车用汽油油品质量分析

周震杰

(上汽大众汽车公司，上海 201805)

车用汽油油品质量分析

周震杰

(上汽大众汽车公司，上海 201805)

根据2013—2014年度车用汽油中国市场第三方试验室调查报告，分析目前中国车用汽油质量中存在的问题以及对汽车使用质量的影响，同时对提高中国车用汽油质量水平提出了一些建议。

汽车 汽油 质量

0 引言

随中国汽车生产和消费大幅增加，带来环境安全问题，雾霾天气地区和持续时间增加，同时石油进口依存度增加，带来能源安全问题。

2012年6月28日，国务院发布《节能与新能源汽车产业发展规划2012-2020年[1]》，明确了我国汽车节能标准的整体目标，要求2020年乘用车新车平均燃料消耗量达到5.0 L/100km。2013年9月17日，环保部发布《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)[2]》，要求2017年1月1日起全国机动车将全面执行国五排放标准。2016年12月23日，环保部发布《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)[3]》，要求自2020年7月1日起，所有销售和注册登记的轻型汽车应符合本标准6a限值要求，自2023年7月1日起，所有销售和注册登记的轻型汽车应符合本标准6b限值要求。

汽油质量是达到排放和油耗国家标准的基础，国务院印发《大气污染防治行动计划》要求，加快石油炼制企业升级改造，提升燃油品质。2017年底前，全国供应符合“国五”标准的车用汽、柴油；并根据国务院常务会议确定，将全国供应符合国5标准车用汽柴油的时间由原定的2018年1月，提前至2017年1月。目前，国六汽油标准已完成征求意见稿，规划与国六排放标准适时同步执行。

1 汽油标准和检测

表1列出中国汽油国标GB-17930-2013普通汽油，GB18351-2013-E10乙醇汽油，欧盟标准EN228-2013，世界燃油规范标准(WWFC)检测项目和控制要求。

以下所涉及的汽油样品分析数据来自第三方实验室全国汽油质量调查数据(2013冬季，2014夏季)，数据经过分析整理，图表中样品代号G14S-92号，E13W-97号含义解释，G为普通汽油，E为乙醇汽油，14/13代表年份，S代表夏季，W代表冬季，92号、97号表示汽油标号。

2 数据分析

2.1 辛烷值

目前，世界各国基本都使用研究法辛烷值(RON)数值定义汽油牌号，欧盟标准直接使用马达法辛烷值(MON)和研究法辛烷值(RON)作为控制要求，例如95号汽油要求RON大于95，MON大于85。国标采用美国标准方式，使用研究法辛烷值和抗爆指数(AI=(RON+MON)/2)作为控制要求。

根据第三方实验室全国汽油质量调查数据显示，国四汽油个别样品RON不合格，有标号以低充高现象，国五汽油样品全部合格，国四汽油中93号样品的抗爆燃指数大部分合格，97号国标没有抗爆燃指数要求，大部分样品的检测数值不符合潜在的质量要求(图1)，国五增加95号汽油的抗爆燃指数要求，样品检测数值符合国标要求。

图1 国四汽油抗爆燃指数值

样品中的MON数值偏低，尤其高标号汽油，炼油厂通过提高RON数值来提升抗爆燃指数，国五汽油标准禁用甲基环戊二燃三羰基锰(MMT)后，采用直接降低汽油标号措施达到满足辛烷值要求。

表1 燃油标准要求

研究试验结果，提高汽油辛烷值，可以不同程度减少排放和降低油耗[4]，标号增加一个等级，燃油耗降低1%左右。WWFC研究报告结果，使用95号汽油取代91号，燃油耗降低约3%，增压发动机使用95号以上等级汽油，可以规避爆燃，提高热效率，减少排放。汽油标号将逐步取消低标号品种，WWEC-C5等级只设置95号、98号类别。

2.2 辛烷值添加剂

中国禁止汽油添加汽油抗爆剂四乙基铅后，为达到提升汽油产品辛烷值要求，开始使用MMT作为替代物，部分国四样品锰含量检测结果不合格(图2)，国五样品锰含量检测结果全部合格。

图2 国四汽油锰含量

MMT使用对汽车排放处理系统有损害，上汽大众相关失效分析显示，长期使用添加MMT的汽油后，燃烧系统的火花塞、氧传感器、三元催化转化器表面出现明显的棕色物质(图3)[5]。

图3 MMT对汽车排放处理影响

因此，汽油国家标准对于MMT控制要求逐步提高，国三小于16×10-6，国四小于8×10-6，国五小于2×10-6，且明确不允许添加MMT。

2.3 硫含量

国五样品硫含量符合小于10×10-6要求，与国际先进标准要求同步；国四样品硫含量部分样品硫含量超过小于50×10-6要求(图4)，且8个样品检测值超100×10-6。

