辛烷值是車用汽油最重要的質(zhì)量指標(biāo),它綜合反映一個(gè)國(guó)家煉油工業(yè)水平和車輛設(shè)計(jì)水平,采用抗爆劑是提高車用汽油辛烷值的重要手段。抗爆劑主要有烷基鉛、甲基環(huán)戊二烯三羰基錳(MMT)、甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基叔戊基醚、叔丁醇、甲醇、乙醇等。無公害抗爆添加劑是今后發(fā)展的方向。
四乙基鉛是1921年發(fā)現(xiàn)的,1923年開始在車用汽油中使用,是直至1959年被人們唯一使用的辛烷值改進(jìn)劑。1960年四甲基鉛進(jìn)入抗爆劑市場(chǎng),催化重整工藝的發(fā)展使其使用量迅速增加。目前四甲基鉛、四乙基鉛及其化學(xué)混合物和物理混合物仍作為重要抗爆劑在某些地區(qū)廣泛應(yīng)用。烷基鉛抗爆劑具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、效果突出的優(yōu)勢(shì),所以一直是效率很高的辛烷值改進(jìn)劑。從使用性能與經(jīng)濟(jì)效果來看,目前還沒有一種比得上烷基鉛的抗爆劑。可以預(yù)見,一旦鉛微塵能有效控制,烷基鉛抗爆劑將繼續(xù)服務(wù)于人類。
隨著汽車廢氣排放控制及保護(hù)環(huán)境的需要,國(guó)際上已經(jīng)限制向汽油內(nèi)加烷基鉛,并逐步實(shí)現(xiàn)汽油低鉛化和無鉛化。美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)汽油無鉛化推行較快,西歐汽油正向低鉛化發(fā)展。據(jù)報(bào)道,1990年西方國(guó)家汽油耗量的55%為無鉛汽油。烷基鉛抗爆劑限制使用,將促進(jìn)非鉛抗爆劑及煉油加工深度的研究與發(fā)展。
人們對(duì)非鉛抗爆劑的探索曾進(jìn)行過不懈努力。芳香胺及其他含氮化合物的研究表明,盡管其具有一定的改進(jìn)辛烷值的效果,但是由于其加入量大、毒性、排放等問題,尚未形成商品。
1959年美國(guó)有一家公司向市場(chǎng)推出了甲基環(huán)戊二烯三羰基錳,作為四乙基鉛輔助抗爆劑,后來作為單獨(dú)抗爆劑使用。該劑有效地提高了汽油辛烷值。但有研究認(rèn)為,MMT在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)表面形成多孔性沉積物,使火花塞壽命縮短,容易造成環(huán)境中錳含量上升,美國(guó)于1978年停用MMT。盡管MMT有很多缺點(diǎn),但是它畢竟是繼烷基鉛之后研究出來的高效抗爆劑。
20世紀(jì)70年代國(guó)外出現(xiàn)過含氧化合物作為汽油新的調(diào)合組分,其中比較重要的有甲醇、乙醇、甲基叔丁基醚和叔丁醇,它們都具有相當(dāng)高的無鉛辛烷值和調(diào)合辛烷值,這就為尋求新的汽油調(diào)配方案提供了方便,但它們分別存在著蒸發(fā)性、互溶性、腐蝕性、毒性和廢氣排放以及經(jīng)濟(jì)性等問題。
MTBE作為汽油添加劑已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)普遍使用。它不僅能有效提高汽油辛烷值,而且還能改善汽車性能,降低排氣中CO含量,同時(shí)降低汽油生產(chǎn)成本。MTBE 應(yīng)用至今,需求量、消費(fèi)量一直處于高增長(zhǎng)狀態(tài),其生產(chǎn)技術(shù)也日趨成熟。但最近,美國(guó)加州以污染水質(zhì)為由,禁止使用MTBE,美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)部門也有類似動(dòng)作。這表明,美國(guó)已開始限制MTBE生產(chǎn)及應(yīng)用。