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汽油发动机因燃料性质很容易出现爆震,俗称“敲缸”,其实质是一种链反应,爆震产生的原因:混合气氧化过快;有多个燃烧点;有爆震波出现。
目前提高汽油抗爆性主要途径是优化原油炼制技术,提高油品质量;其次调和油品添加高效抗爆组分;第三加入提高抗爆性添加剂,即抗暴剂,以上措施可单一使用,也可多措并举。
辛烷值是车用汽油的最重要质量指标,采用抗暴剂是提高辛烷值的重要手段,除非对汽油有特种需求,目前各国普遍使用抗爆剂来减少爆震。
优级抗爆剂须具有的条件是高效性能燃烧好、无副作用无毒性、易溶解性能稳定,便于储存和使用,成本低廉且便于生产。
抗爆剂的种类
1、按元素组成抗爆剂可分为金属抗爆剂和非金属抗爆剂
2、按应用特性抗爆剂可分为金属有灰抗爆剂和非金属无灰抗爆剂
一、金属类抗爆剂
金属类抗爆剂作用机理
金属抗爆剂的作用与爆震的第二阶段燃烧机理有密切关系,抗爆剂形成金属微粒后能选择性钝化一部分由燃烧第一阶段产生的,在第二阶段分解的有机过氧化物活性游离基,从而破坏了着火链的分支反应,最终延长第二阶段的诱导期而对爆抗起到了抑制作用。
金属类有机抗爆剂种类
1、烷基铅
20世纪80年代以前,采用的金属抗爆剂主要是烷基铅,优点是生产工艺简单,生产成本低廉,抗爆效果较好。缺点是对环境存在铅污染,随着各国对环保要求的提高,倡导无铅化排放对车辆排放加强了控制,烷基铅抗爆剂目前已被严格限制并逐渐取缔。
2、锰基化合物
锰基化合物可做抗爆剂的甲基环戊二烯三羧基锰(MMT),由最初作为辅助抗爆剂逐渐演变为继烷基铅之后单独使用的抗爆剂,其缺点是在发动机燃烧室内表面形成多孔性沉积物,使火花塞寿命缩短,易造成环境锰污染。
3、铁基化合物
铁基化合物的抗爆剂中,具有代表性的是二茂铁,也叫二环戊二烯合铁,可有效提高辛烷值4.5-6个单位。二茂铁作为抗爆剂的缺点是在燃烧室内燃烧后的氧化铁残留物,增加了发动机的磨损,减短了使用寿命,另外二茂铁生产成本太高,大大限制了市场推广。
4、混合稀土羧酸盐
此类化合物具有较好的油溶性和抗爆性,不增加汽油的腐蚀性,混合稀土的环境酸盐前景较好,开发价值重大,其中炼厂副产品镧的环烷酸盐最适合,以成本低廉可实现大规模生产,并做到了废物再利用对环境保护大有益处。
5、碱金属抗爆剂
含碱金属有机抗爆剂主要有两类,即碱金属淡酸盐抗爆剂和碱金属酚盐抗爆剂,经研究发现,将仲碳羧酸、叔碳羧酸或无环的支链伯碳羧酸的锂盐加到汽油中,都可以较为明显地改善汽油的抗爆性。
二、有机类无灰抗爆剂
有机无灰抗爆剂作用机理
在汽油燃烧中有机无灰抗爆剂对爆震的抑制作用,体现在抗爆剂分解产生了游离氢,游离氢与燃烧中的活性自由基作用产生了不活泼的分子,控制了燃烧速度,从而抑制了反应的自动加速,并确保抗爆剂不引起废气催化剂中毒,从而起到了抗爆作用。
有机类无灰抗爆剂种类
1、醚类化合物
醚类是提高辛烷值最好的品种,不仅辛烷值高,而且蒸气压低并具有高燃烧热,同时具有优异的燃料相容性,作为抗爆剂的醚类化合物以甲基叔丁基醚(MTBE)最优,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。
2、酯类化合物
酯类抗爆剂中以碳酸二甲酯被认为是最具发展前景的辛烷值改进剂,不仅能提高辛烷值,而且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。
3、醇类化合物
