基本介紹
- 中文名：車用汽油
- 外文名：automotive gasoline
- 性質：用量最大的運輸燃料
- 作用：為點火式發動機燃料
- 發展方向：清潔汽油
- 最高標準：國V
發展歷程,提煉方法,分類,質量評價,抗爆性,蒸發性,安定性,中國標準現狀,發展趨勢,發展建議,
發展歷程
1959年我國發布了首份SYB1002-59《普通車用汽油》標準，當時車用汽油機的壓縮比普遍較低，僅有6.2～7.2，結合當時國內煉油實況，該標準按馬達法辛烷值將含鉛汽油牌號規定為56號、66號和70號。
改革開放以後，隨著我國汽車工業的發展以及進口車輛的大量湧入，汽車發動機的壓縮比普遍得到提高，推動我國車用汽油質量及其標準與時俱進。GB484-86《車用汽油》標準首次按照國際慣例，採用研究法辛烷值劃分90號和97號汽油，淘汰了低標號汽油，實現了汽油牌號與國際接軌。在隨後GB484-89《車用汽油》的修訂中，增設了93號含鉛汽油。這一階段，我國車用汽油標準的演變主要體現在辛烷值的升級：取消低標號，完成高標化。
考慮到含鉛汽油對發動機性能、人體健康和環境污染的危害，SH0041-1991《無鉛車用汽油》行業標準應運而生。
為了配合機動車排放法規的要求，加快推進車用汽油無鉛化步伐，改善空氣品質，2000年1月1日我國實施的GB17930-1999《車用無鉛汽油（Ⅱ）》要求停止生產含鉛汽油，同年7月1日停止銷售和使用含鉛汽油，這標誌著我國全面進入車用汽油無鉛化時代。該標準由於限制含鉛抗爆劑的添加，故將牌號依據研究法辛烷值調整為90號、93號和95號，汽油硫含量從1500μg/g以下限嚴至1000μg/g以下，並且首次限制了汽油烯烴、芳烴以及苯含量。
經歷低標化、高標化及無鉛化後，新世紀以來我國車用汽油已趨向清潔化。
隨著國家環保法規的相繼出台，煉油企業一系列技術改造與升級的推進，油品質量升級社會呼聲的高漲，在歷經三次較大幅度的修訂後，國Ⅴ車用汽油標準基本步入與已開發國家汽油標準同步的軌道（部分重要指標變化見上圖表）。
提煉方法
車用汽油汽油的一種。用量最大的運輸燃料。為點火式發動機燃料。原油經過蒸餾或重質烴類原料經過二次加工(熱轉化或催化轉化)得到的，並加有適量抗爆劑和抗氧防膠劑。沸程範圍從初餾點到乾點為205℃(215℃)的烴類混合物。也可以通過氣體原料加工製得類似的產品。
為提高其辛烷值(達到抗爆性指標要求)，有加入烷基鉛的，稱為含鉛汽油。由於烷基鉛污染環境，現汽油已趨向無鉛化。有些車用汽油內還加入含氧化合物(如醇和醚)，以降低發動機排出的有害物質。
分類
中國車用汽油有無鉛和含鉛的兩類。無鉛的辛烷值有90、93和95RON(研究法)三種。含鉛的辛烷值有90、93和97RON三種。其中90號的鉛含量不超過0.35g/L，93和97的鉛含量不超過0.45g/L。
車用汽油
車用汽油為防止油路發生氣阻，又不致影響汽油氣化，其蒸氣壓3月1日～8月31日不超過74kPa，9月1日～2月29日不超過88kPa。為保證儲存時的安定性，其中膠質在5mg/100ml以下，誘導期不少於480min，總硫含量0.15%(質量)，通過博士試驗合格，或硫醇性硫含量0.001%(質量)，還加入一定量抗氧劑、金屬鈍化劑、染料等。用於噴射式汽車發動機的車用汽油，還加入清淨性添加劑、燃油添加劑，以防止在噴嘴、進氣閥、排氣閥及氣缸內生成沉澱物，延長汽車配件的使用壽命。
質量評價
抗爆性
