车用乙醇汽油的储运技术挑战

摘要：车用乙醇汽油作为一种新型燃料，可以降低汽车排放尾气中的一氧化碳和碳氢化合物的含量，改善大气排放污染，且能为剩余粮食提供巨大的市场，未來将被广泛应用。但推广使用中，其是乙醇汽油的储存和运输还存在很多技术难点，本文主要通过研究乙醇汽油的物性特点，识别差异和风险，攻克乙醇汽油推广使用技术难点，制定采取相应的储存、调和、装卸及储运对策，并提供可靠的设计方案。

关键词：乙醇汽油；储运；设计对策

1、前言

1.1定义

乙醇汽油指在不添加含氧化合物的液体烃类中加入一定量变性燃料乙醇后用作点燃式内燃机的燃料。我国车用乙醇汽油是指在汽油组分油中按体积混合比加入10%（V/V）的变性燃料乙醇后作为汽油车燃料用的汽油，简称E10。

1.2背景及发展

国内外不少研究机构均发现，作为汽油重要调和组分的MTBE会对地下水造成严重污染，并且MTBE比汽油中的其他组分具有更强的亲水性，会很快的渗透到地下水中。因此作为MTBE的替代品乙醇具有清洁环保的特点，不但可以降低汽车排放尾气中的一氧化碳和碳氢化合物的含量，改善大气排放污染还可以为剩余粮食提供巨大的市场。

车用乙醇汽油作为一种新型燃料，早在1978年含10%乙醇的汽油已在美国内布拉斯加州地区大规模使用。我国从2000年8月份开始进行车用乙醇汽油的一系列研究，并在2001年6月18日，河南省开始启动车用乙醇汽油试用工作。之后逐步扩大试点，已制定并计划性的推广了一整套产品标准和配套规范。到2007年5月，我国已有9个省使用乙醇汽油。

2017年9月，国家发改委、能源局、财政部等十五部委联合印发《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》，要求到2020年，我国全国范围将推广使用车用乙醇汽油。

由此可见，车用乙醇汽油未来将被广泛应用。尽管乙醇汽油有许多优点，但在全国的逐步推广使用中还存在很多技术难点，尤其是乙醇汽油的储存和运输。各地纷纷规划建设乙醇汽油调配中心，通过调研了解到很多乙醇汽油调配中心均是在现有储罐基础上改造而成，由于对乙醇、乙醇汽油的物性研究不够，导致一定的设计缺陷，本文拟通过详细的分析研究，识别出差异和风险、采取相应对策，提供可靠的设计方案。

2、乙醇和乙醇汽油的物性特点

变性燃料乙醇是指加入2%～5%（V/V）的变性剂（即车用无铅汽油）后，使其与食用酒精相区别而不能饮用的燃料乙醇。

通过查询国内外研究文献，发现乙醇汽油还有以下特点：

1）汽油添加乙醇后饱和蒸汽压和氧含量的变化

乙醇在40℃时的饱和蒸气压为18KPa，往往低于汽油15～20KPa，但当乙醇添加进汽油后，混合物的饱和蒸气压会明显增大，最大增幅约6～8KPa。10%车用乙醇汽油的蒸气压高于普通汽油5～7KPa；氧含量达到3.5%（m/m）。

2）乙醇汽油的亲水性

由于乙醇存在-OH，乙醇汽油容易吸水，严重时会出现分层，此时上层汽油往往溶有较少的乙醇，从而导致辛烷值、蒸汽压和馏程等关键参数不合格。

10%车用乙醇汽油中水含量超过一定数值会产生相分离，相分离温度随着水含量的增加而相应增加。车用乙醇汽油允许的水含量，与温度和乙醇含量有关，温度越低水含量允许值越低，乙醇含量越低水含量允许值也越低。对于10%（体积分数）的车用乙醇汽油，如果含水0.27%（体积分数），则温度降到-20℃就会产生相分离。

