臺灣博碩士論文加值系統

本研究是將引擎所排放的排氣廢熱，用於提供重組器做水蒸氣重組(Steam Reforming, SR)時的所需能量，不需要外部加熱便可以進行重組。整體的實驗可分成引擎實驗及重組實驗及合併探討三個部分，探討各個操作條件下，引擎的排氣廢熱對重組的影響。
主要研究系統是由引擎系統、重組系統、量測系統及分析系統所組成。實驗的操作參數包含了引擎的操作參數及重組的操作參數，在引擎實驗的操作參數有引擎轉速2000 rpm~4000 rpm間格500 rpm時，搭配油門開度20%、30%及40%，再重組的操作參數主要是在引擎轉速2000 rpm、2500 rpm及3000 rpm配合油門開度20 %時，進行的重組實驗，重組時的參數主要為S/C:1.2及1.4搭配重組溫度240 ℃~300 ℃間格20 ℃的情況下進行。
實驗的結果，引擎實驗的部分排氣溫度的範圍介於 495 ℃~663 ℃之間，廢熱流率介於11.95 kW~42.6 kW間。重組的實驗H2的產出莫爾流率介於0.58 mol/min~1.34 mol/min，產出的量12.94 L/min~29.73 L/min，最高產率(Yield)為 84.42 %，重組熱效率最高則可達117.9 %。合併探討後的結果引擎的總廢熱流率最高可以產出的熱值為3.42 kW ~7.29 kW。經計算後可知氫氣的質量百分比與能量百分比，兩者分別介於1.37 %~3.49 %及4.01 %~9.8 %之間

This study adopted steam reforming method with engine exhaust heat for hydrogen-rich syngas production. The experiments can be divided into engine experiments, reforming experiments and the combination of these two experiments. In the experiments, various operating conditions and parameters on the reforming with engine exhaust heat were investigated.
The main experimental construction is composed of the engine system, reforming system, measurement system and analyzing system. The engine tests were conducted under the engine speeds of 2000 rpm ~ 4000 rpm with step of 500 rpm; and the throttle openings of 20 %, 30 % and 40 %. The reforming processes were performed in the engine speeds of 2000 rpm, 2500 rpm and 3000 rpm with the throttle opening of 20%. The reforming were carried out under the parameters of S/C = 1.2 and 1.4, and the reforming temperatures of 240 oC ~ 300 oC with the step of 20 oC.
Concerning the experimental results, in the part of engine tests showed that the engine exhaust temperatures were between 495 oC ~ 663 oC and the equivalent exhaust heat flow rate ranged between 11.95 kW ~ 42.6 kW. The molar flow rate of H2 generation by reforming was between 0.58 mol/min ~ 1.34 mol/min; the volumetric flow rate was between 12.94 L/min ~ 29.73 L/min; and the highest yield was 84.42 %, reforming thermal efficiency as high as 117.9 %. A final analysis, by using the waste heat of engine in the tested range, the heating values of the produced reformate gases were between 3.42 kW ~ 7.29 kW. The equivalent Hydrogen Mass Percent, HMP and Hydrogen Energy Percent, HEP of hydrogen energy for the engine were between 1.37 % ~ 3.49 % and 4.01 % ~ 9.8 %, respectively.