車用汽油抵禦爆燃的發生，保證正常燃燒的能力。車用汽油和空氣的混合氣在汽油機燃燒室中由火花塞發火點燃後，火焰應均衡穩定地傳播到整個燃燒室。若燃燒室內火焰前鋒尚未引燃的混合氣因過氧化物過濃而氧化急驟進行，以致自行著火，產生高溫、高壓、高速的壓力波，衝擊汽缸和活塞並發出金屬敲擊聲，即為爆燃。爆燃是一種非正常燃燒現象，會使發動機功率下降,燃料消耗增多,嚴重的還會損傷機件。引起發動機爆燃的一個主要原因是汽油抗爆性不好造成的。汽油的抗爆性用辛烷值表示，辛烷值有實驗辛烷值和道路辛烷值之分。後者是汽油在某一種汽車上表現的抗爆性，其量值因汽車類型而不同。前者是用標準試驗機測定，測定方法有馬達法和研究法。同一汽油的研究法辛烷值幾乎都比它的馬達法辛烷值高。中國、蘇聯和東歐國家多用馬達法，英、美和日本則用研究法。1970年以後有些國家用研究法辛烷值和馬達法辛烷值作為汽油的抗爆性指標，稱為抗爆指數。中國車用汽油按馬達法測定的辛烷值分為70、75、80和85等四種牌號。為了提高辛烷值，常在汽油中添加四乙基鉛，但使用含鉛汽油會產生鉛污染。60年代後期開始，為了淨化汽油機排氣中的一氧化碳、氮氧化合物和碳氫化合物等環境污染物質，有的汽油機安裝有排氣的催化淨化裝置。由於使用含鉛汽油會使催化淨化裝置的催化劑“中毒”,縮短其使用壽命,70年代起許多國家對汽油內四乙基鉛的添加量作了限制，並提倡用無鉛汽油。提高汽油機的壓縮比可獲得較高的熱效率，但容易發生爆燃。因此，壓縮比高的發動機要用辛烷值較高的汽油。
蒸發性
在一定溫度、壓力下汽油吸熱從液態轉變為氣態的能力。蒸發性取決於汽油的飽和蒸氣壓和餾分組成。汽油餾分可分為輕、中、重三部分，以初餾點和10%、50%、90%餾出溫度及終餾點控制其組成，使之能適應汽車在不同條件下運行的要求。汽油機的低溫起動性取決於汽油的飽和蒸氣壓和10%的餾出溫度或70℃的餾出量。汽油機在低溫季節走熱過程中，如果汽油蒸發性太差，常會出現怠速不穩、加速遲緩、抖動甚至熄火等不良現象。走熱需時的長短，取決於汽油的50%餾出溫度，有的國家也用35%餾出溫度來評價。餾出溫度低，則走熱需時短。但汽油的蒸發性過強，易在油路中引起氣阻和化油器結霜現象。汽油的90%餾出溫度和終餾溫度過高，表明汽油不易完全氣化，會引起各缸汽油分配不勻，燃燒不完全，燃燒室發生積炭等問題。為適應不同氣候條件下的需要，抗爆性相同的汽油有蒸發性等級不同或冬用和復用兩種產品供選擇。
安定性
汽油在一定的外界條件下抵抗氧化作用的能力。簡稱安定性。汽油在貯存中會氧化生成膠質和腐蝕性氧化物。膠質沉積在汽車的燃料供給系統中會使供油量減少，發動機功率下降；膠質沉積在進氣系統，會粘連進氣門桿與導管，妨礙氣門工作。膠質燃燒困難，其危害更甚於重餾分。含有裂化組分的汽油都要加入抗氧防膠劑和金屬鈍化劑，以改善汽油的安定性；有時還用汽油清淨劑來抑制化油器和進氣系統中的沉積物。
中國標準現狀
依據歐美日等國外車用汽油標準的歷史沿革，為了滿足第Ⅳ、Ⅴ階段機動車排放法規的要求，進一步落實國務院頒布的《大氣污染防治行動計畫》，更好地保證先進汽油車技術在道路車輛上的套用，有效促進車用汽油清潔化的進程，減少機動車排放污染，改善空氣品質，我國現階段正在實施的是
2013年12月18日發布的GB17930-2013《車用汽油（Ⅴ）》標準。將於2018年1月1日全國範圍內強制實施的該標準突出的亮點是硫含量、錳含量和烯烴含量的降低、蒸汽壓和牌號的調整以及密度指標的增設。使用符合國Ⅴ汽油標準的車輛，NOx和PM排放量將分別減少25%和80%，整體排放可減少10%～15%，這無疑對保護環境，緩解大氣污染具有重要意義。
發展趨勢
1、硫含量