醇类抗爆剂中包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇等低碳醇或其混合物,作为抗爆添加剂具有与MTBE相似的功能,价格优势明显,经济价值极为可观,市场潜力巨大,在我国以玉米发酵法生产的燃料乙醇作为“清洁能源”已大范围使用。
三、抗爆剂研发中存在的问题
目前抗爆剂研发出现了满足于现状因而停止不前的现象,然而为了解决环保问题,无铅抗爆剂的研发已经成为必然趋势,目前抗爆剂的研发存在的主要问题如下:
1、燃烧过程是个复杂的过程,受各种因素影响较多,目前对其微观机理的认识还较为粗浅,要研发新抗爆剂上难以避免走弯路。
2、评估抗爆剂效果的好坏只有辛烷值一项指标,难免有失偏颇,以偏概全,不应该忽略诸如燃油发动机参数及环保排放等方面因素。
3、目前国内炼油行业固步自封于目前的生产现状,不愿意投入大量资金进行新型抗爆剂的研发,使得新型抗爆剂的研发进展迟缓。
四、汽油抗爆剂的发展方向
1、原材料要丰富容易取得。
2、无毒具有可再生的方向。
3、工艺简单制造成本低廉。
4、效果显著对环境无污染。
目前世界范围内正在积极研发其它无灰类汽油抗爆剂,力争将添加剂量小,辛烷值提升高的新型抗爆剂早日推向市场,其中酸配酚类化合物和胺类化合物已经取得了长足进步。
五、结束语
我国炼油产业中装置结构和产业结构的调整是长期性的,其中对装置结构的调整是以加工含硫油、劣质油、重质油和提高企业经济效益为目的,虽取得了一定成绩,但目前存在的问题比较突出,油品的数量和质量都存在资源短缺,对辛烷值的缺口还在逐渐加大。目前市面上的抗爆剂主要是MMT、MTBE和燃料乙醇,从环境保护的角度MMT和MTBE都不是绿色抗爆剂,因自身的毒性和抗爆功能失效后会释放出有毒有害的物质,损害人类的健康和破坏生态环境,淘汰的可能性很大,燃料乙醇属于绿色抗爆剂,优点是原料来源可再生,生产过程绿色环保,使用后对环境危害相对较小,但也存在着蒸气压高,遇水后醇油分相严重等缺点,因此,我国作为燃油消耗大国,做好油品升级,提高炼化技术,致力于绿色高效的新型抗爆剂的研发是大势所趋。
目前提高汽油抗爆性主要途径是优化原油炼制技术,提高油品质量;其次调和油品添加高效抗爆组分;第三加入提高抗爆性添加剂,即抗暴剂,以上措施可单一使用,也可多措并举。
辛烷值是车用汽油的最重要质量指标,采用抗暴剂是提高辛烷值的重要手段,除非对汽油有特种需求,目前各国普遍使用抗爆剂来减少爆震。
优级抗爆剂须具有的条件是高效性能燃烧好、无副作用无毒性、易溶解性能稳定,便于储存和使用,成本低廉且便于生产。
抗爆剂的种类
1、按元素组成抗爆剂可分为金属抗爆剂和非金属抗爆剂
2、按应用特性抗爆剂可分为金属有灰抗爆剂和非金属无灰抗爆剂
一、金属类抗爆剂
金属类抗爆剂作用机理
金属抗爆剂的作用与爆震的第二阶段燃烧机理有密切关系,抗爆剂形成金属微粒后能选择性钝化一部分由燃烧第一阶段产生的,在第二阶段分解的有机过氧化物活性游离基,从而破坏了着火链的分支反应,最终延长第二阶段的诱导期而对爆抗起到了抑制作用。
金属类有机抗爆剂种类
1、烷基铅
20世纪80年代以前,采用的金属抗爆剂主要是烷基铅,优点是生产工艺简单,生产成本低廉,抗爆效果较好。缺点是对环境存在铅污染,随着各国对环保要求的提高,倡导无铅化排放对车辆排放加强了控制,烷基铅抗爆剂目前已被严格限制并逐渐取缔。
2、锰基化合物
锰基化合物可做抗爆剂的甲基环戊二烯三羧基锰(MMT),由最初作为辅助抗爆剂逐渐演变为继烷基铅之后单独使用的抗爆剂,其缺点是在发动机燃烧室内表面形成多孔性沉积物,使火花塞寿命缩短,易造成环境锰污染。
3、铁基化合物
铁基化合物的抗爆剂中,具有代表性的是二茂铁,也叫二环戊二烯合铁,可有效提高辛烷值4.5-6个单位。二茂铁作为抗爆剂的缺点是在燃烧室内燃烧后的氧化铁残留物,增加了发动机的磨损,减短了使用寿命,另外二茂铁生产成本太高,大大限制了市场推广。
