变性剂在燃料乙醇生产和应用中的问题

变性剂在燃料乙醇生产和应用中的问题

图1显示了从生产到应用的燃料乙醇整个过程。在燃料乙醇发酵生产或合成生产中,蒸馏后得到浓度为95%左右的乙醇;通过进一步脱水,即得到水分含量(体积分数)小于0.8%的燃料乙醇;再往燃料乙醇中添加变性剂,使其成为变性燃料乙醇(即燃料乙醇成品);最后,把燃料乙醇成品运输到混配中心,进入应用领域。在燃料乙醇中,甲醇、杂醇等成分的限定指标大于食用酒精,为防止燃料乙醇被误食用,在燃料乙醇生产的最后环节,须在无水乙醇中加变性剂,使其成为变性燃料乙醇。加入变性剂的燃料乙醇,颜色或气味与食用酒精有明显区别,但不影响燃料乙醇的使用性能。用作燃料乙醇变性剂的溶剂,通常为煤油和无铅汽油等。目前,广泛使用的变性剂是符合“车用无铅汽油”(GB17930-1999)质量标准的无铅汽油。我国国家标准“变性燃料乙醇”(GB18350-2001)与美国试验与材料协会标准“与汽油混合用作车用点燃式发动机燃料的变性乙醇标准规格”(ASTMD4806-99)的主要差异:(1)我国标准规定,水含量不得超过0.8%(体积分数),严于美国标准所规定的最大水含量1.0%(体积分数);(2)只允许使用符合“车用无铅汽油”(GB17930-1999)质量标准的无铅汽油作变性剂;(3)我国标准修改了铜含量限制指标的计量单位,由不超过0.lmg/kg改为不超过0.08mg/L。我国相关标准中,对燃料乙醇水分含量都有严格的要求。国家标准“变性燃料乙醇”(GB18350-2001)中规定,变性燃料乙醇中水分含量不得大于0.8%;车用乙醇汽油中只允许加入体积分数(10±0.5)%的变性燃料乙醇,水分含量不得大于0.5%。车用乙醇汽油的其他标准要求与“车用乙醇汽油”(GB17930-1999)的指标一致。限制燃料乙醇水分含量的主要目的,是防止乙醇与汽油分层。因为在有水存在情况下,乙醇容易从汽油中分离,进而影响燃料乙醇的使用效果,所以在燃料乙醇储存和运输过程中,要特别注意防水。1燃料乙醇的长距离输送1.1成品罐区、小型固定顶罐和催化剂化工产品的储存方式一般分为整装储存和散装储存。整装储存是将成品灌装在小型容器(桶、听)内,在产品运销过程中,包装容器随同产品一起出厂、运输,直至送抵用户。这种储存方式主要用于生产批量小、产品质量要求高的特种产品。散装储存是在固定安装的储罐内储存产品,而这些储罐不参与产品运销行为,只起输转和短期储存的作用,以维持生产的连续运转。变性燃料乙醇的储存主要采用散装储存的方式。燃料乙醇生产厂的物品周转量大,品种多,为了便于管理,通常将性质相近的物品储罐布置在一个相对集中的区域内,组成原料罐区、中间原料罐区和成品罐区。变性燃料乙醇储存在成品罐区。该罐区还兼有变性燃料乙醇调和、成品自流发放等功能。燃料乙醇生产需要较大规模的成品储存罐区,以储备燃料乙醇与变性燃料乙醇。成品储存罐区的主要设施是成品储罐。为防止乙醇的蒸发及对大气污染,变性燃料乙醇储罐,通常采用带有二次密封的内浮顶罐。对罐容≤100m3的储罐,也可采用低压小型固定顶罐或卧式罐储存。采用低压小型固定顶罐时,应在罐顶安装正压6900Pa、负压430Pa的呼吸阀。在燃料乙醇、变性燃料乙醇储存环节要注意如下事项:(1)要求变性燃料乙醇储罐及管线的内部干净,一般宜使用新储罐;(2)罐内不宜应用一般防腐涂料,应采用不能被乙醇溶解且不污染变性燃料乙醇的涂料;(3)变性燃料乙醇储存时间不宜超过7d;(4)变性燃料乙醇的储存要防水,储罐上应装防止水分进入的负压呼吸阀,保证储罐内外的压力平衡;在呼吸阀的进出口设置带有干燥剂的干燥装置,防止外部水分吸入及罐内变性燃料乙醇的蒸发;(5)在成品罐区,要特别注意防火灾、防泄漏,根据规范设置防火堤、消火栓及消防系统,采取防雷、防静电、安全监视等一系列保安措施,以保证绝对安全。