入口，「23」是废气出口、「24」是醇类过热蒸汽入口、「22」是改质气出口。来自蒸发过热器的醇类过热蒸汽由入口「24」进入装有催化剂的内管「25」吸收了废气的热量，进行催化裂化反应被改质成含氢、一氧化碳和甲烷等的可燃气体；由出口「22」经管道输送到缓冲罐。经过蒸发过热器的发动机的废气由承插管「21」和导流锥「26」进入催化裂化反应器的管间，把热量进一步传递给催化床，为改质反应提供所需热量后由出口「23」经消声器排空。
在甲醇处理量为2～3升／小时时，催化裂化反应器的传热面为0.65～1.1m2。当传热面小于0.65m2时，改质效果差；当传热面大于1.1m2时，反应器体积大，不便于装车，经济效益也差。
图3是套管式蒸发过热器的结构示意图。
参照图3废气走管内，液态醇类原料走管间，管间装有不锈钢疏松切屑用以增大传热面。当来自料箱的液态醇由「31」进入蒸发过热器的管间「32」与管内的废气进行逆流换热，被加热蒸发并过热成250℃以上的蒸汽，并由出口「33」经管道输送至催化裂化反应器。当出口的醇类过热蒸汽低于250℃时，对裂解反应不利，所以过热蒸汽必须控制在250℃以上。采用逆流走向是因为逆流换热效果好。废气由「34」进入，由「35」流出沿管道再进入改质器。
本装置可采用多种醇作改质气原料，既扩大了代燃品种，开辟了新能源，又降低油耗，是掺氢技术的进一步扩展。采用本实用新型后所获得的改质气具有良好的抗爆震性能，为提高发动机的压缩比创造了可能性，也为汽油中不掺或少掺四乙基铅、甲基叔丁基醚等抗爆剂创造了可能性。改质气的掺烧，改善了汽油的燃烧条件，使废气中CO、CH和NOX成份减少，从而达到增加发动机输出功率、降低燃料成本、减少环境污染的综合效果。
本装置具有15％左右的代燃率，10％左右的节油率，设备投资费用小、节油效果显著，具有明显的经济效益，并能缓解燃油供应紧张的状况。
权利要求1.一种利用发动机废气所含的热量使含水的醇类改质成含氢、一氧化碳和甲烷等可燃气体的装置，适于与汽车发动机及固定于地面的汽油发动机匹配使用，其特征在于该装置由醇类蒸发过热器「2」、催化裂化反应器「3」、缓冲罐「10」、改质气-空气混合器「12」、废气分流支管「17」及温度气动控制器「15」、「16」等部分优化组合而成。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于催化裂化反应器采用园筒形轴流式管间换热结构，发动机废气经导流承插管，直接进入裂解装置的管间。
3.按权利要求1所述的装置其特征在于废气分流支管与废气排气管连通，管中装有流量控制阀并受温度气动控制器的控制。
4.按权利要求1所述的装置，其特征在于蒸发过热器为套管式的换热装置。
专利摘要本适用新型公开了一种适于安装在汽车上利用发动机废气热量使醇类改质成优质可燃气体的装置。它由连接于排气管上的排气支管、醇类蒸发过热器、催化裂化反应器、缓冲罐、改质气—空气混合器及温度气动控制器等主要部分组成。具有15％左右的代燃率，10％左右的节油率。其装置结构简单、体积小、成本低廉、便于操作、安装、拆卸、既节能代燃，又可减少环境污染。
文档编号F02M27/02GK2050083SQ8920368
公开日1989年12月27日 申请日期1989年3月30日 优先权日1989年3月30日
发明者赵惟智, 邢思敏, 陈云华, 袁嘉祥 申请人:昆明工学院