含水乙醇重整在线制氢动力系统的制作方法

本发明涉及含水乙醇制氢的，具体是一种含水乙醇重整在线制氢动力系统。

背景技术：

1、为了缓解能源短缺和减少环境污染问题，寻找替代能源和降低有害排放物正成为内燃机研究领域的两个重要课题。乙醇等低碳醇因其含氢量高、廉价、易储存、运输方便、来源广泛等特点，成为制氢研究的主要对象。乙醇作为一种可再生燃料，可从甘蔗、淀粉植物、野生植物中制取。而且，与甲醇相比，乙醇的比能量高且没有毒性；与汽油和柴油相比，乙醇结构简单，副产物少。但是由于乙醇热值较低，现今几乎所有的乙醇燃料应用多是在普通汽油里面掺烧一定比例的乙醇，并未摆脱对汽油等矿物资源的依赖，未能完全改善汽车排放污染。

2、氢气以其来源多样、可再生性、清洁环保等突出特点成为当下新能源领域的研究热点。氢气作为一种高效、清洁的能源，被认为是解决21世纪人类社会能源危机的清洁能源之一。由于氢气的高热值和低排放，以及掺入氢气对内燃机燃烧的改善，使汽车获得了更高的热效率，希望能被广泛运用。但氢气存在着生产成本高、存储和运输困难等问题。

3、已有的掺氢发动机的试验和理论研究，都证明了掺氢燃料在发动机中具有广阔的应用前景。目前采用的氢气制备方法以化石燃料重整和水电解为主。然而氢气的获取方式、储运技术等问题使得掺氢发动机难以在实际中真正得到推广。如果利用廉价、可再生的生物乙醇代替氢气随车携带，并利用发动机尾气余热将生物乙醇重整为氢气，为汽车发动机实时供氢，那必将为掺氢燃烧发动机的市场推广提供新的思路和方向。同时，车载在线制氢还免去了氢气的储存与运输环节，使氢燃料在发动机上的应用和推广成为可能。利用汽车发动机余热催化含水乙醇产生的重整气体富含h2、ch4和co等，这种重整气十分适合发动机燃烧，无需经过任何净化处理就可以直接使用。

4、经调查研究发现，目前实用的在线制氢动力系统存在制氢不稳定、换热效率和转化率低的问题，难以满足为汽车发动机实时供氢持续运行的需求。因此，需要设计一种换热效率和转化率高的含水乙醇重整在线制氢动力系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种含水乙醇重整在线制氢动力系统，该含水乙醇重整在线制氢动力系统结构设置巧妙，具有制氢稳定、换热效率和转化率高等优点。

2、本发明是采用以下技术方案实现的：

3、一种含水乙醇重整在线制氢动力系统，包括醇氢发动机、含水乙醇罐、乙醇罐、ecu电子控制器和重整器，醇氢发动机的尾气管与重整器的烟气进口管连接，重整器的醇液入口接管通过含水乙醇泵送管与含水乙醇罐连接，含水乙醇泵送管上安装有电磁阀一、含水乙醇泵、含水乙醇滤清器和流量控制器，重整器的出气端通过混合气管连接有缓冲罐，缓冲罐通过出料管与醇氢发动机的供料管连通，供料管还通过电磁换向阀和乙醇泵送管与乙醇罐连接，乙醇泵送管上安装有电磁阀二、乙醇泵和乙醇滤清器；电磁阀一、含水乙醇泵、流量控制器、电磁阀二和乙醇泵与ecu电子控制器匹配连接。含水乙醇采用75%乙醇，乙醇采用无水乙醇，即99.9%乙醇。

4、所述的重整器包括呈横向布置的烟管，所述的烟管的两端管壁对应连接有烟气进口管和烟气出口管，烟管的前端面连通有醇液入口接管，烟管的后端面封堵有管板，烟管的后端外管壁设置有烟管法兰，烟管法兰通过端盖法兰连接有压贴管板的端盖，端盖与混合气管连通，端盖法兰设置在端盖上，烟管内竖向间隔固定连接有多块用于延长烟气行走距离的折流板，折流板采用与烟管内径匹配且直线切割掉部分的圆饼，多块折流板在烟管内与上端管壁和下端管壁依次交替不密封连接，即第一块折流板与上端管壁不连接密封，第二块折流板与下端的管壁不连接密封的交替连接方式，烟气进口管前端的烟管内设置有分流仓，烟气进口管后端的烟管内设置有催化剂仓，催化剂仓设置有用于填装催化剂的填装口，分流仓内设置有与醇液入口接管连通的分布仓，分布仓通过多根毛细管与分流仓连通，分流仓通过多根小换热管与催化剂仓连通，催化剂仓通过多根大换热管与端盖连通，大换热管与端盖的连通端设置有出口筛网，大换热管与催化剂仓的连通端设置有进口筛网。重整器装配完成后需进行密封实验，出口筛网和进口筛网的筛孔直径为3mm，孔心距离为4mm。

5、进一步优选的：所述的烟气进口管和烟气出口管内分别安装有尾气温度传感器，尾气温度传感器与ecu电子控制器匹配连接，ecu电子控制器根据尾气温度传感器传递的温度信号控制电磁换向阀的工作。

