乙醇汽油在線調和技術與產品質量控制

王海，谷紅銳(東營市海科瑞林化工有限公司，山東 東營 257200)

0 引言

在汽油中加入一定比例的燃料乙醇，有助于汽油充分燃燒，降低汽車尾氣排放污染物。自2001年原國家計委和國家經貿委等八部委下發《車用乙醇汽油使用試點方案》以來，乙醇汽油已走過20個年頭，先后在河南、東三省、山東、天津等地試點。2017年，國家15部委聯合提出《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》，要求逐步實現全國覆蓋，形成更加完善的市場化運行機制。近年我國開發出以木薯、高粱桔桿為原料的纖維素乙醇生產技術，多套年產能在5萬噸以上。2020年，生物燃料乙醇消費量達280萬噸，折合乙醇汽油2 800萬噸，占汽油消費總量的20%。優化乙醇汽油調和工藝、保證產品質量合格是生產乙醇汽油的關鍵[1]。

1 變性燃料乙醇的性質及儲存

1.1 相關概念和理化指標

根據國標GB 18351—2017《變性燃料乙醇(E10)》的規定，(1)燃料乙醇：未加變性劑的、可作為燃料用的無水乙醇；(2)變性劑：添加到燃料乙醇中，使其不能食用的車用乙醇汽油調和組分；(3)變性燃料乙醇：加入變性劑后，用于調配車用乙醇汽油的燃料乙醇，燃料乙醇與變性劑的體積混合比例為100∶1～100∶5，即變性劑在變性燃料乙醇中的體積百分比為0.98%～4.76%。變性燃料乙醇的理化指標如表1所示。

表1 變性燃料乙醇的理化指標

1.2 變性燃料乙醇的儲存

由于變性燃料乙醇有很強的溶解性，儲罐內壁不宜采用涂料防腐，而要進行噴鋁防腐。儲罐防腐的技術要求：(1)儲罐制造完畢，先檢查內壁，焊縫應平整，不得有焊渣、焊瘤和毛刺，法蘭接管內緣等轉角處修磨成圓滑過渡，圓角半徑R≥5 mm；(2)搭設腳手架。罐內搭設腳手架，每層高度為1.7 m，腳手架與罐壁、頂蓋保持200～300 mm的間距，便于施工，設備入口處搭設防雨棚；(3)噴砂除銹。磨料采用1～3 mm干燥石英砂，噴砂采用加壓式干噴射除銹，空壓機氣壓為0.8 MPa，要在濕度＜80%、環境溫度達到露點溫度3 ℃以上方能施工，除銹等級達到Sa3級；(4)噴鋁防腐。噴涂用的鋁材應滿足Al≥99.5%，噴砂與噴鋁間隔不得超過12 h。分層噴涂，每層厚度0.08±0.03 mm，不少于3層，噴涂層總厚度不小于0.3 mm，噴涂層結合力要達到15 MPa，致密度2.34 g/cm3。

因變性燃料乙醇與水任意互溶，因此從儲罐制備、存儲到輸送，都要防止水分進入。儲罐頂部應安裝帶有干燥劑的呼吸閥，防止大氣中的水分進入；儲罐到乙醇裝卸區應鋪設304材質的不銹鋼管線，并用氮氣吹掃干凈，以防管線內留存鐵銹、焊渣等機械雜質。此外，罐外壁要標明“變性燃料乙醇”“不能飲用”的警示標識。

2 乙醇汽油在線調和工藝

乙醇汽油的調和方法有：(1)噴濺調和。將組分油和變性燃料乙醇按比例同時裝車，在裝車過程中完成調和；(2)罐車調和。將組分油和變性燃料乙醇分別裝入槽車，在運輸過程中完成調和；(3)在線調和。組分油和變性燃料乙醇通過計算機及控制設備，在管線中完成調和。噴濺調和與罐車調和是由人工計算出各組分比例，然后進行混合，依靠分子的擴散性自行調和，存在不均勻、易分層現象，一次調成率較低，已逐漸淘汰。在線調和是集比例調節、在線質量監測于一體的控制系統，目前技術較成熟的廠家有Aspen、Yokogawa(橫河)、Honeywell等。乙醇汽油在線調和流程圖如圖1所示。

