第一节 汽油清净剂的概念
汽油清净剂是一种具有清净、分散、抗氧和防锈性能的复合汽油添加剂,加入车用汽油中既能抑制燃油系统内部沉积物的生成,又能将已生成的氧化沉积物迅速分散、清除,进而确保汽车发动机动力性正常发挥,使燃油的燃烧性能得到改善;使尾气排放中的HC、CO污染物大大降低,从而起到净化城市空气,减少汽车维修费用,节油的作用。同时,汽油清净剂本身是一种多功能复合燃料添加剂,燃烧不会产生任何灰分,对汽车零部件无任何腐蚀、溶胀等不良影响。(可研报告)
第二节 汽油清净剂技术发展和实践应用
汽油中未完全燃烧的烃类会发生复杂的裂化、聚合、氧化反应,形成固态物,沉积在发动机进气、喷油、燃烧室部位,堆积形成积炭。
发动机积碳的生成部位与种类分为,喷油嘴沉积物(PFI),进气门沉积物(IVD),燃烧室沉积物(CCD);发动机各系统积炭能导致喷油流量损失、发动机产驱动性变差、油耗增加,排放污染物增大。
汽油清净剂的主要成分是表面活性剂,结构由亲油基、极性基及连接部分组成。亲油基团保证与汽油的良好互溶性,极性基整齐的排列在金属的表面,预防金属表面沉聚物形成。清净剂同时浸入已经形成的积炭,与其争夺金属表面,并使已经存在的积炭松软、进入燃烧室烧掉。有效汽油清净剂的应用可以预防发动机积炭形成,并显著降低污染物排放。
1954年,汽油清净剂开始应用,至80年代中后期
研究了(PIBSI)、(PIBA)、(PEA)四代产品;先后解决了化油器、喷油嘴、进气阀沉积物形成问题。
前三代产品共同的缺陷是发动机燃烧室积炭(CCD)增加,燃烧室活塞顶、发动机缸盖、排气阀门上的沉积物,导致造成燃烧室空间减少,增加排放和发动机产驱动性生“敲缸”等,燃烧室积炭增多等同于对汽油的辛烷值要求提高。
80年代中后期针对燃烧室积炭
研究了新一代清净剂(PEA),燃烧室积炭(CCD)生成量较少,但是同比清净效果较低,(PEA)电喷喷油嘴故障的概率公里数值是(PIBA)的三分之一。(PEA)的热稳定性较差,热重法
分析实验,(PEA)200℃的分解损失61.1%,295℃的分解损失95.1%。普通电喷发动机进气阀的温度一般高于300℃,(PEA)高温已经分解显然不会参与生成(CCD)但也难以有效的控制高温进气阀、特别是直喷喷油嘴生成沉积物。
汽油清净剂热稳定性越高、清净性越好,但容易参与生成(CCD),汽油清净剂热稳定性较低,虽然容易控制(CCD),但清净效果降低,这也是矛盾的对立与同一。
多胺+载体油复配汽油清净剂的清洁效果可以达到要求,但难以控制燃烧室(CCD)增加,为此车用清净剂标准GB19592—2004要求燃烧室沉积物增加量小于40%。
汽车制造技术日新月异,新条件下GDI直喷发动机汽油清净剂的作用性能有待于验证与
研究。
GDI直喷发动机的特点是,动力好、油耗低,但是缸内直喷发动机的积碳生成显著高于多点电喷发动机。进气系统与清净剂分离,进气阀背部积炭异常。
直喷发动机是汽油在恰当的时间直接喷入燃烧室,燃烧室内部形状的设计,能产生较强的涡流使空气和汽油充分混合。燃烧室内部的积碳(CCD)导致燃烧室内部形状的变化,会使空气和汽油充分混合能力变差。
GDI直喷发动机代表了目前汽油发动机的发展方向,也是国外内燃机
研究与开发的热点。汽油机直喷技术的出现,将使汽车发动机技术进入了一个崭新的时代,成为乘用车理想的动力装置。
缸内直喷技术包裹分层燃烧技术、均质燃烧技术,分层燃烧技术要面对NOX、PM、PN值的排放要求,均质燃烧技术发动机将是我国发动机的
研究发展重点,也有
研究认为清净剂均匀燃烧增加喷油嘴沉积物,分层燃烧易于抑制沉积物生成。
GDI直喷发动机积炭倾向增加明显,而且基本产生在发动机燃烧室内部。
汽油清净剂的唯一缺陷也是发动机燃烧室积炭增加。
第四代汽油清净剂的
研究距今已有30年的历史;汽油清净剂的研发显著滞后于发动机的技术发展。
汽油清净剂的应用性能评价复杂,众多品牌的汽油清净剂性能良莠不齐、并且检测评价困难。特别是汽油清净剂在GDI、TFSI发动机中的应用效果有待于深入
研究。
单点、多点、直喷、双喷、增压不同供油方式发动机的乘用车将会长时间共存,汽油清净剂在不同发动机的应用广谱性也有待于深入
研究验证。
国内某品牌TSI涡轮增压+直喷发动机,实际行驶中积炭倾向严重,如果清净剂再使燃烧室积炭增加就是副作用。
汽油炼制技术进步,清洁汽油已经普及生产,汽油中易于产生积炭的烯烃、芳烃大幅降低,发动机积炭倾向已经根本上得到改善控制。但是交通堵塞、汽车怠速、低速行驶概率增加,发动机特别是燃烧室积炭生成倾向增加。
EFI自然吸气发动机的清洁重点是进气系统的沉积物(IVD),GDI直喷发动机的清洁重点是燃烧室沉积物(CCD)。
