Спосіб конверсії метанолу у теплообмінному апараті та система для його реалізації

1 Спосіб конверсії метанолу у теплообмінному апараті, при якому метанол піддають каталггичній паровій конверсії з попередньо перемішаною або циркуляційною водою з використанням тепла відпрацьованих газів двигуна, енергія яких рекуперується та повертається в двигун з паливом з присутністю у складі продуктів конверсії метанолу поряд з воднем чадного газу, який відрізняється тим, що в залежності від режиму роботи двигуна і витрат та температури відпрацьованих газів метанол спрямовують у секцію парової або (та) каталітичної конверсії теплообмінного апарата 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що при поданні метанолу в секції теплообмінного апарата, туди ж подають воду 3 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що витрати води через секції парової та каталггичної конверсії регулюють в залежності від режиму роботи двигуна 4 Система конверсії метанолу, що містить бак з метанолом, насос, випаровувач, теплообмінний апарат та накопичувач продуктів конверсії метанолу, яка відрізняється тим, що теплообмінний апарат обладнано двома секціями - центральною (для парової конверсії), та периферійною - для каталітичної конверсії 5 Система за п 4, яка відрізняється тим, що в ній встановлено принаймні два вихрові клапани, що знаходяться на ГІЛЦІ подання випареного метанолу в секцію каталітичної конверсії та (або) на ГІЛЦІ подачі випареного метанолу в секцію парової конверсії теплообмінного апарата 6 Система за п 5, яка відрізняється тим, що вихрові клапани зв'язані з електромагнггними клапанами подачі води Винахід відноситься до області транспортного машинобудування і може бути використаний в конструкції автомобільних систем конверсії метанолу в газ, що містить водень Відомо спосіб каталггичної конверсії метанолу у водень та оксид вуглецю шляхом прямої ендотермічної реакції на борту автомобіля СН2ОН -н. ОН + 2Н 2 - QT Метанол дозволяє проводити низькотемпературну конверсію, що дає можливість використовувати тепло відпрацьованих газів двигуна Реакція протікає при температурі 250-350°С При цьому утилізація тепла відпрацьованих газів автомобільного двигуна, що застосовуються як гріючий теплоносій, дозволяє підвищити на 12% теплоту згоряння початкового палива [див Finegold J , Me Kinnon T , Karpuk M Dissociated methanol as a consumable hidnde for automobiles and gas turbines// "Hydrogen Progr Energy Progr 4 Proc World Hydrogen Energy Conf, Pasadena, Calif, 13 17 June, 1982, Vol 3" Oxford e a ,1982] Недоліком способу є відносно висока температура протікання реакції, що дозволяє його використовувати тільки на режимах роботи двигуна, близьких до номінального Відомо спосіб конверсії метанолу у газ, що містить водень Fmegold J , Me Kinnon T, Karpuk M Dissociated methanol as a consumable hidnde for automobiles and gas turbines//" Hydrogen Progr Energy Progr 4 Proc World Hydrogen Energy Conf, Pasadena, Calif, 13-17 June, 1982, Vol 3" Oxford e a ,1982], при якому метанол піддають каталггичній паровій конверсії з попередньо перемішаною або ціркуляційною водою з використанням тепла відпрацьованих газів двигуна, енергія яких рекуперується та повертається в двигун з паливом з присутністю у складі продуктів конверсії метанолу поряд з воднем чадного газу, обраний за прототип СНзОН + Н2О -н. СО2 + ЗН2 - QT Склад газів, що покидають установку конверсії ю о ю 45054 залежить від часу контакту з каталізатором, температури тиску і концентрації води у метанолі Реакція парової конверсії протікає при більш низькій температурі (=200°С), що дозволяє повніше регенерувати тепло відпрацьованих газів двигуна, особливо при русі автомобіля на часткових навантаженнях, коли температура відпрацьованих газів низька Підвищення теплоти згоряння внаслідок парової конверсії метанолу дорівнює 8% від теплоти згоряння початкового палива Недоліком даного способу є наявність в продуктах конверсії чадного газу, що знижує теплоту згоряння продуктів конверсії, а також коефіцієнт наповнення двигуна В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу конверсії метанолу шляхом того, що в залежності від режиму роботи двигуна і витрат та температури відпрацьованих газів метанол спрямовують у секцію парової або (та) каталггичноі конверсії теплообмінного апарату При поданні метанолу в секцію парової конверсії теплообмінного апарату, туди ж подають воду з розширювального бака, що дозволяє повніше регенерувати тепло відпрацьованих газів двигуна Втрата води через секцію парової конверсії регулюють в залежності від режиму роботи двигуна Таким чином спосіб дозволяє, використовуючи комбінований теплообмінний апарат, утилізувати тепло відпрацьованих газів двигуна як на холостому ходу і часткових навантаженнях (у секції парової конверсії), такі на режимах близьких до номінального (у секції каталггичної конверсії) Поставлена задача досягається тим, що в способі конверсії метанолу при якому метанол піддають каталггичній паровій конверсії з попередньо перемішаною або ціркуляційною водою з використанням тепла відпрацьованих газів двигуна, енергія яких рекуперується та повертається в двигун з паливом з присутністю у складі продуктів конверсії метанолу поряд з воднем чадного газу, згідно винаходу, в залежності від режиму роботи двигуна та втрат