美國(guó)是MTBE消費(fèi)大國(guó),這一演變將使MTBE產(chǎn)業(yè)受到威脅。目前世界汽油用MTBE年產(chǎn)能力超過2100萬噸,由于受禁用威脅,其生存將受到嚴(yán)峻考驗(yàn)。也有專家認(rèn)為,美國(guó)發(fā)生的對(duì)MTBE的恐慌,在近期內(nèi)不會(huì)擴(kuò)散到歐洲和亞洲。迄今,歐洲和亞洲尚無禁用MTBE的任何意向,這些地區(qū)將在一定時(shí)期內(nèi)繼續(xù)采用MTBE作為清潔汽油的主要組分。特別是亞洲MTBE需求量快速增加。我國(guó)MTBE需求也處于快速增長(zhǎng)狀態(tài),特別是我國(guó)近期推廣使用高辛烷值無鉛汽油,并在北京、上海、廣州率先執(zhí)行城市清潔車用無鉛汽油新標(biāo)準(zhǔn),所用辛烷值改進(jìn)劑主要是MTBE。因此,我國(guó)MTBE需求量還將有所增加。隨著吉化錦江油化廠、林源煉油廠、前郭煉油廠等企業(yè)MTBE生產(chǎn)裝置投產(chǎn),我國(guó)現(xiàn)有MTBE生產(chǎn)裝置增加到27套,總年產(chǎn)能力達(dá)62萬噸。目前,我國(guó)汽油用MTBE年需求量為80萬噸,缺口較大。
美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)醇公司已開發(fā)出一種生物降解水溶性清潔燃料添加劑,它是直鏈C1~C8燃料級(jí)醇混合物,辛烷值為128,可代替MTBE用于汽油添加劑,也可作為四乙基鉛替代物用于柴油摻混物。如果該產(chǎn)品被用作MTBE的代替品,那么因禁用MTBE而引起甲醇廠過剩的產(chǎn)能即可經(jīng)過改造轉(zhuǎn)產(chǎn)該產(chǎn)品。美國(guó)有家研究所現(xiàn)正在對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試,估計(jì)到年底才能完成這些試驗(yàn)。專家指出,甲醇工廠經(jīng)過改造,并采用專利催化劑適當(dāng)改變一些反應(yīng)條件,就能生產(chǎn)該產(chǎn)品。醇類用作汽油添加劑由于含有羥基而顯示出不良效果,但甲醇、乙醇、丙醇和叔丁醇等低碳醇或其混合物都已用于汽油添加劑。其混合物用作汽油添加劑具有 MTBE 相似功能,還有價(jià)格優(yōu)勢(shì),用作汽油調(diào)合劑具有較大的市場(chǎng)潛力。
目前我國(guó)正重點(diǎn)推廣車用乙醇汽油,這將為我國(guó)積極、穩(wěn)妥地推廣使用車用汽油,規(guī)范產(chǎn)品混配,起到保證作用。乙醇汽油技術(shù)在國(guó)外已十分成熟。目前,國(guó)外使用車用乙醇汽油的國(guó)家主要是美國(guó)和巴西,歐盟國(guó)家也使用車用乙醇汽油。
目前,我國(guó)汽油年消耗量約為3600萬噸,即使全部使用乙醇汽油,生產(chǎn)乙醇所需玉米,僅占我國(guó)玉米產(chǎn)量的8%左右。因此,不會(huì)對(duì)糧食供應(yīng)產(chǎn)生沖擊,而且有利于環(huán)境改善。用乙醇替代等量汽油,可降低汽車尾氣有害物質(zhì)排放,而且使用燃料乙醇汽油對(duì)汽車行駛性能也沒有什么影響。據(jù)悉,乙醇汽油價(jià)格將與目前同等標(biāo)號(hào)的無鉛汽油相同,它基本隨國(guó)內(nèi)汽油價(jià)格浮動(dòng),因此使用乙醇汽油不會(huì)增加消費(fèi)者負(fù)擔(dān)。
此外,目前也有專利報(bào)道,采用二茂鐵、聚異丁烯基丁二酰亞胺、聚異丁烯鋇鹽等可組成一種具有抗爆功能,無毒,安全,穩(wěn)定性好的無鉛汽油抗爆添加劑。該添加劑用量小,成本低,使用方便,可提高辛烷值。聚異丁烯基丁二酰亞胺一般采用低鹵素聚異丁烯基丁二酰亞胺。