1.2内浮顶罐和浮顶罐的组合及用量范围初选储罐个数和单体容量的基本原则:(1)储罐个数应能满足同时作业的工艺操作需要,并留有适当的备用余地;(2)燃料乙醇与变性燃料乙醇储罐可以相互借用,以减少储罐数量,增大单罐容量,节省建设投资和材料消耗;(3)尽量减少容量不同的单罐种类。根据设计工艺条件(介质的性质、容量、操作方式)、场地条件(位置、环境温度、雪载荷、风载荷、地震载荷、地基等)、施工及经济条件(施工方便性、设备造价、材料耗量等)选择储罐形式,进行综合设计。浮顶罐分为浮顶储罐和内浮顶储罐两类。根据浮顶结构形式的不同,浮顶罐浮顶分为单盘式、双盘式、浮子式等多种形式。内浮顶罐是装有浮盘的拱顶罐。美国石油学会(API)定义有内浮钢盘的浮顶罐为带盖的浮顶罐,而把内浮盘为铝或非金属盘的浮顶罐称之为内浮顶罐,我国统称为内浮顶罐。内浮顶罐兼有拱顶罐的防雨、防尘和浮顶罐的蒸发损耗低的优点,燃料乙醇、变性燃料乙醇及乙醇汽油的储存大都采用内浮顶罐。(1)内浮顶罐内浮顶储罐的结构如图2所示。这种储罐是在固定顶罐内部再加上一个浮动顶盖,主要由罐体、内浮盘、密封装置、导向和防转装置、静电导线、通气孔、高液位警报器等组成。除钢板外,内浮盘材料还有铝板、玻璃钢、硬泡沫塑料以及各种复合材料等。采用铝板材料可防止污染储液,采用合成材料能节约钢材,重量轻。内浮盘不会沉没,耐腐蚀性能好。内浮顶罐不是固定顶罐和浮顶罐结构的简单叠加,与浮顶罐相比,它具有如下独特优点。(1)全天候使用。因上部有固定顶,能有效地防止风沙、雨雪或灰尘污染储液,在各种气候条件下都能正常操作。在寒冷多雪、风沙较盛、炎热多雨地区,用内浮顶罐储存严禁污染的储液特别有利,可以绝对保证储液的质量,因此有“全天候储罐”之称。(2)降低蒸发损耗。由于固定顶盖的遮挡以及固定顶盖与内浮盖之间空气层的存在,内浮顶罐有比双盘式浮顶更为显著的隔热效果,可以进一步降低蒸发损耗。(3)结构简单,施工方便。由于内浮顶罐的浮盘不像浮顶罐那样上部敞开,因此不可能有雨雪载荷,浮盘上负荷小、结构简单、轻便,同时在储罐构造上可以省去中央排水管、转动浮梯、挡雨板等,易于施工和维护。密封部分的材料可以避免由于日光照射而老化。(4)节省钢材。公称容量在10000m3以下的储罐,内浮顶储罐比浮顶储罐的耗钢量少。但是,与拱顶罐相比,内浮顶罐的钢材耗量多,施工要求高;与浮顶罐相比,内浮顶罐密封结构的检查维修不便,储罐容量不易大型化,一般不超过10000m3。(2)卧式圆柱形罐卧式圆柱形罐简称卧式罐。在实际应用中,其容量一般不超过120m3,常用容量是50m3或更小,承压能力范围很宽,为0.01~4.0MPa,适宜在各种工艺条件下工作,便于运输和搬迁,机动性强。卧式罐主要由筒体和封头(端盖)两部分组成,卧式罐通常放置在两个对称的鞍式支座上。卧式圆柱形罐常用平封头和碟形封头两种。平封头卧罐承压能力较低,一般用作常压储罐;碟形封头受力状态好,常用于压力容器。为增强卧式罐筒体的强度和稳定性,在鞍座处焊有加强板或加强圈。当卧罐直径大于3m时,在加强圈上,还要设三角支撑。卧式罐的筒体由若干节罐圈焊接而成,罐圈本身的焊缝,即筒体的轴向焊缝为对接,各罐圈间的环向焊缝可以采用搭接焊接、对接焊缝。采用搭接焊接时,罐圈节数应取单数,且各罐圈间交互式排列。卧式罐的附件一般有进出液管、人孔、量油孔、排污与放水管、呼吸间或通气管等,其作用与立式储罐附件的作用相同。