基本介紹
- 中文名：高級汽油
- 外文名：high-octane petrol
- 組成：汽油、高辛烷值、阻燃劑
汽油抗爆劑,爆震及其成因,抗爆劑抗爆機理,金屬有灰類抗爆劑,有機無灰類抗爆劑,汽油助燃劑,
向石油分餾後得到的不同品質汽油中加入抗爆劑和燃燒助劑後所得到的汽油即可成為高級汽油。高級汽油與汽油（由石油煉製得到的直餾汽油組分、催化裂化汽油組分、催化重整汽油組分等不同汽油組分經精製後與高辛烷值組分經調和而成）最大的優勢在於前者可以更好的在發動機內燃燒、獲得更大的動力以及更好的保護髮動機內部構件。
汽油抗爆劑
隨著現代汽車工業的發展，汽車發動機的壓縮比不斷增加，而低辛烷值的汽油在高壓縮比條件下極易產生爆震。爆震的危害很大，普通的爆震，可使發動機功率及熱效率降低、加重積碳導致發動機運轉不穩定，造成排放不合格;強烈爆震，會使金屬變軟、熔化或燒損。因此，需用更高辛烷值的汽油來避免爆震的產生。
提高汽油辛烷值的方法，可以通過發展催化重整及芳構化技術，以及醚化、烷基化、異構化等工藝，調整汽油組成。也可以添加汽油辛烷值促進劑（俗稱抗爆劑）等添加劑。由於前者涉及到煉製工藝的改進，存在著工藝複雜、投資巨大的問題;而後者，既有效，又經濟。所以，辛烷值促進劑受到了煉油廠家的青睞。
爆震及其成因
汽油發動機產生爆震，很大程度上與燃料性質有關，如果汽油很易氧化，形成的過氧化物不易分解，自燃點低，就很容易發生爆震現象。在正常情況下，當汽油蒸氣和空氣的混合氣體在氣缸中被壓縮時，溫度也隨著上升，一經電火花點燃，便以火花為中心，逐層發火燃燒，平穩地向未燃區傳播，此時，汽缸內的溫度、壓力變化均勻，發動機處於良好的工作狀態。但是，使用低辛烷值的汽油時，油氣混合物被壓縮點燃後，在火焰尚未傳播到的地方，就已經形成了大量不穩定的過氧化物，並形成了多個燃燒中心，
同時猛烈爆炸燃燒，產生強大衝擊波，猛烈撞擊活塞頭和氣缸，發出金屬敲擊聲。
抗爆劑抗爆機理
目前，普遍認同的抗爆機理是抗爆劑組分和焰前反應的活性物過氧化物反應，分解之，從而延長反應誘導期，將燃料燃燒的速度控制在正常範圍內，使燃料平穩正常燃燒，避免爆震。以典型的甲基環戊二烯三羰基錳(MMT)為例，其抗爆原理如下式：
抗爆劑反應機理圖首先MMT分解出Mn4+，接著Mn4+和氧氣作用生成MnO2，最後在二氧化錳作用下，焰前反應的活性物過氧化物分解，避免了爆震的產生。
金屬有灰類抗爆劑
汽油辛烷值促進劑的套用現狀按照成分是否含有金屬元素，可將其分為金屬有灰類和有機無灰類兩大類。烷基鉛、鐵基化合物、錳基化合物連同後來有人研究的稀土羧酸鹽等，統稱為金屬有灰類。金屬有灰類促進劑能有效提高汽油的抗爆性，但由於燃燒後殘留物危害發動機缸體，很多國家已經禁止使用，我國已經限制使用。近一段時期以來，汽油辛烷值促進劑的開發研究一直朝著有機無灰類方向發展。有機無灰類主要包括一些醚類、醇類、酯類等。 金屬有灰類辛烷值促進劑是人類最早使用的產品，其中四乙基鉛(TEL)、二茂鐵、甲基環戊二烯三羰基錳等是其典型代表。
1、四乙基鉛
四乙基鉛是第一個商業化的辛烷值促進劑，1923年四乙基鉛開始在汽油中大量使用，成為世界範圍普遍使用的辛烷值改進劑。1960年後又出現了四甲基鉛，其和四乙基鉛作為主要的促辛劑占領了大部分國際市場。
四乙基鉛的合成工藝簡單、成本低廉，且抗爆效率高。但四乙基鉛有劇毒，含鉛的燃燒廢氣是大氣中鉛污染的主要來源。大氣中的鉛會通過呼吸道及食物鏈進入人體，使人體鉛含量增高，繼而因積累作用，逐步危及腎臟和神經系統。大量研究已完全證實，大城市的居民身體中血鉛含量與含鉛汽油的使用量是密切相關的。固態的一氧化鉛和金屬鉛還會在發動機內迅速累積，污染汽車催化轉換器內的催化劑，轉化器失去其應有的功能。因此，從19世紀80年代起，各國開始用無鉛汽油逐漸取代有鉛汽油。
2、甲基環戊二烯三羰基錳
