1．目的及意义

1.1 目的及意义

进入21世纪，能源和环境问题是人类面临的两大难题。近些年来，随着经济全球化进程以及先进科技的发展，世界各国汽车保有量迅速增长，解决能源和环境问题更是显得刻不容缓。化石燃料已然不能满足现代社会发展的主流，所以人们纷纷将目光投向代用燃料^[1]。乙醇作为发动机代用燃料受到广泛关注。乙醇的来源广泛，属于可再生燃料，且燃烧过程中所排放的二氧化碳和作为生产乙醇原料的植物生长过程中所吸收的二氧化碳理论上持平，实现了二氧化碳的闭环循环，有利于减少大气污染及抑制“温室效应”^[2]。

目前，乙醇应用的技术途径主要有：乙醇汽油、直接乙醇燃料电池、含水乙醇重整等。现阶段技术最为成熟的是乙醇汽油，在国内外已经应用多年。乙醇汽油是指在汽油中添加一定量的高纯度乙醇形成的代用燃料。与汽油相比，乙醇汽油的含氧量高、辛烷值高，可以减少积炭形成，降低排放，提高抗爆性。但现有汽车保有量大，直接燃用乙醇汽油乙醇的含量不能高于10%，代替率低；若燃烧乙醇含量高的乙醇汽油需要对发动机进行较大的结构改造，且有资料研究显示，燃用高乙醇含量的乙醇汽油会导致发动机排放大量醛类等致癌物质，需要安装专用的尾气处理装置。直接乙醇燃料电池是一种可直接利用乙醇的水溶液作燃料的低温型质子交换膜燃料电池。乙醇在阳极发生电催化氧化反应转换成CO₂和水，该过程释放电子和质子，质子透过电解质在阴极与氧发生反应生成水。而电子经过外电路上的负载到达阴极，将化学能转化成电能。

含水乙醇重整燃料发动机技术是利用发动机余热将含水乙醇在线进行重整，得到富氢混合气，并供给发动机燃烧做功。与汽油相比，氢气的着火范围宽、点火能量低、着火温度高、火焰传播速度快。因此，发动机燃烧富氢混合气具有以下优点：①着火范围宽可以使发动机很容易的启动并稳定的燃烧；②点火能量低可以确保发动机在稀薄状态下被点燃并及时燃烧；③点火温度高从而可以适应更高的压缩比，发动机热效率提高；④火焰传播速度快可以使燃烧过程更接近理论过程。在内燃机中使用含水乙醇重整得到的富氢混合气燃料可实现大部分工况下的稀薄燃烧，从而降低氮氧化物的排放^[3]。

重整器是含水乙醇发生重整反应的场所，是含水乙醇重整燃料发动机的重要装置之一。重整器内部分为蒸发段和反应段，含水乙醇进入重整器后先蒸发变成乙醇蒸汽和水蒸气，然后进入反应段在催化剂的催化作用下发生重整反应，得到富氢混合气，通过管路输送到发动机气缸内。

重整器结构和性能直接决定了含水乙醇重整后气体的组成成分及其占比，从而影响发动机的性能。因此，对重整器的结构及其性能进行研究具有重要意义。

1.2 国内外研究现状

目前，相关领域基于乙醇重整制氢及重整反应催化剂的研究较多，对于含水乙醇重整器，尤其是发动机用含水乙醇重整器的研究报道较少。

李格升等^[3]通过在化油器式的汽油机上加装一套含水酒精蒸发反应系统将其改造成含水酒精重整燃料发动机。通过试验分析得出以下结论：含水酒精经过催化重整可得到富氢混合气；含水酒精重整燃料可大幅降低发动机NO_x排放；对发动机的燃料实行“质、量调节”，可在大部分工况下实现稀薄燃烧。