車用乙醇汽油的儲運技術(shù)挑戰(zhàn)

夏玲芳

摘要：車用乙醇汽油作為一種新型燃料，可以降低汽車排放尾氣中的一氧化碳和碳氫化合物的含量，改善大氣排放污染，且能為剩余糧食提供巨大的市場，未來將被廣泛應(yīng)用。但推廣使用中，其是乙醇汽油的儲存和運輸還存在很多技術(shù)難點，本文主要通過研究乙醇汽油的物性特點，識別差異和風(fēng)險，攻克乙醇汽油推廣使用技術(shù)難點，制定采取相應(yīng)的儲存、調(diào)和、裝卸及儲運對策，并提供可靠的設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：乙醇汽油；儲運；設(shè)計對策

1、 前言

1.1定義

乙醇汽油指在不添加含氧化合物的液體烴類中加入一定量變性燃料乙醇后用作點燃式內(nèi)燃機的燃料。我國車用乙醇汽油是指在汽油組分油中按體積混合比加入10%（V/V）的變性燃料乙醇后作為汽油車燃料用的汽油，簡稱E10。

1.2背景及發(fā)展

國內(nèi)外不少研究機構(gòu)均發(fā)現(xiàn)，作為汽油重要調(diào)和組分的MTBE會對地下水造成嚴重污染，并且MTBE比汽油中的其他組分具有更強的親水性，會很快的滲透到地下水中。因此作為MTBE的替代品乙醇具有清潔環(huán)保的特點，不但可以降低汽車排放尾氣中的一氧化碳和碳氫化合物的含量，改善大氣排放污染還可以為剩余糧食提供巨大的市場。

車用乙醇汽油作為一種新型燃料，早在1978年含10%乙醇的汽油已在美國內(nèi)布拉斯加州地區(qū)大規(guī)模使用。我國從2000年8月份開始進行車用乙醇汽油的一系列研究，并在2001年6月18日，河南省開始啟動車用乙醇汽油試用工作。之后逐步擴大試點，已制定并計劃性的推廣了一整套產(chǎn)品標(biāo)準和配套規(guī)范。到2007年5月，我國已有9個省使用乙醇汽油。

2017年9月，國家發(fā)改委、能源局、財政部等十五部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于擴大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》，要求到2020年，我國全國范圍將推廣使用車用乙醇汽油。

由此可見，車用乙醇汽油未來將被廣泛應(yīng)用。盡管乙醇汽油有許多優(yōu)點，但在全國的逐步推廣使用中還存在很多技術(shù)難點，尤其是乙醇汽油的儲存和運輸。各地紛紛規(guī)劃建設(shè)乙醇汽油調(diào)配中心，通過調(diào)研了解到很多乙醇汽油調(diào)配中心均是在現(xiàn)有儲罐基礎(chǔ)上改造而成，由于對乙醇、乙醇汽油的物性研究不夠，導(dǎo)致一定的設(shè)計缺陷，本文擬通過詳細的分析研究，識別出差異和風(fēng)險、采取相應(yīng)對策，提供可靠的設(shè)計方案。

2、 乙醇和乙醇汽油的物性特點

變性燃料乙醇是指加入2%～5%（V/V）的變性劑（即車用無鉛汽油）后，使其與食用酒精相區(qū)別而不能飲用的燃料乙醇。

通過查詢國內(nèi)外研究文獻，發(fā)現(xiàn)乙醇汽油還有以下特點：

1） 汽油添加乙醇后飽和蒸汽壓和氧含量的變化

乙醇在40℃時的飽和蒸氣壓為18KPa，往往低于汽油15～20KPa，但當(dāng)乙醇添加進汽油后，混合物的飽和蒸氣壓會明顯增大，最大增幅約6～8KPa。10%車用乙醇汽油的蒸氣壓高于普通汽油5～7KPa；氧含量達到3.5%（m/m）。

2） 乙醇汽油的親水性

由于乙醇存在-OH，乙醇汽油容易吸水，嚴重時會出現(xiàn)分層，此時上層汽油往往溶有較少的乙醇，從而導(dǎo)致辛烷值、蒸汽壓和餾程等關(guān)鍵參數(shù)不合格。

