技术领域本发明涉及无害能源研发技术领域，具体为一种随产随加、可随车制氢、随车使用的乙醇水系统重整制氢方法。
背景技术：
煤炭、石油、天然气是大自然馈赠给人类的优质能源，人们今天发电、照明、食品加工、交通出行、许多工业产品的生产，无不依赖煤炭、石油、天然气，但据估算，全世界石油储量约为1500亿吨；天然气储量约为150亿立方米；按照全球石油消耗量2%/年增长；天然气消耗量5%/年增长，全球石油将在2032年耗尽，天然气将在2028年耗尽。面对着这样的情况，为应对日益短缺的石油危机，世界各国正加紧新能源汽车的研制和生产，例如燃料乙醇的消费增长也在提速。中国燃料乙醇产业起步较晚，但发展迅速，燃料乙醇在中国具有广阔前景。随着国内石油需求的进一步提高，以乙醇等替代能源为代表的能源供应多元化战略已成为中国能源政策的一个方向。中国已成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和应用国。国家发改委出台《关于促进玉米深加工业健康发展的指导意见》，要求不再建设新的以玉米为主要原料的燃料乙醇项目，并大力鼓励发展以非粮作物为原料开发燃料乙醇。燃料乙醇走向了非粮乙醇发展的道路，并得到了快速发展。燃料乙醇拥有清洁、可再生等特点，可以降低汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放。未来我国燃料乙醇行业的重点是降低生产成本、减少政府补贴，为此，制定生物燃料乙醇生产过程的消耗控制规范，及产品质量技术标准，统一燃料乙醇生产消耗定额标准，包括物耗、水耗、能耗等，是降本增效的有力手段。作为汽油添加剂，可提高汽油的辛烷值。通常车用汽油的辛烷值一般要求为90或93，乙醇的辛烷值可达到111，所以向汽油中加入燃料乙醇可大大提高汽油的辛烷值，且乙醇对烷烃类汽油组分（烷基化油、轻石脑油）辛烷值调合效应好于烯烃类汽油组分（催化裂化汽油）和芳烃类汽油组分（催化重整汽油），添加乙醇还可以较为有效地提高汽油的抗爆性。乙醇的氧含量高达34.7%，乙醇可以按较甲基叔丁基醚（MTBE）更少的添加量加入汽油中。汽油中添加7.7%乙醇，氧含量达到2.7%；如添加10%乙醇，氧含量可以达到3.5%，所以加入乙醇可帮助汽油完全燃烧，以减少对大气的污染。使用燃料乙醇取代四乙基铅作为汽油添加剂，可消除空气中铅的污染；取代MTBE，可避免对地下水和空气的污染。另外，除了提高汽油的辛烷值和含氧量，乙醇还能改善汽车尾气的质量，减轻污染。一般当汽油中的乙醇的添加量不超过15%时，对车辆的行驶性没有明显影响，但尾气中碳氢化合物、NOx和CO的含量明显降低。美国汽车/油料（AQIRP）的研究报告表明：使用含6%乙醇的加州新配方汽油，与常规汽油相比，HC排放可降低5%，CO排放减少21-28%，NOx排放减少7-16%，有毒气体排放降低9-32%。燃料乙醇，一般是指体积浓度达到99.5%以上的无水乙醇。燃料乙醇是燃烧清洁的高辛烷值燃料，是可再生能源。乙醇不仅是优良的燃料，它还是优良的燃油品改善剂。其优良特性表现为：乙醇是燃油的增氧剂，使汽油增加内氧，充分燃烧，达到节能和环保的目的；乙醇还可以经济有效的降低芳烃、烯烃含量，即降低炼油厂的改造费用，达到新汽油标准。乙醇燃烧的化学反应式如下：C2H6O+3O2---2CO2+3H2O上述反应看出，乙醇燃烧是生成水的化学反应，当乙醇含水的时候，水的蒸发是需要吸收大量热的，所以，无水乙醇在汽缸的燃烧获得的热值较高，当乙醇的水含量达到20%以上时，汽缸的效率大大降低，汽缸会产生曝气现象，动力性能不足，无法真正代替汽油使汽车奔跑。但是由于目前制备无水乙醇成本很高，全部使用无水乙醇作为汽车燃料是很难的，所以目前大多数的研究是在汽油中加入含量90%的燃料乙醇进行掺和使用。如果乙醇含水量较高，反应需要经过加热和催化剂存在下才能进行。而研究的催化剂一般是钯、镍、钨加入稀土的贵重金属为主要成分。