图4 国四汽油硫含量示意图

WWFC研究报告显示使用高硫含量燃油会增加碳氧化合物(HC)排放(图5)，使用高硫含量会延长催化转化器起动时间和温度，减少转化效率，无法达到欧三和欧四排放要求，即10万km转化率高于93%和97%，使用高硫含量影响氧传感器效率1.5倍，使用高硫含量影响分层燃烧技术应用，NOx转换器优先与硫反应。

图5 硫含量和HC转化效率

国五汽油样品达到烯烃和芳烃含量要求，其中烯烃样品检测结果同时满足欧盟EN228标准要求(小于18%)，国四汽油样品基本达到相应国四标准烯烃和芳烃含量要求，但无法满足欧盟EN228标准要求。

图6 国五汽油芳烃、烯烃含量

WWFC研究报告显示，烯烃燃烧后生成有毒二烯烃促进臭氧生成，根据美国3个城市的研究试验结果，烯烃含量从20%降到5%，臭氧也有下降，烯烃对臭氧形成贡献度是13%～25%，且70%影响来源于低分子烯烃。

①为了符合原著本意，本文仍沿用原著中的非法定单位——编注。

减少汽油芳烃含量，可以减少发动机燃烧室积碳。US AQIRP试验程序结果，芳烃含量由45%下降到20%，可以减少排放中28%的致癌苯系化合物。苯属于芳烃组分之一，有强烈的致癌特性，汽油生产、运输、加注和排放中不可避免有苯挥发，因此汽油标准苯含量单独列出控制，目前国标要求小于1%(国五)，与国际先进水平一致，样品检测数据结果基本符合要求。

2.5 汽油蒸气压

国五汽油标准蒸气压控制要求相对国四限值都有所加严，国四部分乙醇汽油夏季和冬季样品都超过了上限，国五有1个样品超过冬季下限要求。各组样品平均值对比分析(图7)，无论夏季和冬季，国五样品的检测平均值相比国四样品都有所下降。

图7 样品汽油蒸气压平均值

汽油蒸气压检测汽油挥发性能，汽油要有合适挥发性能，过低导致低温起动困难，排放增加；蒸气压过高在夏季高热产生气阻，导致碳管过载，且先期挥发过多，重组分增加，因此汽油蒸气压数值要控制合理的范围。

国标对比欧盟(图8)汽油蒸气压按地区和气候特点分类要求，国准仅考虑季节因素，忽略地区因素，不利于节能环保。

2007年以来，宁夏引黄灌区采取“小步快跑、逐步到位”方式，连续2次调整农业供水价格，极大促进了水资源的可持续利用。超定额水价政策的实行，水价杠杆作用的发挥，使“水是商品”的理念深入人心。协会组织的建设，进一步提高了灌溉管理水平，支斗渠用水效率得到了大幅提升。2011年宁夏引黄灌区累计引水64.6亿m3，较2005年减少7.5亿m3，较实施统一调度的1999年减少23.2亿m3，在全国节水型社会建设中发挥了重要的引领、带动和示范作用。

图8 欧盟汽油蒸气压要求

2.6 汽油馏程

汽油馏程用于分析汽油各馏分的组成，检测一定蒸发体积量时对应的温度，国标要求控制T10(10%蒸馏时温度)、T50、T90、干点和残留体积，仅对设定体积的蒸发温度上限有要求，馏程试验结果基本符合国标要求。

EN228是检测不同的温度点对应的体积，对设定温度(E70，E100)的蒸发体积有高/低限控制要求，这样可以控制合适的轻组分。相同样品按照EN228试验要求，则部分样品试验结果不符合其要求(图9、图10)。

图9 E70(70°蒸发体积)

图10 E100(100°蒸发体积)

2.7 汽油氧化安定性

诱导期检测以氧化为主的胶质形成过程，适用于催化裂化汽油，对聚合和缩合为主的胶质形成的汽油不适用，芳烃含量为主的汽油可用实际胶质项目评价参考。除极个别数据达不到要求外，所有检测结果均符合要求，这和我国目前汽油组分已改变催化为主状况紧密相关。

2.8 汽油密度

密度检测也是控制汽油组成方式之一，我国汽油国标从国五开始，将密度作为控制要求，控制范围为720～775，这个要求主要是用于控制汽油重组分馏分，由于要提高柴汽比，因此汽油重组分馏分含量较少，相对密度值较低。实际检测数据符合要求，密度检测各组样品平均值见图11，高标号汽油密度平均值大于低标号。

图11 各组样品密度平均值

2.9 汽油腐蚀性能

汽油样品的实际检测数据均符合标准要求。

2.10 汽油实际胶质含量

图12 实际胶质含量平均值

检测样品平均值见图12，未清洗胶质含量个别样品检测数据不合格，清洗后所有样品胶质含量符合标准要求，国五标准95号汽油平均胶质含量高于92号汽油，国五汽油样品平均胶质含量高于国四汽油样品。