10%車用乙醇汽油中水含量超過一定數(shù)值會產(chǎn)生相分離，相分離溫度隨著水含量的增加而相應(yīng)增加。車用乙醇汽油允許的水含量，與溫度和乙醇含量有關(guān)，溫度越低水含量允許值越低，乙醇含量越低水含量允許值也越低。對于10%（體積分數(shù)）的車用乙醇汽油，如果含水0.27%（體積分數(shù)），則溫度降到-20℃就會產(chǎn)生相分離。

因此。水含量是影響車用乙醇汽油的重要性指標(biāo)，在儲存和運輸過程中確保外界水（包括過去所存水、雨水、雪水及空氣中的水蒸氣）不進入車用乙醇汽油。

此外，水溶液中容易滋生細菌。最大風(fēng)險出現(xiàn)在罐的氣相空間，潮濕氣相中的液滴會在罐頂和油氣收集系統(tǒng)內(nèi)凝結(jié)，進而出現(xiàn)乙酸與氣相金屬表面的腐蝕。

3） 車用乙醇汽油對金屬材料的腐蝕性

通過黃銅、紫銅、鑄鐵、45號鋼、鋅和鋁等金屬在乙醇汽油中的腐蝕試驗顯示，在較短時間內(nèi)（1個月）沒有產(chǎn)生明顯腐蝕。試驗發(fā)現(xiàn)引起腐蝕的主要原因是乙醇中含有的乙酸引起的。但試驗表明車用乙醇汽油除對紫銅腐蝕較明顯外，對其他金屬的腐蝕不明顯。通常在車用乙醇汽油中加入適量腐蝕抑制劑（一般在變性燃料乙醇中加入），以有效抑制對黃銅和紫銅的腐蝕，改善對其他金屬的耐腐蝕性。

4） 乙醇汽油對橡膠材料的溶脹性

乙醇及乙醇汽油對一般橡膠材料具有溶脹性。試驗證實氯丁橡膠、順丁橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠、氟橡膠、尼龍、聚四氟乙烯以及縮醛樹脂的耐油性和抗乙醇汽油的溶脹性較好，氰化丁腈橡膠、氯化聚醚、丁基橡膠、聚氨酯橡膠和聚氨酯等抗乙醇汽油的溶脹性較差。

5） 乙醇汽油消防要求的特殊性

乙醇為一級易燃物品，閉口閃點接近13℃，在大氣壓下，沸點為78℃，自燃溫度為423℃，在空氣中體積比的可燃極限為3.1%～20%。雖然乙醇并不比其他易燃物質(zhì)更加危險，但在生產(chǎn)作業(yè)時仍應(yīng)注重消防安全。如發(fā)生變性燃料乙醇泄露或溢出，工作人員應(yīng)盡快撤離污染區(qū)，切斷區(qū)內(nèi)所有火源。當(dāng)乙醇溢出地面厚度不超過25mm不發(fā)生火災(zāi)時，可采用水稀釋方式滅火，當(dāng)溢出厚度達到25mm并發(fā)生火災(zāi)或發(fā)生容器火災(zāi)時，宜采用抗溶泡沫滅火劑滅火。

乙醇汽油發(fā)生火災(zāi)時，可采用普通蛋白泡沫或氟蛋白泡沫滅火劑；局部火災(zāi)采用手提式干粉滅火器或泡沫滅火器。

3、 乙醇汽油的儲存、調(diào)和及裝卸的要求與設(shè)計對策

3.1乙醇汽油的儲存設(shè)計要求

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準、規(guī)定的要求以及相關(guān)研究文獻的查閱?？偨Y(jié)出變性燃料乙醇和車用乙醇汽油的儲存設(shè)計應(yīng)滿足下列要求：

1）由于變性燃料乙醇及乙醇汽油對一些金屬材料的腐蝕性，變性燃料乙醇和車用乙醇汽油及調(diào)和組分油應(yīng)采用內(nèi)浮頂鋼制罐儲存。罐容小于或等于100m3可采用臥式罐。