因此。水含量是影响车用乙醇汽油的重要性指标，在储存和运输过程中确保外界水（包括过去所存水、雨水、雪水及空气中的水蒸气）不进入车用乙醇汽油。

此外，水溶液中容易滋生细菌。最大风险出现在罐的气相空间，潮湿气相中的液滴会在罐顶和油气收集系统内凝结，进而出现乙酸与气相金属表面的腐蚀。

3）车用乙醇汽油对金属材料的腐蚀性

通过黄铜、紫铜、铸铁、45号钢、锌和铝等金属在乙醇汽油中的腐蚀试验显示，在较短时间内（1个月）没有产生明显腐蚀。试验发现引起腐蚀的主要原因是乙醇中含有的乙酸引起的。但试验表明车用乙醇汽油除对紫铜腐蚀较明显外，对其他金属的腐蚀不明显。通常在车用乙醇汽油中加入适量腐蚀抑制剂（一般在变性燃料乙醇中加入），以有效抑制对黄铜和紫铜的腐蚀，改善对其他金属的耐腐蚀性。

4）乙醇汽油对橡胶材料的溶胀性

乙醇及乙醇汽油对一般橡胶材料具有溶胀性。试验证实氯丁橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、尼龙、聚四氟乙烯以及缩醛树脂的耐油性和抗乙醇汽油的溶胀性较好，氰化丁腈橡胶、氯化聚醚、丁基橡胶、聚氨酯橡胶和聚氨酯等抗乙醇汽油的溶胀性较差。

5）乙醇汽油消防要求的特殊性

乙醇为一级易燃物品，闭口闪点接近13℃，在大气压下，沸点为78℃，自燃温度为423℃，在空气中体积比的可燃极限为3.1%～20%。虽然乙醇并不比其他易燃物质更加危险，但在生产作业时仍应注重消防安全。如发生变性燃料乙醇泄露或溢出，工作人员应尽快撤离污染区，切断区内所有火源。当乙醇溢出地面厚度不超过25mm不发生火灾时，可采用水稀释方式灭火，当溢出厚度达到25mm并发生火灾或发生容器火灾时，宜采用抗溶泡沫灭火剂灭火。

乙醇汽油发生火灾时，可采用普通蛋白泡沫或氟蛋白泡沫灭火剂；局部火灾采用手提式干粉灭火器或泡沫灭火器。

3、乙醇汽油的储存、调和及装卸的要求与设计对策

3.1乙醇汽油的储存设计要求

根据相关标准、规定的要求以及相关研究文献的查阅。总结出变性燃料乙醇和车用乙醇汽油的储存设计应满足下列要求：

1）由于变性燃料乙醇及乙醇汽油对一些金属材料的腐蚀性，变性燃料乙醇和车用乙醇汽油及调和组分油应采用内浮顶钢制罐储存。罐容小于或等于100m³可采用卧式罐。

2）由于乙醇具有良好的溶解性，所以变性燃料乙醇和车用乙醇汽油储罐内壁不宜采用涂料防腐。

3）新建或改建的变性燃料乙醇和车用乙醇汽油储罐应保证罐底坡向排水孔。在设计上应保证罐底具有不小于3‰～5‰的坡度。以便罐内明水的检测及排除。在生产过程中严格控制罐底水。储罐宜设置带有水位检测功能的液位仪。

4）因为当乙醇汽油发生相分离时，分出的水相大约20%的水、70%的乙醇、10%的烃类物质，而乙醇和烃类物质的存在会污染地下水。所以当车用乙醇汽油在储罐内发生相分离时，水相不应就地排放，应进行专门处理。

5）储存变性燃料乙醇、车用乙醇汽油调和组分油的卧式罐的呼吸阀应安装有干燥剂的装置，其应安装在便于拆卸的位置。变性燃料乙醇露天罐应有喷淋水或其他冷却措施。

6）变性燃料乙醇、车用乙醇汽油管道系统在投用前应进行干燥处理。

7）加油站内在车用乙醇汽油储罐的低点宜设置积水包。

8）为保证车用乙醇汽油水含量满足标准规定的要求，变性燃料乙醇、车用乙醇汽油的储存时间不宜超过10d，宜定在4～5d。

9）新建或改建的变性燃料乙醇、车用乙醇汽油储罐的人孔、量油孔、透光孔应进行防渗漏试验。

10）变性燃料乙醇、车用乙醇汽油储罐内壁应光滑，罐内不应存在已引起放电的突出物和未接地的浮动物。

3.2乙醇汽油的调和设计要求

1）车用乙醇汽油的调和宜采用管道比例调和，主要调和方式包括双泵单鹤管或双泵多鹤管流程等。具体调和工艺可根据生产操作的实际状况，通过经济分析来决定是采用双泵多鶴管还是采用双泵单鹤管流程。试验表明，如装有车用乙醇汽油的容器无密闭防水措施，48h后其含水量增加约一倍。因此为减少乙醇汽油的周转次数、保证质量，乙醇汽油的调和通常是在油库或调和中心进行，因此宜采用管道调和不推荐罐内调和方式。在调和过程中应严格控制变性燃料乙醇和车用乙醇汽油调和组分油的调和比例。调和过程应连续、均匀和稳定。