2燃料乙醇的运输2.1运输方式的选择根据燃料乙醇生产企业的地理环境和运输条件,进出厂的原料和产品可采用管道、铁路、水路和公路等运输方式。按照产品的包装方式,变性燃料乙醇的运输,可分为散装运输和整装运输。散装运输的包装容器仅作为运载工具,不参与产品交易,例如,利用船、铁路罐车、汽车罐车输送。散装运输方式具有批量大、运载工具可反复使用等优点,但产品在周转和运输过程经常是非密闭的,自然损耗较大,而且产品容易受到污染而造成质量下降。因此,散装运输方式主要用于大宗产品。整装运输是将产品装在桶、听等密闭容器中运输,这些容器可作为包装直接进入交易。整装运输方式主要用于小批量生产的产品和质量要求较高的产品。变性燃料乙醇从生产企业向混配中心的发送方式,有用铁路槽车、汽车罐车和内河船的输送方式,基于燃料乙醇的特殊性,要防止水分进入,因此不宜采用管道运输。汽车罐车运输是燃料乙醇厂成品外运的主要方式。变性燃料乙醇的储罐车透气管要设置空气干燥器,也可购进乙醇汽油专用储罐车。变性燃料乙醇接卸前,应检测水含量、酸度和pH值。变性燃料乙醇计量验收的注意事项与汽油基本相同。须特别注意避免水分侵入。2.2燃料乙醇罐车的使用和装卸铁路散装运输的装卸作业在铁路专用线上进行,主要装卸作业设施有装(卸)液鹤管、泵及其管路系统、零位储罐和装卸栈台等。(1)铁路罐车燃料乙醇的铁路运输需要专用罐车。该种燃料乙醇铁路运输专用罐车,可由铁路部门设计、制造、运营、检定、维修和统一管理。只有一小部分企业可自备车辆,这些罐车由使用企业自行购买、使用。目前,国内主型罐车的有效容积为50m3及60m3,总长度在10m左右。燃料乙醇罐车需设置带干燥装置的呼吸阀。为方便操作工人登上罐车操作,需要设置装卸栈台。在装卸栈台上,装卸人员可以启闭罐车人孔盖、检尺计量、取样化验和操纵鹤管对位等。(2)装卸鹤管装卸鹤管是铁路罐车进行装卸油料作业的专用设备。按照其适用的作业性质,鹤管可分为装油鹤管、卸油鹤管及同时适用于两种作业的装卸鹤管。按照鹤管口径的大小,可分为大鹤管(DN200)和小鹤管(DN100)两种。2.3罐内带孔口的布置(1)汽车罐车汽车罐车是变性燃料乙醇散装公路运输的主要工具。汽车罐车的种类繁多,载重量为2~20t。根据罐的形状,有圆柱形和椭圆柱形两种。国产汽车罐车只有一个液舱,罐内设有两个带孔的挡板,把储罐分隔成3个可以相通的隔舱,以减轻储液在运输时的水力冲击。罐上装有量液口、人孔、呼吸阀、安全阀、排液阀等附件。(2)装车鹤管汽车罐车的装车鹤管与铁路罐车的相似,公称直径为DN80或DN50,有的用手动操作,也有的用气动操作;有敞口喷溅式、敞口浸没式和密闭浸没式等类型。汽车罐车的装车,可分为上装和下装两种方式。汽车罐车的卸液,也可分为抽(压)送和自流两种方式。储罐汽车的加液车上带有泵和流量计。储罐汽车的运输车上没有泵,只能靠自流将油料卸入用户的低位罐。3燃料乙醇的蒸发减少变性燃料乙醇储运损耗包括蒸发损耗、装车损耗,储运放空损耗、清罐损耗和跑、冒、滴、漏及其他各种损耗。乙醇蒸发不仅污染环境,易引发火灾事故,危害公共安全,而且还使变性燃料乙醇质量降低、数量减少,造成经济损失。为减少储运损耗,要求做到以下几点:(1)正确选择储罐类型,国内外试验和实测证明,与拱顶储罐相比,采用内浮顶罐或外浮顶罐(胆浮顶罐)储存变性燃料乙醇,可以降低损耗80%以上;(2)建立健全规章制度,严格执行操作规程,强化工艺管理,加强设备维护保养;(3)保证储罐的密封装置、呼吸阀、安全阀等完好;定期进行检查,保持储罐在高液位储存;采用密闭装车,降低装车