1953年，美國Ethyl公司研發甲基環戊二烯三羰基錳(MMT)獲得成功，1958年開始，作為四乙基鉛的輔助添加劑進入了抗爆劑市場。1977年，由於清潔法案 提出使用MMT會引起新車排放系統故障而開始在美國禁用，1995年美國抗訴法院裁定，美國環保署無權對MMT立法禁用，自此MMT在美國成為合法的汽油添加劑。2003年，澳大利亞國家工業化學品通告評估署報告指出，MMT是一種高毒性物質。其他研究也表明，其對細胞特別是多巴胺能PC-12細胞有毒害作用，毒代動力學研究表明，老鼠血液可吸收純的MMT是無機錳的37倍。長期慢性暴露於MMT環境中，可引起肝臟和腎臟損害，這對於某些特殊職業者會造成錳中毒，症狀類似於帕金森氏症。因此，這些職業的人群需要採取一定保護措施。美國環境保護署的研究表明，人體對攝入的錳在很大範圍內有分解代謝機制，空氣中錳含量濃度低於0.05 mg Mn/L時，對人體即使嬰幼兒和老人的健康不會構成威脅。當前普遍認為，合理控制汽油中錳的含量其利大於弊，我國允許在一定濃度範圍內添加，目前國Ⅲ標準要求成品油中錳含量不大於16 mg/L。
3、二茂鐵
二茂鐵可溶解於大部分有機溶劑，它用作辛烷值促進劑，具有良好的抗爆、消煙功能。但二茂鐵對汽油發動機腐蝕嚴重，同時燃燒後生成的氧化鐵沉積在發動機的火花塞上，不僅影響發動機的啟動，而且會造成發動機磨損，目前已經禁用。
4、其它有機金屬抗爆劑
四乙基鉛、甲基環戊二烯三羰基錳和二茂鐵是金屬有灰類抗爆劑中效能優良的辛烷值促進劑，曾在各國廣泛套用，但在使用過程中出現了各種各樣的問題，期間也出現了各種其它種類的有機金屬抗爆劑。其中以有機鹼金屬類研究的居多。鹼金屬類有機抗爆劑分為鹼金屬羧酸鹽和鹼金屬酚鹽兩類。有報導指出，無環帶支鏈的伯碳羧酸、仲碳羧酸、叔碳羧酸的鋰鹽，均具有良好的抗爆性。杜邦公司專利報導了含氮鹼金屬羧酸鹽抗爆劑、含二烷氧基甲酸鹼金屬鹽抗爆劑和含烷氧基羧酸鋰的鹼金屬抗爆劑，抗爆性能良好，其中對於90#車用汽油，N，N-二苯基甲酸鈉添加量為汽油質量0.2%。
有機無灰類抗爆劑
該類促進劑主要是含氧有機化合物和含氮有機化合物，主要代表性物質有甲基叔丁基醚(MTBE)、甲醇、碳酸二甲酯(DMC)、氮甲基苯胺等。和金屬類相比，有機無灰類促辛劑添加劑量相對較大，一般的，汽油中MMT添加劑量為10~6級，而MTBE添加劑量為10~2級，二者相差104，從這一數據可以看出，MMT抗爆效率要高於MTBE數千倍之多，但是有機無灰類促辛劑也有金屬類無可比擬的優點，即燃燒後不會在發動機內沉積。以下是幾種典型的有機無灰類辛烷值促進劑。
1、甲基叔丁基醚
20世紀70年代，甲基叔丁基醚作為提高辛烷值的調和組分開始被人們注意，後來作為甲基環戊二烯三羰基錳和四乙基鉛的替代品，在世界範圍內廣泛使用。它不僅能有效提高汽油辛烷值，而且還能改善汽車性能，降低尾氣中一氧化碳含量，同時降低汽油生產成本。MTBE套用至今，需求量、消費量一直處於高增長狀態，其生產技術也日趨成熟。但MTBE極易穿過土壤，進入地下飲用水系統，性質穩定、較難分解，還會對人的腸胃、肝臟、腎臟和神經系統以及生態環境等造成一定程度的危害。因此，1996年由於飲用水中MTBE含量超標，美國Santa Monica 市50%的供水系統關閉。1999年美國加利福尼亞空氣資源委員會規定，從2002年12月31日起，禁止加州新配方汽油中使用MTBE，後推遲一年，到2003年12月31日起實行。之後紐約州也簽署法案規定，2004年起禁止使用MTBE。2010年美國已經全面禁用MTBE，禁用後積極推廣乙醇汽油、聚異丁烯等。我國目前對MTBE加量沒有限制，但受氧含量限制，一般加量在10%以內，辛烷值提升幅度為1～2個單位。此外，被用作抗爆劑的醚類物質還有二異丙醚、叔戊基甲基醚、乙基叔丁基醚等。
2、醇類