例如中国专利：一种贫燃型车用发动机排气催化净化方法，申请号：CN03140511.8申请日：2003.05.27公开(公告)号：CN1454702A公开(公告)日：2003.11.12申请(专利权)人：清华大学给出了一种贫燃型车用发动机排气催化净化方法，属于汽车排气催化净化技术领域。其目的在于提供一种与贫燃型车用发动机相适宜的，在较宽的温度范围内能高效还原排气中的NOx，并可将HC和CO高效氧化的具有实用化的方法。上述发明所述方法包括如下步骤：首先向排气管中喷入甲醇或乙醇，使之与发动机排气充分均匀混合；然后，让混合气体依次通过装载负载型过渡金属氧化物催化剂的前级催化反应床和装载负载型贵金属催化剂的后级催化反应床，实现NOx、HC和CO的高效净化，最终排出达标气体。上述发明能显著拓宽NOx还原的活性温度范围，提高NOx转化率，并在较低反应温度下高效氧化HC和CO。另一份中国专利：一种氢能发动机系统发明专利，申请号：CN201310210572.8，申请日：2013.05.31公开(公告)号：CN103352777A公开(公告)日：2013.10.16申请(专利权)人：广西地凯科技有限公司，摘要：一种氢能发动机系统，是用醇裂解制出富氢气体作燃料的低碳发动机系统，包括燃料储罐和燃料输送装置、燃料加热气化和裂解装置、富氢气体压缩机和尾气排出管，其中燃料储罐先接燃料输送装置，再接到燃料加热气化和裂解装置，然后经富氢气体压缩机后输入汽车发动机做功；所述的燃料加热气化和裂解装置安装在尾气排出装置构成的高温室中；本系统对原使用汽油燃料的汽车改动很少，并保持了原车使用汽油为燃料的功能，其动力性能不变。当发动机冷车启动、在行驶中无醇供应或蓄电瓶电力不足时，仍可使用普通汽油开动车辆，或为裂解器升温达到催化重整制氢所必须的热量和温度，具有良好的开发前景。近年来关于采用非金属催化剂（生物催化剂）也开始出现，例如中国专利：用于石油类燃料油改质改良作用的生物催化剂的配方及其制作方法，申请号：CN200810068307.X申请日：2008.07.04公开(公告)号：CN101412921A公开(公告)日：2009.04.22申请(专利权)人：苏悟敏，一种用于石油类燃料油改质改良作用的生物催化剂的配方及其制作方法。其主要成份为：1.植物油脂；2.甲醇；3.生物乙醇；4.假丝酵母脂肪酶；5.辣根过氧化物酶；6.过氧化氢酶；7.聚乙二醇1000～5000(简称：PEG)；8.单甲氧基聚乙二醇5000～10000；(简称：MPEG)。其生产工艺步骤以及原料使用数量比例如下(按照一次性生产1000公升用于石油类燃料油改质改良作用的生物催化剂产品举例)：1.第一步：使用“生物发生器”设备，生产“脂肪酸甲酯或乙酯”；2.第二步：取10～12克过氧化氢酶粉剂与5克单甲氧基聚乙二醇5000粉剂加10毫升纯蒸溜水混合制备；静置30分钟。3.第三步：取12～15克辣根过氧化物酶粉剂与8克单甲氧基聚乙二醇5000粉剂加12毫升纯蒸溜水混合制备；静置30分钟。4.第四步：将过氧化氢酶制剂和辣根过氧化物酶制剂分先后次序，混合在脂肪酸单酯有机溶液内，静置60分钟。5.按200公升/桶装，待用。可见，实现乙醇作为发动机燃料已经成为替代汽油的重要手段，但是，如何将含水量较高的乙醇作为发动机燃料，还是一个有难度的课题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种含水重量在20-45%的乙醇重整制氢，实现随产随加、可随车制氢、随车使用，乙醇水系统瞬间产氢代替汽油燃烧驱动汽车行驶的方法。本发明是采用以下技术方案实现的：乙醇水系统车载重整制氢方法，是将重量含量55-80%的混合醇水溶液加入2-5%的生物活性催化剂，混合均匀以后加到安装了醇解富氢发动机的车载装置，在进入发动机汽缸前裂解催化成富氢气体，裂解温度为180-400℃，富氢气体在发动机负压状态下进入气缸燃烧，代替汽油作为汽车燃料提供动力。所述的混合醇水溶液是乙醇或甲醇的水溶液，或者是乙醇、甲醇的混合水溶液。