汽油抗爆剂.doc
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1、汽油抗爆剂汽油发动机产生爆震很大程度上与燃料性质有关,如果汽油很易氧化,形成的过氧化物不易分解,自燃点低,就很容易发生爆震现象。所以汽油抗爆性是汽油质量最重要的指标之一,通常用辛烷值来衡量。随着我国新的车用汽油标准的逐步实施,各炼厂正面临如何提高汽油辛烷值以满足对无铅、高辛烷值汽油需求的问题。由于汽油机中的爆震是一种链反应,可以采用在汽油中加入添加剂,使反应链中断,以提高汽油的辛烷值。这是目前最经济、最行之有效的方法之一。辛烷值是车用汽油最重要的质量指标,它综合反映一个国家炼油工业水平和车辆设计水平,采用汽油抗爆抗震剂是提高车用汽油辛烷值的重要手段。添加汽油抗爆抗震剂可提高汽油的抗爆性能,即车
2、用无铅汽油国家标准GB17930-20061的研究法辛烷值和抗爆指数,是生产高标号汽油的主要手段。1汽油抗爆剂的分类烷基铅、铁基化合物、锰基化合物连同后来有人研究的稀土羧酸盐等作为抗爆剂,统称为金属有灰类抗爆剂,其中烷基铅由于本身和它燃烧后的产物都有毒,对环境和人体的危害大,1980年以来美国和西欧逐步禁止烷基铅在汽油中添加,我国已于2000年7月在全国停止销售和使用。金属有灰类抗爆剂虽能有效提高汽油的抗爆性,但由于存在颗粒物的排放问题,欧美等发达国家已不再提倡使用。近一段时期以来,汽油抗爆剂的开发研究一直朝着有机无灰类方向发展。有机无灰类抗爆剂主要包括一些醚类、醇类、酯类等。1.1 金属有灰
3、类抗爆剂1.1.1 锰基化合物可作汽油抗爆剂的锰基化合物有:五羰基锰(Mn(CO)5)、环戊二烯三羰基锰(MnC5H5(CO)3)和甲基环戊二烯三羰基锰(MnCH3C5H5(CO)3),五羰基锰的熔点为154,环戊二烯三羰基锰的熔点为77,常温下为固体,均不便实际使用。只有甲基环戊二烯三羰基锰性能最好,适于应用。甲基环戊二烯三羰基锰,简称MMT,使用MMT主要有以下效果:(1)提高无铅汽油辛烷值,与含氧调合组分具有良好的配伍性;(2)减少炼油厂及汽车的NOx、CO、CO2的排放,总体上减少碳氢化合物排放;(3)可配合汽车废气排放控制系统,对催化转化器有改善作用,对氧气传感器没有危害;(4)减少
4、排气阀座缩陷,对入气阀具保洁作用;(5)改善炼油操作,降低重整装置操作的苛刻度,降低汽油中的芳烃含量,减少原油的需要量。目前,对于MMT国产化的研究取得重大进展,从l999年起,上海交通大学化学化工学院开始对MMT的制备工艺进行研究。经过一年的工作,已经得到一条比较简便、实用的工艺路线,并且研究了工艺条件对MMT产率的影响,掌握了最优化的实验条件,使MMT产率达到了65%左右。一旦实现MMT的国产化,作为汽油抗爆剂将可以实现更大价值。1.1.2 铁基化合物可作汽油抗爆剂的铁基化合物有:五羰基铁(Fe (CO)5)、二异丁烯羰基铁( Fe ( CO)53 (C8H16)5),硫化羰基铁(Fe2(