頁數
中文摘要 -------------------------------------------------------------------- i
英文摘要 -------------------------------------------------------------------- iii
目錄 -------------------------------------------------------------------- v
表目錄 -------------------------------------------------------------------- viii
圖目錄 -------------------------------------------------------------------- ix
符號說明 -------------------------------------------------------------------- xi
一、 緒論-------------------------------------------------------------- 1
1.1 前言-------------------------------------------------------------- 1
1.2 國內外文獻回顧----------------------------------------------- 2
1.2.1 引擎廢熱回收的國內外文獻回顧-------------------------- 2
1.2.2 引擎添加氫氣的國外文獻回顧----------------------------- 3
1.2.3 重組產氫的國外文獻回顧----------------------------------- 4
1.2.4 實驗室的國內外文獻回顧----------------------------------- 5
1.3 研究動機與目的----------------------------------------------- 7
二、 實驗理論基礎-------------------------------------------------- 9
2.1 汽油引擎汙染排放-------------------------------------------- 9
2.1.1 氮氧化物(NOX)------------------------------------------------ 10
2.1.2 一氧化碳(CO)-------------------------------------------------- 10
2.1.3 碳氫化合物(HC) ---------------------------------------------- 11
2.2 氫氣的特性與應用-------------------------------------------- 11
2.2.1 產氫的方式----------------------------------------------------- 12
2.3 重組產氫的方式----------------------------------------------- 14
2.4 甲醇的來源與應用-------------------------------------------- 17
2.5 觸媒的基本原理----------------------------------------------- 18
2.6 相關計算-------------------------------------------------------- 18
2.6.1 引擎汙染排放的莫爾流率計算----------------------------- 18
2.6.2 流經重組器的排氣流率計算-------------------------------- 19
2.6.3 排氣廢熱流率計算-------------------------------------------- 20
2.6.4 相關計算-------------------------------------------------------- 22
三、 實驗設備與方法----------------------------------------------- 24
3.1 實驗流程-------------------------------------------------------- 24
3.2 實驗設備介紹-------------------------------------------------- 25
3.3 重組系統-------------------------------------------------------- 26
3.3.1 重組器本體----------------------------------------------------- 26
3.3.2 排氣旁通管加工配置----------------------------------------- 27
3.4 引擎控制系統-------------------------------------------------- 30
3.4.1 實驗引擎-------------------------------------------------------- 31
3.4.2 引擎動力計----------------------------------------------------- 32
3.4.3 燃油消耗計----------------------------------------------------- 34
3.5 重組燃料供應系統-------------------------------------------- 35
3.5.1 重組進料系統-------------------------------------------------- 35
3.5.2 重組燃料調配-------------------------------------------------- 37
3.6 量測系統-------------------------------------------------------- 40
3.6.1 引擎排氣量測-------------------------------------------------- 41
3.6.2 重組氣體量測-------------------------------------------------- 41
3.6.2.1 氣相層析儀----------------------------------------------------- 44
3.6.3 溫度擷取系統-------------------------------------------------- 46
3.7 實驗方法及步驟----------------------------------------------- 48
3.7.1 分析儀器的校正----------------------------------------------- 49
3.7.1.1 廢氣分析儀校正----------------------------------------------- 49
3.7.1.2 氣相層析儀檢量線製作-------------------------------------- 51
3.7.2 實驗步驟-------------------------------------------------------- 53
四、 結果與討論----------------------------------------------------- 55
4.1 引擎實驗基礎數據的結果與討論-------------------------- 55
4.1.1 引擎基礎量測數據-------------------------------------------- 55
4.1.2 引擎的廢熱流率探討----------------------------------------- 57
4.1.3 排氣廢熱百分比----------------------------------------------- 62
4.2 重組實驗基礎數據結果與討論----------------------------- 63
4.2.1 不同操作條件下，重組效能的探討----------------------- 63
4.2.2 重組時的轉化效率以及重組產出物的形成焓----------- 69
4.2.3 重組熱效率----------------------------------------------------- 71
4.3 引擎排氣廢熱對於重組的影響----------------------------- 72
4.3.1 不同操作條件下，單位廢熱對重組的影響進行探討-- 72
4.3.2 不同操作條件下，引擎總廢熱對重組的影響進行探討 75
4.4 氫氣的質量與能量百分比----------------------------------- 78
五、 結論及未來展望----------------------------------------------- 81
5.1 引擎實驗結論-------------------------------------------------- 81
5.2 重組實驗結論-------------------------------------------------- 81
5.3 合併探討-------------------------------------------------------- 82
5.4 未來展望-------------------------------------------------------- 83
參考文獻 -------------------------------------------------------------------- 84

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