2019-10-14 16:19
随着经济的飞速发展，我国已经成为世界能源 消耗第一大国，其中以汽车燃油排放所占比例尤为明显，因此，由交通能耗引起的造成局部环境污染与全球温室气体排放已受到了政府及企业的极大关 注，发展一种清洁可再生的新型替代能源当务之急。 经相关部门研究表明，以生物-醇类作为发动机的 燃料，既可以大幅度降低 CO、HC 以及氮氧化合物的 排量。同时，将车载醇水液制取富氢气体作为发动机燃料能够快速与空气实现均匀混合，与石油相比，点火温度更低，燃烧产物无固体颗粒，火焰传播速度更 快，气体燃烧更完全等特点。在石油安全与环境压 力日益加重的情况下，发展以氢气作为内燃机燃料 的新能源动力系统是大势所趋。本文旨在充分开发 利用广西地区酒精及沼气资源，就如何将酒精和沼气资源应用在汽车发动机上进行了研究。
醇类制取富氢气体
与化石能转化、电解水等传统的制氢方式相比， 生物质原料制取富氢气体的新工艺具有更环保且资 源可再生的优点。目前，常用醇类裂解制氢气主要使用的有甲醇和乙醇，然而目前甲醇的主要来源是以 天然气为原料来制取，从某种意义上说不属于可再 生能源。相反，乙醇却可以通过生物质能源大量获 取，充分发挥了广西地区的自然资源。1991 年，E.Y. Garica 提出了乙醇裂解制取氢气，并进行了热力学分 析。1996 年，K.Vaudeville 和 S.Fern 等验证了乙醇制取氢气以及氢气供应燃料电池的北京中惠普气体发生器氢气制备利用方式是完全可行的。
1.1 生物乙醇裂解制氢气条件
催化剂的选择对乙醇裂解制取富氢气体的转换 率起着关键性的作用，在不同的催化剂作用下，乙醇 裂解的反应速度、反应途径皆有所不同。目前，在乙 醇裂解制取富氢气体的反应中，通常选用两类催化 剂：金属氧化物催化剂或金属氧化物搭载的金属催。
1.2 醇水液裂解制氢反应中电流的释放
分别表示了醇水液在通电的情况 下，电流对乙醇转换率的影响和氢气选择性的影响。 由图（a）所示，不同的曲线分别表示了在不同温 度下，电流对醇水液的转化率。在不对醇水液通入电 流时，随着温度的降低，醇水液的转化率大幅下降。 浙江能源公司所设计的发动机余热温度在 523 ~ 823 K 之间，为了能在较低温度下，提高醇水液的转化率，本文作者采取在反应装置中增设了电极输 入催化电流以促进醇水液的裂解反应。
车载醇水液裂解制取气体燃料实车试验
浙江某能源公司实验车辆上分别装载燃烧汽 油和醇水混合液为例进行分析，在大气压力在 101.3 kPa，环境温度为（298±1）K，相对湿度 50% ~ 66% RH，分别检测了在（760±100）r/min 和（2500±100） r/min 时，两种燃料的对比试验，以富氢气体为燃料的 车辆的 CO、HC、NOX 的排放浓度均有大幅降低，其中，氮氧化合物的排放基本为零，具体检测数据如表 2. 该企业在不改变以汽油为燃料的发动机结构的情 况下，通过加装中惠普氢气发生器、减压阀、ECU 连接器、气体分配器等 装置，使醇水液产生的富氢气体直接输入到汽车发 动机。同时，考虑到瞬态工况和热机等情况，在以醇 水液制取富氢气体汽车后备箱加载了氢气瓶。
结论
本文研究了在低温情况下，催化醇类制取富氢 气体的催化剂，确定了用醇水反应装置中加装电极 催化电流来提高醇水裂解的转换率和生成气体中氢 气的选择率。最后，与浙江某能源公司合作并进行富 氢气体燃料实验，得到了车辆的一氧化碳、碳氢化合 物和一氧化氮的排放浓度均有大幅降低，使环境得到了有效保护。