5、CO)6SC2H52)等,其代表物为二茂铁,分子式为(C2H5)2Fe,也叫二环戊二烯合铁,是一种橙黄色针状结晶,具有类似樟脑的气味,能升华,熔点为173174,沸点为249,不溶于水,易溶于有机溶剂中。二茂铁在汽油中加入质量浓度为0.010.03 g/L同时加入质量浓度为0.050.10 g/L的乙酸叔丁酯,辛烷值可增加4.56.0个单位。此外,目前也有报道,采用二茂铁、聚异丁烯基丁二酰亚胺、聚异丁烯钡盐等可组成一种具有抗爆功能、无毒、安全、稳定性好的无铅汽油抗爆添加剂。该添加剂用量小,成本低,使用方便,可提高辛烷值。聚异丁烯基丁二酰亚胺一般采用低卤素聚异丁烯基丁二酰亚胺。我国已开发出以乙醇
6、为溶剂,由环戊二烯连续电解合成二茂铁的新工艺。同时还开发了用醇钠法将C5馏分中分离出的环戊二烯合成二茂铁的方法,转化率在60%以上。1.1.3 混合稀土羧酸盐此类化合物具有较好的油溶性和一定的抗爆性,不增加汽油的腐蚀性,能够作为汽油抗爆剂使用,其中混合稀土的环烷酸盐具有较好的开发和应用前景,发现在加入一定量的剂时可以提高高研究法辛烷值0.51个单位。就降低单位辛烷值的成本来讲,使用镧的环烷酸盐较为合适,因为环烷酸是石油炼制过程的副产物,能够大规模的生产,成本较低,且实现了废物的利用,对于环保和我国丰富的稀土资源的开发利用具有重要意义。但就已发表的文献来看,稀土羧酸盐作为抗爆剂,目前只是一个方向
7、性探讨。其制备可以采用稀土氧化物与硝酸反应,取其滤液与氢氧化钠反应生成沉淀后,将沉淀以环烷酸溶解即可。1.2 有机无灰类抗爆剂有机无灰类抗爆剂能改变燃料的燃烧历程,在一定程度上控制燃烧速度。即抑制反应的自动加速,把燃料燃烧的速度限制在正常燃烧范围内,确保加入的汽油抗爆剂不引起废气催化剂中毒,不增加污染物排放,以及具有良好的抗爆性能。因此,目前对于此类抗爆剂的研究较多。常见的有机无灰类抗爆剂主要有如下几类。1.2.1 醚类化合物醚类是提高辛烷值最好的品种,它们具有高辛烷值、低蒸汽压和高燃烧热等突出优点,同时具有优异的燃料相容性和发动机性能,因而其用量不断增长。其中甲基叔丁基醚(MTBE)性能最好
8、,MTBE与汽油调合时具有明显的正调合效应,并具有改善燃烧室清洁度和减少发动机磨损等特点,目前已有应用。当添加质量分数为2%7%时可将汽油研究法辛烷值提高23个单位。醚类的合成比较容易,目前国内已有多套成熟的工艺,可以生产甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基叔戊基醚(TAME),乙基叔丁基醚(ETBE)等各种醚类,足以满足作为汽油抗爆剂的需要。1.2.2 酯类化合物作为汽油抗爆剂,酯类化合物中碳酸二甲酯 (DMC)最受关注,被认为是最具发展前途的辛烷值改进剂。另外,研究表明,加入DMC后,对汽油的饱和蒸汽压、冰点和水溶性影响不大。DMC和MTBE相比,DMC的含氧量高,汽油中达到同样氧含量时,DMC
9、的添加体积只有MTBE的40%左右。另据美国专利报道,丙二酸酯添加剂可以提高汽油的辛烷值。如在基础汽油中加入体积分数为10%的丙二酸二甲酯,可将汽油的辛烷值由89.25提高到99.45。这种添加剂不会增加发动机的磨损,不损坏尾气催化转化器、不违背防污染法规,而且加水后也不发生相分离。碳酸酯类化合物制备比较容易,一般都是采用醇类与一氧化碳反应制得。1.2.3 醇类化合物甲醇、乙醇、丙醇和叔丁醇等低碳醇或其混合物都可用作汽油添加剂。其混合物用作汽油添加剂具有与MTBE相似的功能,还有价格优势,用作汽油抗爆剂具有较大的市场潜力。其中,甲醇和叔丁醇自身有很大的毒性限制了它们在汽油中的发展和应用,乙醇自