2）由于乙醇具有良好的溶解性，所以變性燃料乙醇和車用乙醇汽油儲罐內(nèi)壁不宜采用涂料防腐。

3）新建或改建的變性燃料乙醇和車用乙醇汽油儲罐應(yīng)保證罐底坡向排水孔。在設(shè)計上應(yīng)保證罐底具有不小于3‰～5‰的坡度。以便罐內(nèi)明水的檢測及排除。在生產(chǎn)過程中嚴格控制罐底水。儲罐宜設(shè)置帶有水位檢測功能的液位儀。

4）因為當(dāng)乙醇汽油發(fā)生相分離時，分出的水相大約20%的水、70%的乙醇、10%的烴類物質(zhì)，而乙醇和烴類物質(zhì)的存在會污染地下水。所以當(dāng)車用乙醇汽油在儲罐內(nèi)發(fā)生相分離時，水相不應(yīng)就地排放，應(yīng)進行專門處理。

5）儲存變性燃料乙醇、車用乙醇汽油調(diào)和組分油的臥式罐的呼吸閥應(yīng)安裝有干燥劑的裝置，其應(yīng)安裝在便于拆卸的位置。變性燃料乙醇露天罐應(yīng)有噴淋水或其他冷卻措施。

6）變性燃料乙醇、車用乙醇汽油管道系統(tǒng)在投用前應(yīng)進行干燥處理。

7）加油站內(nèi)在車用乙醇汽油儲罐的低點宜設(shè)置積水包。

8）為保證車用乙醇汽油水含量滿足標(biāo)準規(guī)定的要求，變性燃料乙醇、車用乙醇汽油的儲存時間不宜超過10d，宜定在4～5d。

9）新建或改建的變性燃料乙醇、車用乙醇汽油儲罐的人孔、量油孔、透光孔應(yīng)進行防滲漏試驗。

10）變性燃料乙醇、車用乙醇汽油儲罐內(nèi)壁應(yīng)光滑，罐內(nèi)不應(yīng)存在已引起放電的突出物和未接地的浮動物。

3.2乙醇汽油的調(diào)和設(shè)計要求

1）車用乙醇汽油的調(diào)和宜采用管道比例調(diào)和，主要調(diào)和方式包括雙泵單鶴管或雙泵多鶴管流程等。具體調(diào)和工藝可根據(jù)生產(chǎn)操作的實際狀況，通過經(jīng)濟分析來決定是采用雙泵多鶴管還是采用雙泵單鶴管流程。試驗表明，如裝有車用乙醇汽油的容器無密閉防水措施，48h后其含水量增加約一倍。因此為減少乙醇汽油的周轉(zhuǎn)次數(shù)、保證質(zhì)量，乙醇汽油的調(diào)和通常是在油庫或調(diào)和中心進行，因此宜采用管道調(diào)和不推薦罐內(nèi)調(diào)和方式。在調(diào)和過程中應(yīng)嚴格控制變性燃料乙醇和車用乙醇汽油調(diào)和組分油的調(diào)和比例。調(diào)和過程應(yīng)連續(xù)、均勻和穩(wěn)定。

雙泵單鶴管流程：乙醇通過乙醇調(diào)和泵、組分油通過組分油調(diào)和泵以1：9的比例同時通過同一鶴管實現(xiàn)裝車過程。

雙泵多鶴管流程乙醇通過乙醇調(diào)和泵、組分油通過組分油調(diào)和泵以1：9的比例可同時通過多個鶴管，同時裝多輛槽車。但由于裝車過程的不均衡性，為了使泵能夠正常工作，且滿足裝車要求，乙醇調(diào)和泵和組分油調(diào)和泵的流量就應(yīng)不斷變化，主要有以下另種方法：

a） 增加泵回流線，這樣往往會降低泵的有效功率，浪費能量。

b） 通過調(diào)速電機或增加變頻器來調(diào)節(jié)流量，這樣仍可保證泵在高效區(qū)工作，且能節(jié)約能量。但調(diào)速電機或變頻器價錢較高。