甲醇、乙醇、丙醇和叔丁醇等都已被用作汽油添加劑，其不僅有價格優勢，而且用於高壓縮比的汽車發動機，可以大大提高其熱效率，促辛性能與MTBE相似，尤其是可降低CO、NOx和THC（總碳氫）的排放，具有優良的排放性能，使其具有很大的市場潛力。早在20世紀二三十年代，美國和巴西就已經開始推廣使用乙醇汽油，是乙醇汽油的兩大消費大國。我國從2003年開始，陸續在黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽、河北、山東、江蘇、湖北等27個城市推廣E10乙醇汽油，目前國家已經確定在河南、吉林和黑龍江試點生產和使用乙醇汽油。據報導，一般情況下，汽油中加入體積比為10%的乙醇，辛烷值提高2～3個單位，雷德蒸汽壓也有明顯提高。較低的蒸發熱和遠低於甲醇的毒性，使其具有很大的市場競爭力。據國家汽車研究中心對乙醇汽油所作的發動機台架試驗和行車實驗結果，在現有發動機不做任何改動前提下，燃燒後產物中CO、碳氫化合物和NOx排放都有減少。但是乙醇汽油有輕微的吸濕性，這使其具有一定的腐蝕性，因此對發動機油有更高要求，且其熱值低於普通汽油，因此燃油消耗量大。
3、碳酸二甲酯
碳酸二甲酯是目前最受關注的酯類促進劑，其馬達法辛烷值(MON)和研究法辛烷值(RON)分別為97和110，比MTBE稍低。目前，關於DMC作為汽油抗爆劑處於實驗室研究階段，尚無作為清潔汽油辛烷值添加劑工業套用的報導。報導稱，DMC對直餾汽油的感受性遠高於辛烷值較高的催化裂化汽油，直餾汽油添加體積分數為3%～6%的DMC，其RON提高1.5～3.0個單位，催化裂化汽油加入相同體積的DMC，RON相應增加0.6～1.2個單位。被作為抗爆劑組分研究的酯類還有丙二酸酯、磷酸酯、二元羧酸的芳基酯、含烷基或烷氧基的異丁酸酯等。
4、氮甲基苯胺
氮甲基苯胺是胺類抗爆劑中的典型代表，其在德國曾以凱洛莫爾(Keromell)MMA的商品名作為抗爆劑出售過。文獻報導了以氮甲基苯胺作為抗爆劑使用的情況。汽油中氮甲基苯胺加入體積量0.5%~5%，由於汽油組成等性質差異，RON可提高1.7～15個單位不等。N-甲基苯胺作為汽油抗爆劑最大的弊端是其會降低汽油的燃燒速度，這個問題可通過給N-甲基苯胺中加入甲苯來克服。AldoAutomotive公司在N-甲基苯胺中加入15%的甲苯，按體積比5%加入汽油中可以使其辛烷值提高3~5個單位。此外N-甲基苯胺是衛生部門列出的高毒化合物之一，侵入人體後會造成組織缺氧，對中樞神經系統、腎臟和肝臟等造成損害。目前，中石油、中石化已經禁止在成品油中添加N-甲基苯胺。
5、其他有機無灰類抗爆劑除上述4種外，對醯胺、苯酚、曼尼烯鹼等有機無灰類抗爆劑的抗爆性研究表明，甲醯胺及其衍生物的抗爆性優於相應的胺，對位取代單酚抗爆性優於多取代酚，曼尼烯鹼抗爆性優於MTBE。
汽油助燃劑
燃油的物性和品質決定車輛發動機的燃燒工作過程，左右著發動機的各項性能指標。近10多年來，美國、日本和歐盟諸國的汽車和石油工業巨頭在政府機構的協調下，紛紛開展關於“汽車-燃油-空氣品質改善課題”(AQ IRP)的研究。半個多世紀以來的研究和實用結果表明：燃油添加劑是改善燃油品質的有效物質，對提高發動機使用性能起著重要的作用。
通過研究發現：作為最新一代汽油清淨助燃劑的代表之一，MAZ添加劑確有較好的節油效果，其節油率大約為3%～8%，因車型、車況和車輛在正常使用期內的行駛里程而異。新型汽油清淨助燃劑,一方面因其清淨性可減少燃燒室內的未燃混和氣量，另一方面能使燃燒進行得更迅速、及時、完全，增大燃料化學能的釋放，而且這兩方面相輔相成，相得益彰，從而有效改善汽油品質,起到良好的節油效果。在車輛的正常使用期限內，新一代汽油清淨助燃劑MAZ的節油效果,一開始使用時節油率不高,隨著車輛行駛里程的增加；節油效果越來越好，且當節油率達到8%。