10、身毒性小,是可再生的资源,具有相当高的调和值,加入乙醇后的汽油具有良好的抗爆性能,同时尾气中的CO、HC、NOX的排放量分别减少35.7%、53.4%、33%。目前国外大量使用乙醇汽油的国家主要是美国、巴西、欧盟等国家,其中巴西是唯一销售乙醇汽油而不销售普通汽油的国家。我国乙醇汽油的普及始于2001年,2005年E10乙醇汽油普及率达到20%。现在,在黑龙江、辽宁、吉林、河南、安微五省地区全封闭运行,另外,湖北、河北、山东、江苏四省的部分地区(共27市)也在开展普及,计划在“十一五”期间,上述四省也实行全封闭运行。但乙醇汽油存在腐蚀性、油耗增加、油品分层等问题,发达国家在这方面的技术已经比较发
11、达,针对乙醇汽油的添加剂在国内外越来越被关注,目前国内这方面的研究也开始越来越多。1.3 其它无灰类抗爆剂1.3.1 HS抗爆剂近年来,由中国陕西华森高科技有限公司研制生产的HS汽油抗爆剂,据称是具有国内领先水平的新一代环保、节能型汽油抗爆剂,HS汽油抗爆剂不含任何金属成份,不引入苯、芳烃、烯烃等类物质。具有良好的助燃性,对提高汽车启动性能、加速性能及燃烧性能均有较好效果,且能显著降低汽车尾气中CO、碳氢化合物等有害气体的排放,降污达50%左右。但HS抗爆剂在市面上未见有广泛应用。1.3.2 “油公”燃油添加剂近十年来,以日本为主的物理添加剂的研究引起了广泛的关注,1996年深圳市日研科技有限
12、公司利用核磁共振技术开了一种“油公”燃油添加剂。它不是化学添加剂,而是一种核磁共振剂,日研科技公司研究人员认为爆震的实质是不同步燃烧,要消除爆震只需使燃料同步燃烧,而与改进辛烷值的高低无多大关系,“油公”正是基于这一观点下开发出来的一种能使燃料同步燃烧的核磁共振剂。日研公司报道,添加万分之二“油公”燃油添加剂(核磁共振传递剂)后,就可使汽油同步燃烧,即可消除爆震,还可以使90号油替代97、98号油使用,50多号、60多号、70多号的油替代90号油使用。“油公”燃油添加剂还未能得到许多专家学者的认可,我国仅有少部分中小炼油企业采纳。1.3.3其它此外,目前也有专利报道,采用二茂铁、聚异丁烯基丁二
13、酰亚胺、聚异丁烯钡盐等可组成一种具有抗爆功能,无毒,安全,稳定性好的无铅汽油抗爆添加剂。该添加剂用量小,成本低,使用方便,可提高辛烷值。聚异丁烯基丁二酰亚胺一般采用低卤素聚异丁烯基丁二酰亚胺。2 汽油抗爆剂的发展方向汽油抗爆剂的发展主要经历了以下几个阶段: (1)没有理论的盲目探索阶段;(2)高效抗爆剂四乙基铅的发现及广泛使用阶段;(3)四乙基铅的禁用及寻找非铅抗爆剂代替四乙基铅阶段;(4)非铅金属类抗爆剂以MMT为代表的推广使用及现存在的问题;(5)非铅非金属类以MTBE和乙醇为代表的新配方汽油的推广使用及出现问题探索新抗爆剂的现阶段。从发展历程上看,目前市面上主要有MMT、MTBE和乙醇三
14、种抗爆剂,从环境保护的角度,MMT和MTBE皆为非绿色抗爆剂,因自身的毒性和抗爆功能失效后会释放出有毒有害物质,危害人类健康及生态系统的安全,淘汰的可能性很大;乙醇类属于绿色抗爆剂,乙醇虽有从原料来源可再生,且制备过程绿色和使用后对环境冲击小等优点,但由于对蒸汽压高和遇水即醇油分相严重,价格较高等缺点,不解决这些缺点乙醇很难受到燃油业的广泛青睐。鉴于抗爆剂的发展历程和目前使用的抗爆剂存在的问题,新一代抗爆剂的发展应从节能、减缓石油资源枯竭压力、环保和经济等多方面因素综合考滤:原材料的选取应倾向于天然且具有广泛易得、无毒和可再生等优点,制备工艺简单、过程绿色,使用效果显著且使用后对环境冲击小等优