双泵单鹤管流程：乙醇通过乙醇调和泵、组分油通过组分油调和泵以1：9的比例同时通过同一鹤管实现装车过程。

双泵多鹤管流程乙醇通过乙醇调和泵、组分油通过组分油调和泵以1：9的比例可同时通过多个鹤管，同时装多辆槽车。但由于装车过程的不均衡性，为了使泵能够正常工作，且满足装车要求，乙醇调和泵和组分油调和泵的流量就应不断变化，主要有以下另种方法：

a）增加泵回流线，这样往往会降低泵的有效功率，浪费能量。

b）通过调速电机或增加变频器来调节流量，这样仍可保证泵在高效区工作，且能节约能量。但调速电机或变频器价钱较高。

所以在设计调和泵时可做经济技术比较，来选择较合理的工艺方案。

2）由于乙醇具有强溶解性，在乙醇汽油的生产初期，可溶解部分油罐涂料、管道锈蚀物等，对管道有一定的清洗作用，产生的污物容易堵塞计量设备，故调和计量仪表前得管道上应设置10μm永久过滤器。零售部分计量泵和分配器也应安装10μm过滤器。

3）调和比例应采用计算机或预制调和设备控制。由于乙醇和汽油的比例在30%以下时互溶性较好，因此管道调和时候不需要设静态混合器。

3.3乙醇汽油的装卸设计要求

1）变性燃料乙醇装卸台宜设置防雨设施。浸没式装卸的车用乙醇汽油装卸栈台应设置防雨设施。避免雨天装卸车时，雨水进入罐车，最终引起调和好的乙醇汽油出现相分离。

2）变性燃料乙醇卸车鹤管、卸车泵、输送管道应单独设置。避免造成混油，影响变性燃料乙醇的产品质量。

3）车用乙醇汽油装车应采用浸没式装车鹤管或下装。

4）变性燃料乙醇可以采用密闭的驳船、铁路罐车和汽车罐车运输，不宜采用管道输送方式。对于驳船、铁路罐车和汽车罐车等运输设备，在装入乙醇前必须确认容器内无水、无污垢，而且这些运输设备应为专用。车用乙醇汽油的输送应采用专用的汽车罐车，不应使用铁路罐车和长距离管道进行输送，以避免车用乙醇汽油周转时间过长及周转次数增加，从而消除车用乙醇汽油在运输过程中造成水含量增加和产生相分离的可能。变性燃料乙醇和车用乙醇汽油罐车的通气管上要设置空气干燥器。

5）变性燃料乙醇和车用乙醇汽油装卸车鹤管应采用密闭鹤管，并宜设置油气回收装置。

3.4乙醇汽油的储运设计对策

综上所述，在进行乙醇汽油的储运设计时，重点需要注意以下几个方面：

1）乙醇汽油的饱和蒸气压高。管路设计时需要考虑满足机泵的必需气蚀余量；采用小型低压固定顶罐储存时要设置呼吸阀。

2）乙醇汽油的吸水分层性。设计时要严格控制并监测产品的含水量，缩短储存周期，减少输转的中间环节。乙醇汽油储罐宜设置积水包和自动切水器并进入专门的污水收集系统。储罐及槽车的呼吸阀和通气管需要设置干燥器。乙醇汽油储罐上的人孔、量油孔、透光孔的结构设计应防止进水。

3）乙醇汽油的腐蚀性和溶解性。储存、输送乙醇汽油的储罐、泵、阀门、垫片等器材的材质应保证其对乙醇汽油的适应性。金属材料宜选用：碳钢、不锈钢、铝，不宜采用镀锌材料。弹性材料宜采用丁腈橡胶、氟、硅氟、氯丁橡胶、聚硫橡胶。聚合物材料宜采用缩醛树脂、尼龙、聚丙烯、聚四氟乙烯和玻璃纤维增强塑料，不宜采用聚氨酯。乙醇汽油的管道、容器、机泵和运输车辆要按照专用的原则考虑。

乙醇汽油的安全与消防。油库消防的基础上要增加抗溶性泡沫消防设备。

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