圖1 乙醇汽油在線調和流程圖

在線調和系統設置有流量計、調節閥、分析小屋、調和控制柜、質量預估控制軟件等。系統前期需要收集60個樣品的數據建立初級模型，根據數據模型來預測正在調和的成品汽油質量，提前進行比例調整，有效解決了在線分析滯后的問題，確保整個批次產品質量合格和成本最優[2]。

3 乙醇汽油的優缺點

3.1 乙醇汽油的優點

由于乙醇汽油中氧含量增加，使得燃燒更加充分，有利于降低汽車尾氣中CO和烴類的排放。乙醇的RON達111，比組分油高很多，添加10%的變性燃料乙醇后，汽油的抗爆性能進一步增強。此外，乙醇是優良的有機溶劑，能有效清除汽車油箱和油路系統中沉積的雜質，疏通油路系統。同時，也能清除氣門、火花塞、活塞頂部等位置的積碳，提高各零部件的使用壽命。

3.2 乙醇汽油的不足之處

乙醇汽油的整體熱值較低，其中乙醇的熱值僅為組分油的62%。為保證發動機的動力性能不下降，需增大供油量。乙醇是極性物質，親水性高于親油性，只要有微量水存在，乙醇就會與水一起從油相中分離出來，造成油品的儲存安定性變差。乙醇在燃燒過程中還會產生少量乙酸，該物質有一定的腐蝕性，因此要加入適量的腐蝕抑制劑。此外，乙醇會對橡膠件產生溶脹和龜裂作用，因此常規的丁晴橡膠和氯化聚醚等零部件不適合使用，須改為抗溶脹性強的氯丁膠和硅橡膠材料。

4 乙醇汽油的產品質量控制

國標GB 18351—2017規定，車用乙醇汽油(E10)按RON分為89#、92#、95#和98#四個牌號。常見牌號的質量標準如表2所示。

表2 車用乙醇汽油(E10)的技術要求

5 結語

在近幾年的乙醇汽油實際生產和儲運過程中，鉛、鐵、甲醇一直都合格，錳為添加劑帶入的，均可以不予考慮；10%、50%、90%、終餾點4個蒸發溫度和殘留量，為裝置側線指標，銅片腐蝕、博士試驗、溶劑膠質、誘導期則是組分油必須滿足的先決條件，不是調和后路解決的問題。乙醇汽油調和及運輸過程中，重點控制好以下5個指標：(1)水分。國標規定水含量不大于0.2%，因為當水含量達0.3%以上，在-24 ℃時乙醇與水一起從油相中分離出來，對發動機性能和尾氣排放產生不利影響。管控措施：一是在乙醇儲罐呼吸閥上加裝干燥劑；二是保證裝卸及運輸過程中系統干凈、密閉；三是加快乙醇汽油運轉周期。(2) RON。車用乙醇汽油RON整體偏高約0.2，主要是各廠家內控指標比國標高，如92#乙醇汽油，調和組分油RON就達91.0以上，再添加10%的高辛烷值變性燃料乙醇，整體RON進一步提高。(3)蒸氣壓。乙醇在20 ℃時的蒸氣壓為5.86 kPa，遠低于普通汽油，但乙醇會與汽油中某些組分存在共沸現象，因此加入變性燃料乙醇一般會使汽油蒸氣壓增加5～7 kPa，過高的蒸汽壓會導致車輛驅動性能出問題。一是要控制好組分油蒸汽壓，二是注意季節變化，國家要求夏季蒸汽壓不超過65 kPa。(4)氧含量。國標規定氧含量不大于2.7%，其他含氧化合物不大于0.1%。在實際生產中，除乙醇外，少數廠家還會加入MTBE、謎化汽油的現象，因此要嚴控MTBE或其他含氧化合物的添加。(5)乙醇含量。早期國標規定乙醇含量為9%～10.5%，抽檢合格率僅33%。一是調和系統分自動、手動兩種方式，很多調和人員不熟悉英文操作說明，就采用手動調和，導致各組分比例失衡。經過一段時間培訓和摸索，現在都已采用自動調和方式。二是國家質監總局于2003年將指標修正為10%±2.0%，目前抽檢乙醇含量在9.86%～11.18%之間，符合質量要求。