15、点的绿色高效抗爆剂才能适应新型抗爆剂的发展要求,因为只有绿色高效的抗爆剂才适应现代社会可持续发展要求。3国内生产汽油抗爆剂的重点企业市场上的MTBE主要来源源自国外进口,和中石化各分公司。国内市场MMT的主要厂家如下。3.1 山东东昌精细化工科技有限公司3.1.1企业介绍山东东昌精细化工科技有限公司(原东营南开精细化工科技有限公司)是2001年9月注册成立的股份制企业,主要从事石油化工助剂、精细化工产品的研发、生产和销售业务。公司已获得多项国家发明专利和实用新型专利,2003年被授予山东省高新技术企业。公司生产基地位于山东省东营市经济开发区胜利油田工业园。公司有优秀的科技人员,有较强的技术研发
16、和生产能力,与清华大学、中国石油大学、山东大学等高校和科研机构有紧密的合作关系。山东东昌精细化工科技有限公司自主研发生产的新型无铅汽油抗爆剂甲基环戊二烯三羰基锰(简称MMT),具有提高汽油辛烷值效率高、使用成本低、有效降低汽车尾气排放等优点。该产品生产工艺技术成熟,是自主研发和创新成果,具有完全自主知识产权,产品性能和性价比达到了国际先进水平。目前,该公司是中国最大的锰基抗爆剂生产商。公司拥有成套先进的分析检测设备如气相色谱、光谱分析等,通过了中大华远认证中心的ISO9000质量管理体系认证,认证书号:02006Q11559ROM。公司生产的MMT产品(KT9298和KT9262),经国家石油
17、产品质量监督检验中心等国家认定的机构检测鉴定,质量完全达标,现已在中石油、中石化多家炼厂使用。3.2 上海泾龙石油助剂有限公司3.2.1企业介绍上海泾龙石油助剂有限公司是一家以各类石油添加剂的研制开发,市场开拓销售及技术服务为主的股份制企业。公司与国内多所著名大学的化工学院或化工研究所有着良好的合作关系,能够及时汲取科研单位的最新技术成果。2004年公司与上海吴泾化工有限公司合作,以国内高等院校的科研成果为依托,凭借吴泾化工优势的羰基化资源和技术支持,以吴泾化工为生产基地,建成了目前国内规模最大的千吨级羰基锰生产线。羰基锰作为无铅汽油抗爆剂,其优点体现在:凝点较低、沸点较高和不容易挥发损失。抗
18、爆剂效率很高,按金属单位重量计辛烷值高于四乙基铅二倍。国内各炼油厂目前使用的锰基抗爆剂都依赖国外进口的甲基环戊二烯三羰基锰简称MMT。从抗爆性能比、生产成本、原材料国产化等方面综合评估,公司研发,生产出了合格的环戊二烯三羰基锰产品。为区别进口产品,将环戊二烯三羰基锰简称为CMT。新型高效无铅汽油辛烷值添加剂CMT。它具有提高汽油辛烷值、效率高、使用成本低、有效降低汽车尾气排放等优点。用户使用CMT产品加入汽油后,经过国家石油产品质量监督检验中心的检测,质量完全符合中华人民共和国国家标准车用无铅汽油(GB179301999)的标准。可与进口同类产品媲美。上海泾龙石油助剂有限公司的吴泾化工生产基地
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