小型移动甲醇裂解制氢装置在汽车上的应用.doc

《小型移动甲醇裂解制氢装置在汽车上的应用.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、小型移动甲醇裂解制氢装置在液体燃料汽车上的应用张树201604091.小型移动甲醇裂解制氢装置制氢原理1.1甲醇裂解制氢原理甲醇是碳、氢、氧的化合物，在加热、减压、催化的情况下会分解成氢气（H2）和一氧化碳(CO)见式（1）、图1。CH3OH=2H2+CO（1）1.2小型甲醇裂解制氢装置为方便在汽车上应用，可采取随用随制取，随使用的方式。解决这一问题的方案，就是移动小型甲醇裂解制氢装置7，见图2。车上安装低压储氢罐，即可平衡裂解产生的气体（H2、CO）压力不稳定；也可储存一定量的氢气，供发动机启动及怠速运

2、转使用，装置的制氢原理见图1。1、电源（蓄电池、发电机）2、点火开关3、电磁开关4、甲醇泵5、甲醇箱6、温度传感器7、甲醇裂解装置8、甲醇喷射器9、发动机10、燃油箱11、电磁阀12、氢气、一氧化碳储罐13、压力传感器14、显示器15、电加热器16、计算机图1小型电控双热源甲醇催化裂解制氢装置原理甲醇泵工作时，甲醇从甲醇箱5进入甲醇预热器加热后由设在裂解装置下部的4个甲醇雾化喷口喷出，在耐高温、耐氧化催化剂和约300℃的温度作用下分解成氢气（H2）和一氧化碳（CO）。氢气（H2）和一氧化碳（CO）进入储气

3、罐12冷却、降压。计算机15依据发动机的工况发出指令，在进气门打开时打开电磁阀11，氢气（H2）和一氧化碳（CO）喷入进气歧管进气门处，和新鲜空气（可燃混合气）一同进入气缸，参与燃烧。温度传感器6将温度信号传输给计算机，计算机按甲醇裂解装置7内的温度控制电磁阀8的开、闭，调节进入甲醇的供给量和电加热器15的通断。当发动机排出的尾气不能保证甲醇裂解需要的温度时，计算机发出指令，电加热装置导通发热，保证甲醇裂解的正常温度，使裂解持续进行。当发动机尾气足够供给裂解装置所需的热量时，温度传感器输出信号给计算机，计

4、算机发出指令，加热器断电15，由发动机尾气独立供热。在发动机起动时，发动机尾气的温度极低，计算机发出指令，电加热器15导通，主要由蓄电池供电，保证裂解装置7的正常裂解温度，使裂解反应正常进行。裂解产生的低压氢气（H2）和一氧化碳（CO）进入不锈钢气体储罐12，储罐内的低压氢气（H2）和一氧化碳（CO）按计算机的指令、打开电磁阀11，按发动机工况供给定量的低压氢气（H2）和一氧化碳（CO），和空气（可燃混合气）一起进入气缸参与燃烧。为充分利用发动机尾气的热能，使催化剂更多地6从发动机尾气中吸收热量，裂解装置

5、分成三部分。发动机尾气分成4部分通过裂解装置，加大与裂解装置的接触传热面积，制氢装置的结构示意如图2所示。1、催化剂2、氢气、一氧化碳出口3、外壳与保温层4、低温废气出口5、高温废气入口6甲醇喷口7、甲醇预热管8、甲醇入口9、加热器10、温度传感器图2小型电控双热源甲醇裂解制氢置结构示意图2.加入氢气后，对内燃机燃烧过程的影响2.1氢气的特性氢是目前最轻的分子，在自然界以化合物的方式存在。氢气与氧气化合时会释放出大量能量。氢气易于和空气均匀混合，着火极限为4.1～75；最大火焰传播速度291cm/s（部分

6、物理性能见表1）,最大火焰传播速度是汽油的7.72倍。氢气特性表表1分子量2沸点（℃）-253气相密度（kg/m3）0.090理论空燃比质量比体积比34.182.38质量热值（MJ/kg）高114.8低120.1可燃混合气热值（MJ/m3）3.186着火极限（%）4.1～75着火温度（℃）580最小着火能量（J）2×10-5最大火焰传播速度（cm/s）2912.2氢气参与燃烧对点燃式发动机燃烧过程的影响使用氢气与汽油、柴油、天然气混合燃料，会带来经济性、动力性和发动机排放性能的改善。其原因是氢气的燃烧速度

7、快，原燃料掺入一定比例的氢气后，火焰传播速度加快，使燃烧效率增加。点燃式发动机的燃烧过程分为三个阶段：点火落后期、速燃期、补燃期，见图3。6Ⅰ点火落后期Ⅱ速燃期Ⅲ补燃期图3点燃式发动机的燃烧过程的三个阶段在汽油中掺入一定的氢气后，使速燃期缩短，压力曲线向左偏移，更接近于等容过程，提高了发动机的热效率。这样使燃烧最高压力出现在上死点附近，形成对活塞的较大的推力，燃料的利用率提高，带来节能效果。2.3氢气参与燃烧对压燃式发动机燃烧过程的影响2.3.1压燃式发动机的燃烧过程的四个阶段，见图4。Ⅰ.着火落后期Ⅱ.

8、速燃期Ⅲ.缓燃期Ⅳ.补燃期图4压燃式发动机的燃烧过程的四个阶段2.3.2可燃混合气均匀程度改善柴油发动机吸入气缸的是新鲜空气，在压缩行程终了前，才将柴油喷入燃烧室。柴油燃烧室内的可燃混合气、在总体上是均匀的；但是，在局部上，可燃混合气浓度又是极不均匀的，可燃混合气的浓度可从0~∞。氢气、一氧化碳与新鲜空气同时进入气缸燃烧室，与空气均匀混合，从根本上改变了燃烧室内可燃混合气浓度从0~∞的状态，使燃烧过程得到极大改善。2.3.3氢