王海，谷紅銳(東營(yíng)市?？迫鹆只び邢薰?，山東 東營(yíng) 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(guó)家計(jì)委和國(guó)家經(jīng)貿(mào)委等八部委下發(fā)《車用乙醇汽油使用試點(diǎn)方案》以來(lái)，乙醇汽油已走過(guò)20個(gè)年頭，先后在河南、東三省、山東、天津等地試點(diǎn)。2017年，國(guó)家15部委聯(lián)合提出《關(guān)于擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實(shí)施方案》，要求逐步實(shí)現(xiàn)全國(guó)覆蓋，形成更加完善的市場(chǎng)化運(yùn)行機(jī)制。近年我國(guó)開(kāi)發(fā)出以木薯、高粱桔桿為原料的纖維素乙醇生產(chǎn)技術(shù)，多套年產(chǎn)能在5萬(wàn)噸以上。2020年，生物燃料乙醇消費(fèi)量達(dá)280萬(wàn)噸，折合乙醇汽油2 800萬(wàn)噸，占汽油消費(fèi)總量的20%。優(yōu)化乙醇汽油調(diào)和工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量合格是生產(chǎn)乙醇汽油的關(guān)鍵[1]。

1 變性燃料乙醇的性質(zhì)及儲(chǔ)存

1.1 相關(guān)概念和理化指標(biāo)

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 18351—2017《變性燃料乙醇(E10)》的規(guī)定，(1)燃料乙醇：未加變性劑的、可作為燃料用的無(wú)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(diào)和組分；(3)變性燃料乙醇：加入變性劑后，用于調(diào)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(biāo)如表1所示。

表1 變性燃料乙醇的理化指標(biāo)

1.2 變性燃料乙醇的儲(chǔ)存

由于變性燃料乙醇有很強(qiáng)的溶解性，儲(chǔ)罐內(nèi)壁不宜采用涂料防腐，而要進(jìn)行噴鋁防腐。儲(chǔ)罐防腐的技術(shù)要求：(1)儲(chǔ)罐制造完畢，先檢查內(nèi)壁，焊縫應(yīng)平整，不得有焊渣、焊瘤和毛刺，法蘭接管內(nèi)緣等轉(zhuǎn)角處修磨成圓滑過(guò)渡，圓角半徑R≥5 mm；(2)搭設(shè)腳手架。罐內(nèi)搭設(shè)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(shè)備入口處搭設(shè)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(jī)氣壓為0.8 MPa，要在濕度＜80%、環(huán)境溫度達(dá)到露點(diǎn)溫度3 ℃以上方能施工，除銹等級(jí)達(dá)到Sa3級(jí)；(4)噴鋁防腐。噴涂用的鋁材應(yīng)滿足Al≥99.5%，噴砂與噴鋁間隔不得超過(guò)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(jié)合力要達(dá)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(chǔ)罐制備、存儲(chǔ)到輸送，都要防止水分進(jìn)入。儲(chǔ)罐頂部應(yīng)安裝帶有干燥劑的呼吸閥，防止大氣中的水分進(jìn)入；儲(chǔ)罐到乙醇裝卸區(qū)應(yīng)鋪設(shè)304材質(zhì)的不銹鋼管線，并用氮?dú)獯祾吒蓛簦苑拦芫€內(nèi)留存鐵銹、焊渣等機(jī)械雜質(zhì)。此外，罐外壁要標(biāo)明“變性燃料乙醇”“不能飲用”的警示標(biāo)識(shí)。

2 乙醇汽油在線調(diào)和工藝

乙醇汽油的調(diào)和方法有：(1)噴濺調(diào)和。將組分油和變性燃料乙醇按比例同時(shí)裝車，在裝車過(guò)程中完成調(diào)和；(2)罐車調(diào)和。將組分油和變性燃料乙醇分別裝入槽車，在運(yùn)輸過(guò)程中完成調(diào)和；(3)在線調(diào)和。組分油和變性燃料乙醇通過(guò)計(jì)算機(jī)及控制設(shè)備，在管線中完成調(diào)和。噴濺調(diào)和與罐車調(diào)和是由人工計(jì)算出各組分比例，然后進(jìn)行混合，依靠分子的擴(kuò)散性自行調(diào)和，存在不均勻、易分層現(xiàn)象，一次調(diào)成率較低，已逐漸淘汰。在線調(diào)和是集比例調(diào)節(jié)、在線質(zhì)量監(jiān)測(cè)于一體的控制系統(tǒng)，目前技術(shù)較成熟的廠家有Aspen、Yokogawa(橫河)、Honeywell等。乙醇汽油在線調(diào)和流程圖如圖1所示。