所述的生物活性催化剂，由下列重量份数的原料制成：桑枝条提取物30-40份；杏树枝条提取物20-30份；灯芯草提取物10-25份。所述的桑枝条提取物、杏树枝条提取物和灯芯草提取物是将桑枝条、杏树枝条和灯芯草的水提取物、水和有机溶剂的二次提取物。以上所述的桑枝条的水提取物是将桑枝条切碎，加入枝条重量5-10重量的水煮沸2-4小时，过滤，滤渣再加入2-3倍重量的水煮沸1-2小时，合并两次滤液，浓缩至6O℃热测的相对密度为1.1，得到桑枝条提取物。所述的杏树枝条水提取物是杏树枝条切碎，加入枝条重量5-10重量的水煮沸2-4小时，过滤，滤渣再加入2-3倍重量的水煮沸1-2小时，合并两次滤液，浓缩至6O℃热测的相对密度为1.1，得到杏树枝条提取物。所述的灯芯草水提取物是灯芯草切碎，加入枝条重量5-10重量的水煮沸2-4小时，过滤，滤渣再加入2-3倍重量的水煮沸1-2小时，合并两次滤液，浓缩至6O℃热测的相对密度为1.1，得到灯芯草提取物。以上所述的桑枝条水和有机溶剂的二次提取物是将桑枝条切碎，先用有机溶剂提取1-2小时，分别取出液体和桑枝条渣，桑枝条渣加3-5倍的水煮沸1-2小时，合并有机溶剂提取液和水提液。杏树枝条有机溶剂的二次提取物是将杏树枝条切碎，先用有机溶剂提取1-2小时，分别取出液体和杏树枝条渣，杏树枝条渣加3-5倍的水煮沸1-2小时，合并有机溶剂提取液和水提液。灯芯草有机溶剂的二次提取物是将灯芯草切碎，先用有机溶剂提取1-2小时，分别取出液体和灯芯草渣，灯芯草渣加3-5倍的水煮沸1-2小时，合并有机溶剂提取液和水提液。所述的有机溶剂是甲醇、乙醇、乙醚、石油醚、苯、氯仿、乙酸乙酯和二氯乙烷。以上所述的醇解富氢发动机的车载装置包括发动机、发动机尾气排气管和燃料箱，燃料箱3中储放有醇和水的混合物，发动机尾气排气管上固定有加热管壳体，加热管壳体与发动机尾气排气管外壁之间形成换热腔室，换热腔室中设置有加热管，汽车电瓶的直流电经高压交流转换器给加热管和电磁加热线圈供电，电磁加热线圈绕在金属导磁管上；燃料箱通过管道与换热腔室相通连；将本发明的加有生物活性催化剂的醇溶液加到加装了上述装置，就可利用发动机气门余热，在缸外瞬间裂解催化成富氢气体，在发动机负压状态下进入气缸燃烧，从而达到代替汽油作为汽车燃料的目的。本发明的有益效果是：1、以乙醇为原料催化裂解制氢，具有氢能(醇氢燃料、富氢气体)生产技术优势（随产随加、可随车制氢、随车使用），解决了氢能制备困难、储存运输困难等难题。2、若采用非粮食生产乙醇，例如甜高粱、玉米杆、稻谷壳、甘蔗、糖蜜等生物质发酵生产乙醇，其燃烧所排放的CO2和作为原料的生物源生长所消耗的CO2，在数量上基本持平，这对减少大气污染及抑制温室效应意义重大。3、以乙醇为原料催化裂解制氢，替代汽车燃料能源和减少污染物、PM2.5排放，符合人类可持续发展的要求和全球能源替代的趋势。4、本发明所述的生物活性催化剂来源于植物提取物，原料丰富，提取过程简单。附图说明图1是本发明的乙醇水系统车载重整制氢方法实施装置结构示意图。图中：1、发动机；2、发动机尾气排气管；2-4换热腔室；3、燃料箱；4、加热管加热管；5、醇富氢气体发生器；6、储气箱；7、气体分配器；8、汽车电瓶；9、高压交流转换器；10、加热管；11、发电机；12、电子泵；13、金属导磁管；14电磁加热线圈。上述给出的汽车加装装置与本发明人被许可的一种氢能发动机系统（CN201310210572.8）的装置相似，所述的醇解富氢发动机的车载装置，包括发动机1、发动机尾气排气管2和燃料箱3，燃料箱3中储放有醇和水的混合物，发动机尾气排气管2上固定有加热管壳体4，加热管壳体4与发动机尾气排气管2外壁之间形成换热腔室2-4，换热腔室2-4中设置有加热管10，汽车电瓶8的直流电经高压交流转换器9给加热管10和电磁加热线圈14供电，电磁加热线圈绕在金属导磁管13上；燃料箱4通过管道与换热腔室2-4相通连。