車用乙醇汽油的儲運技術挑戰

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，識別差異和風險，攻克乙醇汽油推廣使用技術難點，制定采取相應的儲存、調和、裝卸及儲運對策，并提供可靠的設計方案。

關鍵詞：乙醇汽油；儲運；設計對策

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背景及發展

國內外不少研究機構均發現，作為汽油重要調和組分的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布拉斯加州地區大規模使用。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品標準和配套規范。到2007年5月，我國已有9個省使用乙醇汽油。

2017年9月，國家發改委、能源局、財政部等十五部委聯合印發《關于擴大生物燃料乙醇生產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用。盡管乙醇汽油有許多優點，但在全國的逐步推廣使用中還存在很多技術難點，尤其是乙醇汽油的儲存和運輸。各地紛紛規劃建設乙醇汽油調配中心，通過調研了解到很多乙醇汽油調配中心均是在現有儲罐基礎上改造而成，由于對乙醇、乙醇汽油的物性研究不夠，導致一定的設計缺陷，本文擬通過詳細的分析研究，識別出差異和風險、采取相應對策，提供可靠的設計方案。

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別而不能飲用的燃料乙醇。

通過查詢國內外研究文獻，發現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，嚴重時會出現分層，此時上層汽油往往溶有較少的乙醇，從而導致辛烷值、蒸汽壓和餾程等關鍵參數不合格。

10%車用乙醇汽油中水含量超過一定數值會產生相分離，相分離溫度隨著水含量的增加而相應增加。車用乙醇汽油允許的水含量，與溫度和乙醇含量有關，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）的車用乙醇汽油，如果含水0.27%（體積分數），則溫度降到-20℃就會產生相分離。

因此。水含量是影響車用乙醇汽油的重要性指標，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。最大風險出現在罐的氣相空間，潮濕氣相中的液滴會在罐頂和油氣收集系統內凝結，進而出現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（1個月）沒有產生明顯腐蝕。試驗發現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更加危險，但在生產作業時仍應注重消防安全。如發生變性燃料乙醇泄露或溢出，工作人員應盡快撤離污染區，切斷區內所有火源。當乙醇溢出地面厚度不超過25mm不發生火災時，可采用水稀釋方式滅火，當溢出厚度達到25mm并發生火災或發生容器火災時，宜采用抗溶泡沫滅火劑滅火。

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

3、 乙醇汽油的儲存、調和及裝卸的要求與設計對策

3.1乙醇汽油的儲存設計要求

根據相關標準、規定的要求以及相關研究文獻的查閱。總結出變性燃料乙醇和車用乙醇汽油的儲存設計應滿足下列要求：

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和組分油應采用內浮頂鋼制罐儲存。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保證罐底坡向排水孔。在設計上應保證罐底具有不小于3‰～5‰的坡度。以便罐內明水的檢測及排除。在生產過程中嚴格控制罐底水。儲罐宜設置帶有水位檢測功能的液位儀。

4）因為當乙醇汽油發生相分離時，分出的水相大約20%的水、70%的乙醇、10%的烴類物質，而乙醇和烴類物質的存在會污染地下水。所以當車用乙醇汽油在儲罐內發生相分離時，水相不應就地排放，應進行專門處理。

5）儲存變性燃料乙醇、車用乙醇汽油調和組分油的臥式罐的呼吸閥應安裝有干燥劑的裝置，其應安裝在便于拆卸的位置。變性燃料乙醇露天罐應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在投用前應進行干燥處理。

7）加油站內在車用乙醇汽油儲罐的低點宜設置積水包。

8）為保證車用乙醇汽油水含量滿足標準規定的要求，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、透光孔應進行防滲漏試驗。

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

3.2乙醇汽油的調和設計要求

1）車用乙醇汽油的調和宜采用管道比例調和，主要調和方式包括雙泵單鶴管或雙泵多鶴管流程等。具體調和工藝可根據生產操作的實際狀況，通過經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次數、保證質量，乙醇汽油的調和通常是在油庫或調和中心進行，因此宜采用管道調和不推薦罐內調和方式。在調和過程中應嚴格控制變性燃料乙醇和車用乙醇汽油調和組分油的調和比例。調和過程應連續、均勻和穩定。

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

雙泵多鶴管流程乙醇通過乙醇調和泵、組分油通過組分油調和泵以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，乙醇調和泵和組分油調和泵的流量就應不斷變化，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） 通過調速電機或增加變頻器來調節流量，這樣仍可保證泵在高效區工作，且能節約能量。但調速電機或變頻器價錢較高。

所以在設計調和泵時可做經濟技術比較，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，產生的污物容易堵塞計量設備，故調和計量儀表前得管道上應設置10μm永久過濾器。零售部分計量泵和分配器也應安裝10μm過濾器。

3）調和比例應采用計算機或預制調和設備控制。由于乙醇和汽油的比例在30%以下時互溶性較好，因此管道調和時候不需要設靜態混合器。

3.3乙醇汽油的裝卸設計要求

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

2）變性燃料乙醇卸車鶴管、卸車泵、輸送管道應單獨設置。避免造成混油，影響變性燃料乙醇的產品質量。

3）車用乙醇汽油裝車應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備，在裝入乙醇前必須確認容器內無水、無污垢，而且這些運輸設備應為專用。車用乙醇汽油的輸送應采用專用的汽車罐車，不應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時間過長及周轉次數增加，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采用密閉鶴管，并宜設置油氣回收裝置。

3.4乙醇汽油的儲運設計對策

綜上所述，在進行乙醇汽油的儲運設計時，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置呼吸閥。

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

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、墊片等器材的材質應保證其對乙醇汽油的適應性。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。油庫消防的基礎上要增加抗溶性泡沫消防設備。