6、进一步优选的：所述的催化剂仓后端的折流板和管板上都对应设置有用于穿过大换热管的大换热管穿过孔。

7、进一步优选的：所述的催化剂仓前端的折流板上对应设置有用于穿过小换热管的小换热管穿过孔。

8、进一步优选的：所述的多根毛细管沿烟管中心基准轴中心对称，正三角形排布；小换热管的数量与毛细管的数量相等，且一一对应设置，毛细管的远离分布仓端伸入到小换热管内。相邻三根小换热管之间呈正三角形排列，相邻三根大换热管之间也呈正三角形排列，采用这样的结构布置，能提高含水乙醇在线制氢的稳定性，比其它结构布置的稳定性要好。

9、进一步优选的：所述的含水乙醇泵送管上还安装有手动截止阀一；所述的乙醇泵送管上还安装有手动截止阀二。

10、进一步优选的：所述的含水乙醇泵送管上旁接有与含水乙醇罐连通的回流管，回流管上安装有压力调节阀，压力调节阀采用电磁压力调节阀，含水乙醇泵送管的输出端安装有压力传感器，压力传感器和压力调节阀与ecu电子控制器匹配连接，压力传感器将压力信号传递给ecu电子控制器，ecu电子控制器根据设定程序调节控制压力调节阀。

11、进一步优选的：所述的缓冲罐内安装有缓冲罐压力传感器和缓冲罐温度传感器，含水乙醇罐内安装有含水乙醇液位传感器，乙醇罐内安装有乙醇液位传感器，缓冲罐压力传感器、缓冲罐温度传感器、含水乙醇液位传感器和乙醇液位传感器都与ecu电子控制器匹配连接。

12、含水乙醇的总反应方程为：

13、

14、高温、低压和高水醇比的条件有利于提高氢气的产率和选择性。反应速率与催化剂的质量和含水酒精的流量有关。

15、ecu电子控制器还包含有监控面板，用于监控显示：含水乙醇、乙醇液位，重整器温度，缓冲罐压力、温度，发动机机油压力，冷却水温，故障报警等。

16、催化剂的制备步骤为：

17、（1）载体预处理：将粒径为1～3 mm的γ-al2o3载体于490～500℃下焙烧3～4小时，去除表面杂质并稳定晶相。

18、（2）制备ceo2/al2o3载体：按照ce∶γ-al2o3载体的质量比为6.5～8:100的比例，取ce的硝酸盐，溶于去离子水中，将所得溶液加入到γ-al2o3载体中混合、搅拌，然后滴加氨水或na2co3溶液至ph=9～10，老化2～2.5小时，过滤洗涤至中性，100～110℃干燥12～13小时，500℃煅烧4小时，得到ceo2/al2o3载体。

19、（3）浸渍：按照ni∶co∶mn∶mg∶γ-al2o3载体的质量比为8～10∶3～5∶2～2.5∶2～3∶100的比例，取各金属的硝酸盐，溶于去离子水中，然后加入总硝酸盐质量12～16%的柠檬酸，搅拌均匀，得到混合溶液；将ceo2/al2o3载体浸入混合溶液中，室温搅拌2～4小时，然后静置10～12小时。

20、（4）干燥焙烧：浸渍结束后将物料烘干，然后置于马弗炉中500℃下焙烧4～5小时，冷却至室温，即得。所述的将物料烘干，具体是将物料于90～110℃烘干12～13小时，去除水分。

21、制备的催化剂采用γ-al2o3作为载体，γ-al2o3具有高比表面积、良好的机械强度和热稳定性的特点，能够提供丰富的锚定位点，确保活性组分高度分散；通过将γ-al2o3载体进行焙烧预处理，可去除表面杂质并稳定晶相，提高孔隙率；先将ce的硝酸盐负载到γ-al2o3载体上形成ceo2/al2o3复合载体，可以增强氧空位和储氧能力，提高ni、co、mn、mg的分散度，增加活性位点。ceo2的氧空位可促进水气变换反应，减少co副产物，提升h2产率。而且ceo2通过氧化作用可清除表面积碳，ceo2的高热稳定性可延缓载体和金属颗粒的高温失活，防止高温烧结；先制备ceo2/al2o3复合载体可提高所制得的催化剂的抗烧结和抗积碳性能；ce3+/ce4+循环可促进反应过程中活性金属的动态还原，维持催化活性。

22、本含水乙醇重整在线制氢动力系统在醇氢发动机的尾气管安装重整器，在醇氢发动机启动时，利用无水乙醇作为燃料，当重整器的温度达到设定值时，向重整器中通入含水乙醇，利用尾气加热通入的含水乙醇，在催化剂的作用下，使含水乙醇裂解产生氢气，氢气通入到缓冲罐内，并将其内的氢气作为醇氢发动机燃料，正常工作时能稳定的制氢为醇氢发动机提供燃料；采用的重整器通过在烟管内竖向间隔固定连接有多块用于延长烟气行走距离的折流板，提高了换热效率；通过烟气进口管前端的烟管内设置有分流仓，烟气进口管后端的烟管内设置有催化剂仓，催化剂仓内填装有催化剂，提高转换效率，分流仓内设置有与醇液入口接管连通的分布仓，分布仓通过多根毛细管与分流仓连通，分流仓通过多根小换热管与催化剂仓连通，催化剂仓通过多根大换热管与端盖连通，毛细管、分流仓和小换热管的设置能均匀的向催化剂仓提供雾状的含水乙醇，多根大换热管的设置不易造成堵塞，且不需要设置陶瓷结构，降低重量。