4、混合稀土羧酸盐
此类化合物具有较好的油溶性和抗爆性,不增加汽油的腐蚀性,混合稀土的环境酸盐前景较好,开发价值重大,其中炼厂副产品镧的环烷酸盐最适合,以成本低廉可实现大规模生产,并做到了废物再利用对环境保护大有益处。
5、碱金属抗爆剂
含碱金属有机抗爆剂主要有两类,即碱金属淡酸盐抗爆剂和碱金属酚盐抗爆剂,经研究发现,将仲碳羧酸、叔碳羧酸或无环的支链伯碳羧酸的锂盐加到汽油中,都可以较为明显地改善汽油的抗爆性。
二、有机类无灰抗爆剂
有机无灰抗爆剂作用机理
在汽油燃烧中有机无灰抗爆剂对爆震的抑制作用,体现在抗爆剂分解产生了游离氢,游离氢与燃烧中的活性自由基作用产生了不活泼的分子,控制了燃烧速度,从而抑制了反应的自动加速,并确保抗爆剂不引起废气催化剂中毒,从而起到了抗爆作用。
有机类无灰抗爆剂种类
1、醚类化合物
醚类是提高辛烷值最好的品种,不仅辛烷值高,而且蒸气压低并具有高燃烧热,同时具有优异的燃料相容性,作为抗爆剂的醚类化合物以甲基叔丁基醚(MTBE)最优,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。
2、酯类化合物
酯类抗爆剂中以碳酸二甲酯被认为是最具发展前景的辛烷值改进剂,不仅能提高辛烷值,而且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。
3、醇类化合物
醇类抗爆剂中包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇等低碳醇或其混合物,作为抗爆添加剂具有与MTBE相似的功能,价格优势明显,经济价值极为可观,市场潜力巨大,在我国以玉米发酵法生产的燃料乙醇作为“清洁能源”已大范围使用。
三、抗爆剂研发中存在的问题
目前抗爆剂研发出现了满足于现状因而停止不前的现象,然而为了解决环保问题,无铅抗爆剂的研发已经成为必然趋势,目前抗爆剂的研发存在的主要问题如下:
1、燃烧过程是个复杂的过程,受各种因素影响较多,目前对其微观机理的认识还较为粗浅,要研发新抗爆剂上难以避免走弯路。
2、评估抗爆剂效果的好坏只有辛烷值一项指标,难免有失偏颇,以偏概全,不应该忽略诸如燃油发动机参数及环保排放等方面因素。
3、目前国内炼油行业固步自封于目前的生产现状,不愿意投入大量资金进行新型抗爆剂的研发,使得新型抗爆剂的研发进展迟缓。
四、汽油抗爆剂的发展方向
1、原材料要丰富容易取得。
2、无毒具有可再生的方向。
3、工艺简单制造成本低廉。
4、效果显著对环境无污染。
目前世界范围内正在积极研发其它无灰类汽油抗爆剂,力争将添加剂量小,辛烷值提升高的新型抗爆剂早日推向市场,其中酸配酚类化合物和胺类化合物已经取得了长足进步。
五、结束语
我国炼油产业中装置结构和产业结构的调整是长期性的,其中对装置结构的调整是以加工含硫油、劣质油、重质油和提高企业经济效益为目的,虽取得了一定成绩,但目前存在的问题比较突出,油品的数量和质量都存在资源短缺,对辛烷值的缺口还在逐渐加大。目前市面上的抗爆剂主要是MMT、MTBE和燃料乙醇,从环境保护的角度MMT和MTBE都不是绿色抗爆剂,因自身的毒性和抗爆功能失效后会释放出有毒有害的物质,损害人类的健康和破坏生态环境,淘汰的可能性很大,燃料乙醇属于绿色抗爆剂,优点是原料来源可再生,生产过程绿色环保,使用后对环境危害相对较小,但也存在着蒸气压高,遇水后醇油分相严重等缺点,因此,我国作为燃油消耗大国,做好油品升级,提高炼化技术,致力于绿色高效的新型抗爆剂的研发是大势所趋。