所以在設(shè)計調(diào)和泵時可做經(jīng)濟技術(shù)比較，來選擇較合理的工藝方案。

2）由于乙醇具有強溶解性，在乙醇汽油的生產(chǎn)初期，可溶解部分油罐涂料、管道銹蝕物等，對管道有一定的清洗作用，產(chǎn)生的污物容易堵塞計量設(shè)備，故調(diào)和計量儀表前得管道上應(yīng)設(shè)置10μm永久過濾器。零售部分計量泵和分配器也應(yīng)安裝10μm過濾器。

3）調(diào)和比例應(yīng)采用計算機或預(yù)制調(diào)和設(shè)備控制。由于乙醇和汽油的比例在30%以下時互溶性較好，因此管道調(diào)和時候不需要設(shè)靜態(tài)混合器。

3.3乙醇汽油的裝卸設(shè)計要求

1）變性燃料乙醇裝卸臺宜設(shè)置防雨設(shè)施。浸沒式裝卸的車用乙醇汽油裝卸棧臺應(yīng)設(shè)置防雨設(shè)施。避免雨天裝卸車時，雨水進入罐車，最終引起調(diào)和好的乙醇汽油出現(xiàn)相分離。

2）變性燃料乙醇卸車鶴管、卸車泵、輸送管道應(yīng)單獨設(shè)置。避免造成混油，影響變性燃料乙醇的產(chǎn)品質(zhì)量。

3）車用乙醇汽油裝車應(yīng)采用浸沒式裝車鶴管或下裝。

4）變性燃料乙醇可以采用密閉的駁船、鐵路罐車和汽車罐車運輸，不宜采用管道輸送方式。對于駁船、鐵路罐車和汽車罐車等運輸設(shè)備，在裝入乙醇前必須確認容器內(nèi)無水、無污垢，而且這些運輸設(shè)備應(yīng)為專用。車用乙醇汽油的輸送應(yīng)采用專用的汽車罐車，不應(yīng)使用鐵路罐車和長距離管道進行輸送，以避免車用乙醇汽油周轉(zhuǎn)時間過長及周轉(zhuǎn)次數(shù)增加，從而消除車用乙醇汽油在運輸過程中造成水含量增加和產(chǎn)生相分離的可能。變性燃料乙醇和車用乙醇汽油罐車的通氣管上要設(shè)置空氣干燥器。

5）變性燃料乙醇和車用乙醇汽油裝卸車鶴管應(yīng)采用密閉鶴管，并宜設(shè)置油氣回收裝置。

3.4乙醇汽油的儲運設(shè)計對策

綜上所述，在進行乙醇汽油的儲運設(shè)計時，重點需要注意以下幾個方面：

1） 乙醇汽油的飽和蒸氣壓高。管路設(shè)計時需要考慮滿足機泵的必需氣蝕余量；采用小型低壓固定頂罐儲存時要設(shè)置呼吸閥。

2） 乙醇汽油的吸水分層性。設(shè)計時要嚴格控制并監(jiān)測產(chǎn)品的含水量，縮短儲存周期，減少輸轉(zhuǎn)的中間環(huán)節(jié)。乙醇汽油儲罐宜設(shè)置積水包和自動切水器并進入專門的污水收集系統(tǒng)。儲罐及槽車的呼吸閥和通氣管需要設(shè)置干燥器。乙醇汽油儲罐上的人孔、量油孔、透光孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)防止進水。

3） 乙醇汽油的腐蝕性和溶解性。儲存、輸送乙醇汽油的儲罐、泵、閥門、墊片等器材的材質(zhì)應(yīng)保證其對乙醇汽油的適應(yīng)性。金屬材料宜選用：碳鋼、不銹鋼、鋁，不宜采用鍍鋅材料。彈性材料宜采用丁腈橡膠、氟、硅氟、氯丁橡膠、聚硫橡膠。聚合物材料宜采用縮醛樹脂、尼龍、聚丙烯、聚四氟乙烯和玻璃纖維增強塑料，不宜采用聚氨酯。乙醇汽油的管道、容器、機泵和運輸車輛要按照專用的原則考慮。

乙醇汽油的安全與消防。油庫消防的基礎(chǔ)上要增加抗溶性泡沫消防設(shè)備。