2.11 汽油含水量

国标普通汽油含水量只有定性要求，乙醇汽油要求小于0.20%，样品含水量平均值见图13。

图13 样品含水量平均值

2.12 污染元素含量

国标无磷、硅、有机氯定量含量控制要求，第三方报告中对磷、硅、有机氯等污染元素进行分析，样品基本不含磷，少量样品硅和氯元素含量大于10×10-6，污染元素可能来自仓储和轮船运输环节。

上汽大众在相关失效分析中发现使用含硅汽油后，氧传感器和火花塞发生沉积和堵塞，白色物质经试验分析是硅元素(图14)。

图14 氧传感器和火花塞硅沉积

2.13 汽油清静剂

汽油使用过程在喷嘴、节气门和燃烧室部位产生积碳，使用燃油清静剂可以防止和清除发动机积碳，减少尾气排放，提高燃油经济性，但同时会增加燃烧室积碳。

中国在2004年10月发布国标GB19592，推荐加入汽油清静剂，国家发改委在2008年12月发文取消加剂加价政策，鼓励汽油零售商单独销售小包装产品。

上汽大众道路试验结果，在间隔添加条件下，使用2 000×10-6浓度指定的汽油清静剂，具有限的清洁能力和良好的保洁能力，对供油系统没有负面作用，也没有明显的积极作用，火花塞和喷油器对比试验情况，见图15。

图15 上汽大众道路试验结果

3 结论和建议

国五标准汽油样品检测结果表明，中国汽油产品质量较国四标准样品已有长足进步，其中以前存在主要问题(硫含量，烯烃含量，锰含量)指标达到国际发达地区标准要求，中国汽油高硫、高烯烃含量状况已成为历史，禁止加入MMT 保证汽车排放处理装置能够长时期有效工作，这3项指标要求的改进对大幅减少我国汽车排放污染有重要作用。

样品分析结果表明国内汽油芳烃和烯烃含量过高，烷基化成份较少，因此应大力提高烷基化，异构化组分比例，控制醚化汽油组分。这样才能根本解决目前国内汽油的马达法辛烷值偏低问题，同时建议国标参照欧盟汽油标准，直接设置马达法辛烷值控制要求，取消抗爆燃指数要求。

国五标准汽油标号设置89/92/95/98，其中98号汽油要求经过各方努力终于由各企业标准转化成国家标准，但标准把98号要求设置成标准附录的原因未解释(附录与正文的产品要求承担法规职责是否一致)。

研究结果表明，提高汽油标号可以降低油耗，相对减轻排放，WWEC-C5等级只设置95号，98号类别，国内先期执行国五排放要求的城市和地区取消89号汽油供应。国家已公布汽油排放和油耗控制法规，但国五(甚至国六征求意见版)继续保留设置89号产品目录，不符合国家降低排放和油耗环保政策方向，建议取消汽油产品标准调整分类RON为91、95和98，国六B取消91号产品。

烯烃和芳烃含量对比欧盟要求(EN228)的分别小于18%和35%要求，WWFC-C4/C5分别小于10%和35%要求，还有较大差别。降低烯烃和芳烃含量也是国六汽油标准的主要提高指标。

国五对比于国四汽油标准，烯烃含量控制要求从小于28%加严到小于24%，样品的检测值都在18%内(欧盟的要求)，国五汽油标准规定芳烃含量控制要求小于40%，没有变化(特殊条款，95号在烯烃加芳烃总量不变前提下，允许芳烃小于42%)，样品的检测值显示绝大部分都小于40%。

检测结果表明，目前我国石油炼制企业产品完全有能力达到烯烃和芳烃含量更高控制要求，标准中烯烃含量和芳烃特殊条款实质是降低标准的先进性，保护落后企业和技术。

使用燃油清净剂可以防止和清除发动机积碳，减少尾气排放，提高燃油经济性，因此可以参照WWFC，在汽油国标中增加相关试验项目和要求，燃油生产企业可以直接在量产中添加，改变目前汽油清净剂产品质量良莠不齐。而用户自行添加无法判别其有效性，监管成本高。

[1] 国务院.节能与新能源汽车产业发展规划2012-2020年[Z].2012-06-28.

[2] 环保部.轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)[Z].2013-09-18.

[3] 环保部.轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)[Z].2016-12-23.

[4] 帅石金.车用燃料的品质要求与高效清洁利用[C].中国汽车工程学会燃料和润滑油分会第十五届年会论文集，北京，2012(10)：99-119.

[5] 潘正堂，陶海龙.上海大众三元催化转换器失效分析研究报告[C].中国汽车工程学会燃料和润滑油分会第十届年会论文集，北京，2002(10)：201-210.