我國和已開發國家車用汽油清潔化的重點是脫硫，向著生產超低硫、零排放汽油的方向發展。汽油硫含量高，不僅降低三元催化器中催化劑的轉化率，損害加熱型廢氣氧感測器的靈敏度；而且增加配有催化器的汽車污染物的排放。國外對燃油組分、性能影響排放的規律進行的大量研究表明：降低汽油硫含量，各種不同技術汽車的排放顯著下降。
2、烯烴含量、芳烴含量、苯含量
我國車用汽油烯烴含量呈逐步降低態勢，芳烴含量相對穩定，經調整後的苯含量已達到國際先進
水平；參照歐美日，預計今後我國汽油烯烴含量、芳烴含量將繼續趨嚴調整。汽油烯烴、芳烴是高辛烷值有益組分，由於烯烴的熱不穩定性，蒸發會造成光化學污染，易在發動機進氣系統中形成沉積物，燃燒則增加有毒物質的排放；芳烴燃燒則加劇沉積物在發動機燃燒室中的形成，增加HC、NOx，尤其是苯等有毒有害尾氣的排放。苯是催化重整汽油中具有高辛烷值的組分，也是公認的致癌物質，各國通過加嚴限制汽油苯含量以減少人類與苯接觸的機會。汽油烴組成與尾氣排放關係密切，1992年美國“Auto-Oil”項目研究發現，當汽油烯烴體積分數從20%降至5%時，NOx和丁二烯的排放分別減少6%和30%，芳烴體積分數從45%降至20%時，CO、HC和苯的排放分別減少13.6%、6.3%和42%。故國Ⅴ保持汽油烯烴體積分數在24%以下，芳烴體積分數在40%以下，苯體積分數在1%以下。
3、氧含量
直到2006年，我國頒布的GB17930-2006《車用汽油》才首次設定汽油氧含量，滯後於已開發國家。加入適量的有機含氧化合物不僅有助於提高汽油辛烷值和氧含量，而且有利於改善汽油燃燒性能，降低CO和烴類的排放。然而，包括MTBE、乙醇在內的含氧化合物的體積熱值較烴類汽油要低，難以保證汽車單位燃料的行程里數，大量加入因富氧干擾閉環控制，造成三元催化轉化器的效率降低，從而影響汽車發動機的性能。因此，歐盟與我國現行標準均要求汽油氧質量分數在2.7%以下。
4、鉛含量、錳含量
2000年以後，我國車用汽油標準鉛含量一直保持5mg/L以下，並不斷降低汽油錳含量，預計今後將更加嚴格。儘管添加一定量的四乙基鉛，可以提高汽油辛烷值，改善燃燒抗爆性，但隨之而來的副作用讓我們得不償失。無鉛汽油的普及從根本上解決了車輛尾氣鉛污染問題，不僅有效控制了鉛化合物的排放，對保障人類、尤其是兒童健康、減輕環境污染具有積極作用；而且避免了因富鉛而導致發動機零件的腐蝕與磨損。
MMT是在汽油無鉛化進程中發展起來的一種可以替代四乙基鉛的汽油抗爆添加劑，適量添加MMT，可以提高汽油辛烷值，改善燃燒抗爆性，一定程度上緩解了國內高辛烷值汽油組分不足的壓力[23]。然而由於汽油MMT添加量的不甚合理，其燃燒產物大部分殘留在尾氣排放系統內部，沉積在氣門、火花塞、燃燒室壁面、氧感測器和催化器等零件表面，引起火花塞點火故障、催化器堵塞等車輛損壞事故[24-25]。因此，國Ⅴ標準要求汽油錳含量2mg/L以下，並禁止人為加入含錳添加劑。
5、辛烷值
我國車用汽油辛烷值呈先升高再微降的趨勢。目前，在我國煉廠缺乏生產高辛烷值汽油有利組分的技術背景下，隨著清潔汽油脫硫限錳、低芳降烯的加嚴生產，原有的高標號汽油不可避免地適度趨低調整。
考慮到汽車工業的發展，國Ⅴ標準規範性附錄了98號車用汽油的指標要求。儘管高辛烷值汽油的抗爆性較好，但就目前情況，我們結合不同發動機的排放性、動力性、燃燒性以及燃油經濟性來綜合考慮：在滿足發動機抗爆要求的前提下，經過最佳化燃燒室設計，安裝爆震反饋系統的發動機對燃料高辛烷值的要求略有下降。然而長遠的看，如何提高清潔汽油辛烷值畢竟是目前擺在國內煉廠面前的一個值得深入探索的重要課題。