圖1 乙醇汽油在線調(diào)和流程圖

在線調(diào)和系統(tǒng)設(shè)置有流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥、分析小屋、調(diào)和控制柜、質(zhì)量預(yù)估控制軟件等。系統(tǒng)前期需要收集60個(gè)樣品的數(shù)據(jù)建立初級(jí)模型，根據(jù)數(shù)據(jù)模型來(lái)預(yù)測(cè)正在調(diào)和的成品汽油質(zhì)量，提前進(jìn)行比例調(diào)整，有效解決了在線分析滯后的問(wèn)題，確保整個(gè)批次產(chǎn)品質(zhì)量合格和成本最優(yōu)[2]。

3 乙醇汽油的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 乙醇汽油的優(yōu)點(diǎn)

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(dá)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(jìn)一步增強(qiáng)。此外，乙醇是優(yōu)良的有機(jī)溶劑，能有效清除汽車油箱和油路系統(tǒng)中沉積的雜質(zhì)，疏通油路系統(tǒng)。同時(shí)，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(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能不下降，需增大供油量。乙醇是極性物質(zhì)，親水性高于親油性，只要有微量水存在，乙醇就會(huì)與水一起從油相中分離出來(lái)，造成油品的儲(chǔ)存安定性變差。乙醇在燃燒過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生少量乙酸，該物質(zhì)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(huì)對(duì)橡膠件產(chǎn)生溶脹和龜裂作用，因此常規(guī)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(qiáng)的氯丁膠和硅橡膠材料。

4 乙醇汽油的產(chǎn)品質(zhì)量控制

國(guó)標(biāo)GB 18351—2017規(guī)定，車用乙醇汽油(E10)按RON分為89#、92#、95#和98#四個(gè)牌號(hào)。常見(jiàn)牌號(hào)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 車用乙醇汽油(E10)的技術(shù)要求

5 結(jié)語(yǔ)

在近幾年的乙醇汽油實(shí)際生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)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(diǎn)4個(gè)蒸發(fā)溫度和殘留量，為裝置側(cè)線指標(biāo)，銅片腐蝕、博士試驗(yàn)、溶劑膠質(zhì)、誘導(dǎo)期則是組分油必須滿足的先決條件，不是調(diào)和后路解決的問(wèn)題。乙醇汽油調(diào)和及運(yùn)輸過(guò)程中，重點(diǎn)控制好以下5個(gè)指標(biāo)：(1)水分。國(guó)標(biāo)規(guī)定水含量不大于0.2%，因?yàn)楫?dāng)水含量達(dá)0.3%以上，在-24 ℃時(shí)乙醇與水一起從油相中分離出來(lái)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能和尾氣排放產(chǎn)生不利影響。管控措施：一是在乙醇儲(chǔ)罐呼吸閥上加裝干燥劑；二是保證裝卸及運(yùn)輸過(guò)程中系統(tǒng)干凈、密閉；三是加快乙醇汽油運(yùn)轉(zhuǎn)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(nèi)控指標(biāo)比國(guó)標(biāo)高，如92#乙醇汽油，調(diào)和組分油RON就達(dá)91.0以上，再添加10%的高辛烷值變性燃料乙醇，整體RON進(jìn)一步提高。(3)蒸氣壓。乙醇在20 ℃時(shí)的蒸氣壓為5.86 kPa，遠(yuǎn)低于普通汽油，但乙醇會(huì)與汽油中某些組分存在共沸現(xiàn)象，因此加入變性燃料乙醇一般會(huì)使汽油蒸氣壓增加5～7 kPa，過(guò)高的蒸汽壓會(huì)導(dǎo)致車輛驅(qū)動(dòng)性能出問(wèn)題。一是要控制好組分油蒸汽壓，二是注意季節(jié)變化，國(guó)家要求夏季蒸汽壓不超過(guò)65 kPa。(4)氧含量。國(guó)標(biāo)規(guī)定氧含量不大于2.7%，其他含氧化合物不大于0.1%。在實(shí)際生產(chǎn)中，除乙醇外，少數(shù)廠家還會(huì)加入MTBE、謎化汽油的現(xiàn)象，因此要嚴(yán)控MTBE或其他含氧化合物的添加。(5)乙醇含量。早期國(guó)標(biāo)規(guī)定乙醇含量為9%～10.5%，抽檢合格率僅33%。一是調(diào)和系統(tǒng)分自動(dòng)、手動(dòng)兩種方式，很多調(diào)和人員不熟悉英文操作說(shuō)明，就采用手動(dòng)調(diào)和，導(dǎo)致各組分比例失衡。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間培訓(xùn)和摸索，現(xiàn)在都已采用自動(dòng)調(diào)和方式。二是國(guó)家質(zhì)監(jiān)總局于2003年將指標(biāo)修正為10%±2.0%，目前抽檢乙醇含量在9.86%～11.18%之間，符合質(zhì)量要求。