EFI自然吸气发动机清净剂的效能已经得到广泛验证。这类清净剂用于GDI直喷发动机的效能有待于
研究提升。根据不同的发动机供油燃烧模式使用与其对应匹配的清净剂是目前较为现实的方式之一。
质疑汽油清净剂的效能是不科学的,汽油清净剂在新技术发动机中的效能广谱性也是现实问题。大型国际车企年研发投入千亿,汽油清净剂的研发严重滞后,这也是
行业现实。30年前汽油清净剂(PEA)至今技术突破困难,没有新产品替代也证明了汽油清净剂的研发难度。
第三节 汽油清净剂发展现状
汽油清净剂在欧美等国家早有
研究,并把它大致分为四代。
第一代汽油清净剂是为了解决化油器的积炭问题由Chevron公司于1954年首先推出。第二代清净剂是1968年美国Lubrizol公司在第一代汽油清净剂的基础上开发而成,它将热稳定性较好的高分子清净分散剂聚异丁烯琥珀酰亚胺引进汽油中,同时解决喷嘴堵塞的问题。第三代清净剂是在上世纪80年代,随着电喷汽油发动机逐渐取代化油器式发动机,对燃油清净性有了更高的要求,在原有汽油清净剂的基础上,开发了新一代的汽油清净剂。它是一种集清净、分散、抗氧、防锈、破乳多种功能于一体的复合燃料添加剂,不仅解决了喷油嘴的积炭问题,还解决进气阀的积炭问题。加入到汽油中既能有效地抑制燃油系统内部生成沉积物,又能迅速清除燃油系统已生成的沉积物,从而确保发动机正常工作。
目前已被世界各国广泛使用,这类添加剂的组成最为复杂,除以上两代添加剂组分外,还添加了破乳化剂和被称为油载体(Carner-fluids)的物质。随着对环境及汽车排放日益严格的要求,Chevron、BASF等公司开发了一系列聚醚胺型第四代汽油清净剂。它除了具有目前汽油清净剂所具有的功能外,在随汽油进入燃烧室后由于本身容易分解,还可以有效降低CCD的形成。由于其主要成分合成成本较高,目前未能实现工业化大批量生产,第四代添加剂还没有被广泛使用。
我国的汽油清净剂产品起步虽晚,但发展较快。其最早出现于1993年,1998年开始大规模推向市场。随着日益严格的机动车尾气排放标准的颁布实施,极大地促进了清净剂产品的开发、生产和使用。石科院、兰州化物所、中国石化销售公司、茂名石化
研究院等单位已开展汽油清净剂的研制工作并取得了一定的成果。研制的汽油清净剂已达到国外第三代汽油清净剂的水平。比如茂名石化
研究院开发的汽油清净剂G-1通过实验室模式拟评定以及行车实验,已经证明其对燃油系统有保洁作用,且具有抗氧、润滑、防锈的功能。同时对汽油质量无不良影响,并可以一定程度的改善汽车的尾气排放。
第四节 我国汽油清净剂主要差距及建议
我国汽油的组成情况已经决定了汽油的质量情况。因此,我国目前汽油质量上存在的主要差距:(1)硫含量比较高,目前的水平是0.05%。(2)烯烃含量比较高。由于我国目前及在未来一定时间内催化裂化汽油将仍是汽油的组要组分,降低催化汽油的硫含量和烯烃含量是汽油质量升级的重要工作。另外,车用汽油的蒸汽压控制比较松,虽然考虑到我国产生光化学烟雾的时间主要是在5月到10月,新标准对夏季的冬季的划分时间做了相应的调整,但是控制值没有变化。以中国石化集团公司为例.由于我国石化企业生产装置构成不合理.汽油调和组分中催化汽油占的比例过高,重整汽油、烷基化油、MTBE等组分占的比例过低, 欧美国家差别较大,这种汽油组份结构是造成汽油质量低的根本原因。
提高我国汽油质量的建议
(1)应该加速我国汽油调合组分的结构调整,开好现有的催化重整、烷基化、
异构化、MTBE等装置,并加紧部分老装置的扩产改造, 同时限制催化裂化装置尤其是渣油催化裂化装置的新建和改扩建,减少催化汽油组份的产量。
(2)鉴于我闰汽油调合组分中催化汽油比例过高的现状在短时间内难以改变,必须尽快改善催化汽油的质量,应加紧开发降低催化汽油烯烃含量的新一代催化剂和配套工艺技术,降低催化汽油烯烃含量,应加快催化汽油醚化技术的
研究,
(3)降低重整汽油的苯含量。为减少汽油中的苯含量,应继续推广重整汽油
苯馏份分离和重整原料切除C 馏份进行异构化的生产工艺。
(4)开发汽油清洁化新技术,抓紧开发催化汽油选择性加氢脱硫技术、固体酸烷基化技术,C4馏分的齐聚叠合技术以及C5/C6异构化等技术,为清清汽油的生产提供技术支撑。
(5)推广应用乙醇汽油。作为一种清洁型的车燃料,乙醇汽油可有效地节约石油资源,减轻大气污染.给农业及过剩粮食转化提供一个巨大的消费市场并带动相关
行业的发展。
(6)开发应用汽油清净剂,汽油清净剂作为发动机机内净化的手段,可优化发动机的运行,起到降低污染物排放的作用并有一定节能效果,在已开发成功的系列汽油清净剂的基础上,目前应开发适用于我国汽油组分构成特点的清净剂类型和配方。
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