і температури відпрацьованих газів, метанол спрямовується до секції парової або (та) каталітичної конверсії теплообмінного апарата Відома система конверсії палива, обрана за прототип, яка містить бак з метанолом, насос, випаровувач метанолу, накопичувач продуктів конверсії метанолу та теплообмінний апарат, що містять перший реактор процесу каталітичного риформінгу з водяною парою і другий - каталггичний реактор з повітряною конверсією Другий реактор розташований всередині першого, через нього проходять продукта конверсії, які частково прореагувати у першому реакторі В системі можна проводити риформінг рідких вуглеводнів, метану, або парової легкої нафтової фракції у присутності водяної пари та повітря [див патент Франції №2024931, МПК С 10 g 35/00, від 26 12 1969], та володіє усіма притаманними їй властивостями - відсутністю рухомих механічних частин, малим гідравлічним опором, нечутливістю до температурних перепадів Конструктивно він виконаний у вигляді циліндричної камери з радіальним каналом підводу постачального потоку, тангенційним каналом управління та вихідним циліндричним патрубком, розта шованим СПІВВІСНО з вихрьовою камерою на одній з торцевих кришок Клапан працює таким чином При відсутності керуючого сигналу потік живлення з малим опором проходить крізь живильний патрубок та вихрьову камеру у вихідний патрубок Подача сигналу керування призводить до закрутки потоку у вихрьової камері та створенню в ній перепаду тиску, що зменшує у заданому відношенні потік живлення до повного його перекриття Технічна суть і принцип дії запропонованої системи пояснюється кресленням, де зображено систему конверсії метанолу Система конверсії метанолу для реалізації запропонованого способу містить метанольннй бак 1, розширювальний бачок з водою 2, насоси 3 та 4, випаровувач метанолу 5 та підігрівам води 6, теплообмінний апарат 7 з секцією каталггичної конверсії 8 та з секцією парової конверсії 9, накопичувач 10 продуктів конверсії метанолу, два вихрьові клапани 11, датчик температури з пристроєм управління 12, електромагнггні клапани 13, двигун внутрішнього згоряння 14 Спосіб здійснюється таким чином Метанол з баку 1 насосом 3 нагнггається у випаровувач 5, звідки поступає у теплообмінний апарат 7 В залежності від режиму роботи двигуна 14 метанол подається в секцію парової конверсії 9 або (та) секцію каталггичної конверсії 8 Продукти каталггичної конверсії з теплообмінною апарату 7 поступають в накопичувач 10, звідки використовуються при запуску двигуна 14 та на холостому ході Продукти парової конверсії безпосередньо з теплообмінного апарату 7 спрямовуються на впуск до двигуна Витрати метанолу через обидві секції конверсії теплообмінного апарату 7 регулюються двома вихрьовими клапанами 11 Дроселюючий ефект досягається шляхом подання води у керуючі канали вихрьових клапанів 11 з баку з водою 2 за допомогою насоса 4 при підігріві води відпрацьованими газами двигуна 14 у нагрівачі 6 Пристрій управління 12 формує керуючий вплив в залежності від температури каталізатора, у ВІДПОВІДНОСТІ з яким обома вихрьовими клапанами 11 встановлюється потрібне співвідношення витрат випареного метанолу та присадки к ньому води через секції теплообмінного апарату 7 При цьому вихрьові клапани 11 відіграють також і роль діспергатору води у початковому метанолі При підігріві каталізатора до оптимальної температури пронесу каталітичної конверсії пристрій управління 12 вимикає подачу води до секцій теплообмінного апарату 7 шляхом подачі сигналу на електромагніт клапани 13 При цьому одна частина випареного метанолу поступає до секції каталітичної конверсії 8, а друга - до секції парової конверсії 9, причому остання відіграє роль додаткового випаровувача Співвідношення витрат метанолу через секції визначається їх гідравлічним опором разом з вихрьовими клапанами Випаровувач метанолу 5, теплообмінний апарат 7 та нагрівач 6 нагріваються теплом відпрацьованих газів двигуна 14 Продукти конверсії метанолу подаються на впуск двигуна 14 В таблиці наведеш різні фази роботи запропо 5 45054 6 нованої системи конверсії метанолу в залежності від режиму роботи двигуна Таблиця Режим двигуна роботи Секція парової конСекція каталітичної версії конверсії Запуск та хоНе працює Працює лостий ХІД Часткові наванПрацює на 25% заПрацює на 75% затаження гальних витрат метаногальних витрат метанолу лу Працює на 50% заПрацює на 50% загальних витрат метаногальних витрат метанолу лу до моменту наповнення накопичувана Не працює (накопиМетанол проходить чувач повний) без води, додатково перегріваючись Запропонований спосіб та система конверсії метанолу забезпечує в порівнянні з прототипом наступні переваги дозволяє в залежності від режиму роботи двигуна та температури відпрацьованих газів скористатися одним із способів конверсії метанолу - па Двигун працює на Продуктах конверсії метанолу (ПКМ) з накопичувача ПКМ з секції парової конверсії, ПКМ з каталітичної конверсії направляються до нако-пичувача ПКМ з секції парової конверсії або на випареному метанолі випареному метанолі рової або каталітичної у присутності води Наявність вихрьових клапанів дозволяє здійснити аналогове регулювання, як витрат початкового метанолу, через одну із секцій, так і співвідношень присадки води до метанолу ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90