关键词：燃料重整；制氢；应用；研究现状；展望
第二次工业革命之后，全球进入经济快速发展阶段，尤其各类大型动力机械的引入和使用，从根本上改变了人们的传统生产模式，提高生产效率和生产质量的同时，对于各类化石能源的供应，提出了更高的要求。另一方面，由于化石燃料的大量开发和使用，能源枯竭问题、环境污染问题已经成为世界各国不可忽视的重要问题，因此加强新型安全、高效、清洁替代能源的研究和应用，具有重要的现实意义。氢能源是一种安全、高效的新型清洁能源，且具有可再生性、广泛存在性、环保性等优势，是目前发展前景最广的车载燃料替代物，适用于传统内燃机、新型燃料电池等多种环境。但由于整体技术尚未完善、成本偏高、技术应用不方便等因素限制，氢能源的实际应用仍以传统燃料混氢为主。本文即围绕燃料重整制氢，就其研究现状和未来展望，进行了分析和探讨，具体内容如下：
一、氢能源的应用特点分析
（一）氢能源的主要优点分析
与其他常规性发动机燃料相比，氢能源在单位质量燃烧热值、火焰传播速度、扩散系数以及着火界限等方面有着明显的优势，其优点具体表现如下：一，可燃浓度范围广泛。空气条件下，氢能源的燃烧浓度范围为4.0%~75.0%。同等条件下，天然气和汽油的燃烧浓度范围分别是5.3%~15.0%和1.0%~7.6%。由此可见氢能源的可燃烧浓度范围十分广泛，将其与传统燃料混合制成混合燃料，可实现燃料的稀薄燃烧，降低最高燃烧温度，提高整个过程的经济性，同时有利于有害气体的减少和控制；二，具有较低的最小点火能量。与天然气、汽油等常规性燃料相比，氢能源的最小点火能量要小的多，仅有0.02MJ。因此，使用加氢的混合燃料几乎不会在发动机启动过程中出现失火问题，燃料整体的启动性能良好；三，具有较高的自燃温度。氢能源对应的自燃温度也要高于天然气、汽油等常规燃料。自燃温度高，有利于氢能源压缩比的提高，可以使混氢发动机获得更高的热效率；四，具有快速的火焰传播速度。从微观的角度分析，氢气的燃烧反应是链式进行的，其火焰传播速度可达2.9m/s左右，近乎是汽油燃料的8倍，有效提高了热力循环的等容度，缩短了燃烧持续期。同时，火焰燃烧速度快更有利于在止点后释放燃料热量，从而提高热效率；五，具有较低的沸点。一般情况下，氢气以气态的形式存在，应用于发动机，可有效提高发动机的启动性能，尤其在交通拥挤环境下，更契合发动机频繁启动的使用需求；六，氢能源的点火推迟低、着火温度较高，且具有较快的火焰传播速度和较高的辛烷值，这就可以保障氢能源在使用过程中，不会出现汽油等常规燃料的“爆震”现象。
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（二）氢能源的主要缺点分析
除以上优点外，氢能源还具有以下几点缺点：一，由于氢能源的点火能量较小、着火范围较为广泛，其在实际应用过程中，较容易发生早燃现象，同时在混合燃料使用过程中，由于氢能源的火焰速度要快于其他组分的传播速度，可能会对发动机的正常运行造成破坏；二，如使用混合气体在外部形成的氢燃料内燃机，随着混凝气体浓度的增加，还容易出现回火现象，并在进气管内产生强烈噪声，甚至损坏发动机；三，在发动机运行过程中，由于氢能源对应的火焰传播速度快，如燃烧的结束时间过早，还可能造成突然停车的问题；四，氢气在实际应用过程中需转化成液氢进行储存，同时液氢对于储存容器的安全性和绝热性，有着极高且严苛的要求，如不能科学解决液氢气化过程中的能源损失问题和安全问题，就无法真正实现氢能源的应用和推广。
二、国内外关于车载燃料重整制氢的研究发展分析
目前，国内外关于燃料重整技术的研究，大多集中在燃料电池的研究方面，具体来说，就是通过部分氧化、蒸汽重整、催化裂解技术以及自供热重整技术，将乙醇、天然气、汽油、生物质、柴油等燃料进行重整，进而产生富氢混合气体或氢气作为燃烧电池新型燃料的研究。
国外学者Jong-Soo Park、Shin-Kun Ryia等人，针对天然气重整制氢技术进行研究，其研究结果表明，在800.0℃~1000.0℃温度条件下，2.8~3.1bar压力条件下，以及GHSVC100700h-1S/C条件下，氢气的产率会随着反映温度的上升而增加；国外学者Jennifer C.和David A.等人则针对乙醇重整制氢进行了探究。其在研究过程中，选用压缩比为14:1的但刚发动机，对氢气、一氧化碳以及甲烷混合气体在相同重整器条件下的输出情况进行了模拟，并证明了再冷EGR率处于30.0%~36.0%区间内时，乙醇重整可以达到较为稳定的燃烧状态。
国内学者郭瓦力、王欢等人就Co-Fe/硅胶催化剂和Co/硅胶催化剂在乙醇部分氧化制氢反应中的催化剂活性进行了对比分析。相关研究结果表明，液空速、氧醇比、炉膛温度以及水醇比会对反应造成直接影响，同时经过二段重整制氢，一氧化碳含量明显降低，氢气含量有所提高；Hongming Xu等人的研究结果表明，碳氢燃料重整产生的CO和H2，可进一步提高燃料活性，并降低缸内工质的自然温度。
三、关于燃料重整制氢技术的未来展望分析
由以上分析可知，氢能源是一种高效、安全的清洁能源，并且与常规能源相比，在诸多燃烧性能方面存在着优势，具体包括可燃烧范围、火焰传播速度、着火点等等。同时，燃料重整制氢技术更好地解决了既有车载燃料使用过程中的一些问题，如能源危机问题、环境污染问题等等，在技术层面具有良好的可行性和发展潜力。因此，在未来的能源领域，氢能源必然会受到越来越广泛的重视和关注，车载重整制氢技术也将越来越完善和成熟，并在汽车车载燃料中得到更加深入的应用，进而解决世界各国目前面临的能源紧张和环境污染问题，促进世界经济的进一步发展。
结语：
综上所述，燃料重整制氢技术目前尚未发展成熟，但从技术应用和发展的角度分析，其具有良好的可行性和广阔的发展前景，必然会在未来的车载能源领域，获得广泛的应用，并成为内燃机的一个主要研究趋势。
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论文作者:陈改利
论文发表刊物:《科技新时代》2017年12期
论文发表时间:2018/1/29
标签：燃料论文; 能源论文; 制氢论文; 氢气论文; 发动机论文; 过程中论文; 技术论文; 《科技新时代》2017年12期论文;