6、蒸汽壓、餾程、密度
我國汽油蒸汽壓逐步趨於合理化，餾程維持不變，密度指標首次增設。
蒸汽壓指標與汽油的蒸發排放和發動機的啟動性密切相關：蒸汽壓過高，汽油損失的揮發性有機物增多，不僅油耗增大，而且油蒸汽在油路中易形成氣阻，造成發動機斷火，影響正常工作；蒸汽壓過低，尤其在氣溫較低的地域，發動機難以保證良好的啟動性和燃燒性。所以國Ⅴ標準規定：11月1日至4月30日，蒸汽壓為45kPa～85kPa，5月1日至10月31日，蒸汽壓為40kPa～65kPa。
表征汽油重質組分的T90過高，燃油燃燒不完全，油耗增加、氣缸積炭增多；未充分燃燒的燃油甚至流入曲軸箱稀釋潤滑油，加劇機件磨損。研究表明，降低T90有助於HC排放和臭氧濃度的下降。新增設汽油密度指標，是為了進一步確保車輛燃油經濟性的相對穩定。
發展建議
1、制定符合國情的車用汽油標準
建議我國結合地理、自然環境，道路交通、城市建設等特點，根據市場供求、經濟能力，充分考慮煉油、汽車工業現狀，在進行大量實驗的基礎上，逐步完善符合國情的車用汽油標準，以確保尾氣排放滿足排放法規。
建議依據各地區的財政、污染等實際情況，分區域、分步驟執行階段性汽油標準。建議我國煉油、汽車及環保等部門共同開展車油研究工作，提出油品質量和車輛排放的可行性方案，規劃油品質量標準升級戰略藍圖，保障油品、汽車和環保協調發展。
2、落實質量監管、理順價格機制
建議出台明確的油品供應過渡期方案，落實車用汽油過渡期實際供應，體現設定過渡期的有效性。建議加強對油品生產、批發、運輸和銷售等環節的監管，確保市售油品質量達標，切實保護消費者權益。
國Ⅴ的實施必然抬高油品的生產成本，價格槓桿成為關鍵因素，建議理順成品油價格機制，充分利用市場競爭提高油品質量、實現油品“優質優價”，通過價格調節最最佳化的供求關係。
3、調整煉廠裝置結構、改善汽油調和組分構成
儘管我國煉油工業發展迅猛，但國內清潔汽油生產及其質量標準升級面臨著原油二次加工裝置比例失調和汽油調和組分不均衡的壓力。我國煉廠生產清潔汽油有利組分的重整、烷基化、異構化等汽油組成所占份額較低，和國外相比，差距明顯。
近年來，在經濟能力允許的條件下，我國通過適當的新建裝置和改造舊有裝置來升級汽油質量：生產FCC汽油的比例從2000年的35.7%下降到2010年的28.4%；相應地，催化重整、加氫處理以及加氫精制占比分別由6.2%、4.5%、14.9%提高到9.5%、11.3%、37.7%。雖然生產優質汽油有利調合組分的比例有所增加，但整體上還是偏低。
因此，我國在調整煉廠裝置結構方面，仍需進一步擴大重整裝置的規模和比例，提高烷基化、異構化、醚類等清潔汽油調和組分的產能。
4、普及具有自主智慧財產權的清潔汽油核心技術
未來一段時期，FCC汽油仍將是我國汽油的主要調和組分，生產清潔汽油應重點解決FCC汽油硫含量、烯烴含量高，辛烷值分布差的難題[37]。採取催化原料預處理、FCC汽油精製以及預處理與後處理相結合的三種方式是生產清潔汽油的主要手段，目前先進的FCC汽油Prime-G+加氫脫硫技術、S-Zorb吸附脫硫技術是生產國Ⅴ汽油最為成熟的工藝。
然而，進一步降硫限錳造成汽油辛烷值不足的難題亟待解決。因此，採用最佳化組合工藝（蠟油加氫裂化-催化重整、催化裂化原料加氫預處理-催化裂化-汽油後精製、液化氣芳構化等），研發具有自主智慧財產權的生產烷基化油、異構化油及醚類等生產高辛烷值汽油有益調和組分的核心技術尤為重要。推廣高新技術工業化套用，實現低成本油品質量升級才是關鍵。