具体实施方式催化剂制备实施例1：本发明所述的生物活性催化剂，由下列重量份数的原料制成：桑枝条提取物30-40份；杏树枝条提取物20-30份；灯芯草提取物10-25份；所述的桑枝条提取物、杏树枝条提取物和灯芯草提取物是将桑枝条、杏树枝条和灯芯草的水提取物、水和有机溶剂的二次提取物。桑枝条的水提取物是将桑枝条切碎，加入枝条重量5-10重量的水煮沸2-4小时，过滤，滤渣再加入2-3倍重量的水煮沸1-2小时，合并两次滤液，浓缩至6O℃热测的相对密度为1.1，得到桑枝条提取物；杏树枝条水提取物是杏树枝条切碎，加入枝条重量5-10重量的水煮沸2-4小时，过滤，滤渣再加入2-3倍重量的水煮沸1-2小时，合并两次滤液，浓缩至6O℃热测的相对密度为1.1，得到杏树枝条提取物；灯芯草水提取物是灯芯草切碎，加入枝条重量5-10重量的水煮沸2-4小时，过滤，滤渣再加入2-3倍重量的水煮沸1-2小时，合并两次滤液，浓缩至6O℃热测的相对密度为1.1，得到灯芯草提取物。催化剂制备实施例2：本发明所述的生物活性催化剂，由下列重量份数的原料制成：桑枝条提取物30-40份；杏树枝条提取物20-30份；灯芯草提取物10-25份；所述的桑枝条水和有机溶剂的二次提取物是将桑枝条切碎，先用有机溶剂提取1-2小时，分别取出液体和桑枝条渣，桑枝条渣加3-5倍的水煮沸1-2小时，合并有机溶剂提取液和水提液；杏树枝条有机溶剂的二次提取物是将杏树枝条切碎，先用有机溶剂甲醇、乙醇、乙醚、石油醚、苯、氯仿、乙酸乙酯或二氯乙烷提取1-2小时，分别取出液体和杏树枝条渣，杏树枝条渣加3-5倍的水煮沸1-2小时，合并有机溶剂提取液和水提液；灯芯草有机溶剂的二次提取物是将灯芯草切碎，先用甲醇、乙醇、乙醚、石油醚、苯、氯仿、乙酸乙酯或二氯乙烷提取1-2小时，分别取出液体和灯芯草渣，灯芯草渣加3-5倍的水煮沸1-2小时，合并有机溶剂提取液和水提液；乙醇水系统车载重整制氢方法实施例：实施例1：1）将重量含量55%乙醇（含水量45%）与5%的生物活性催化剂混合搅拌均匀，获得活素醇；2）将活素醇加入加装了上述车载装置的汽车中，在进入发动机汽缸前裂解催化成富氢气体，裂解温度为180-400℃，富氢气体在发动机负压状态下进入气缸燃烧，代替汽油作为汽车燃料提供动力，汽车可跟使用汽油一样在公路上运行。实施例2：1）将重量含量60%乙醇（含水量40%）与4%的生物活性催化剂混合搅拌均匀，获得活素醇；2）将活素醇加入加装了上述车载装置的汽车中，在进入发动机汽缸前裂解催化成富氢气体，裂解温度为180-400℃，富氢气体在发动机负压状态下进入气缸燃烧，代替汽油作为汽车燃料提供动力，汽车可跟使用汽油一样在公路上运行。实施例3：1）将重量含量70%乙醇（含水量30%）与3.5%的生物活性催化剂混合搅拌均匀，获得活素醇；2）将活素醇加入加装了上述车载装置的汽车中，在进入发动机汽缸前裂解催化成富氢气体，裂解温度为180-400℃，富氢气体在发动机负压状态下进入气缸燃烧，代替汽油作为汽车燃料提供动力，汽车可跟使用汽油一样在公路上运行。实施例4：1）将重量含量80%乙醇（含水量20%）与2%的生物活性催化剂混合搅拌均匀，获得活素醇；2）将活素醇加入加装了上述车载装置的汽车中，在进入发动机汽缸前裂解催化成富氢气体，裂解温度为180-400℃，富氢气体在发动机负压状态下进入气缸燃烧，代替汽油作为汽车燃料提供动力，汽车可跟使用汽油一样在公路上运行。2015年8月，本发明人改造一辆小汽车，试用活素醇乙醇燃料进行运行，取得了汽车应用的数据，经把不同重量比的活素醇送样给专业的检测部门检验，符合小汽车使用，各项技术参数优于目前的93#汽油，排放出来的是蒸汽，对环境不造成污染。燃料成本仅为汽油的50%--60%，完全可以取代93#汽油用于汽车。小汽车使用重量比为80%活素醇作为燃料，对比行驶里程：4582公里，在城市道路行驶里程：1367公里，平均时速45公里；在高速公路行驶里程：3215公里，平均时速107公里，爬坡动力足。