烷基化油——助力国VI燃油升级

2024-06-21115

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近年来，中国北京及其他各地陆续出现或持久或短暂的雾霾天气，而雾霾主要由PM2.5、PM10、SOx以及NOx等物质造成。据悉，北京雾霾的主要形成因素中，车辆尾气约占20%以上。由此可见，汽车尾气在雾霾成因中占主要作用。随着世界人口的增长和经济需求的增长，汽车的数量将继续攀升，尤其是在中国和印度等发展中国家。不可避免地会加剧由烯烃、芳香族化合物以及来自汽车汽油的硫和氮化合物等杂质燃烧引起的环境污染。由于环境问题，环境保护标准变得越来越严格。

我国已于2016年重新修订并出版了全新的车用汽油标准，该标准也已于2019年1月1日起全面实施。通过对比国IV、国V和国VI车用汽油的标准，我们不难发现，汽油中的芳烃、硫和烯烃等含量都在最新的国VIB标准中做出了更加严格的限制，在含硫量等方面已与欧V标准相当。因此，非常有必要提高汽油的质量并使其更环保。

目前，汽油中主要含有催化裂化油、异构化油、重整汽油、醚化汽油及烷基化油等多种调合成分。烷基化油、甲基叔丁基醚（MTBE）、乙醇都是常用的用于提高RON的汽油调合组分。MTBE的含氧量较高，且会影响地下水，属三类致癌物。国际上也因此逐渐对MTBE在汽油里的添加含量进行限制甚至禁用。乙醇作为一种替代能源，目前正受到国家的重视和推广。而乙醇热值仅是普通汽油的61%，且由于其出色的亲水性在乙醇的储存、运输和使用过程中均需要注意防水。其优良的溶解性及燃烧过程中产生的乙酸，在乙醇含量高于15%时会对车内零件产生一定的腐蚀性。因此目前中国对车用乙醇汽油标准中乙醇添加量限制为10%。

相比上述汽油添加剂，烷基化油具有下列明显的优势：

烷基化油辛烷值高，以异丁烷和烯烃反应生成的烷基化油保留了烯烃高辛烷值的特点，且马达法辛烷值（motor octane number, MON）和研究法辛烷值（research octane number, RON）的差别较小，具有良好的抗爆性；

Reid蒸汽压低，更容易满足降低汽油整体蒸汽压的要求，可以更多地添加廉价、蒸汽压高、辛烷值低的组分；

燃烧热高、燃烧完全，可以在高压缩比的发动机中使用，能提供更强劲的动力，提高汽油的续航；

烷基化油本身不含芳烃、烯烃，无毒，可以降低汽油的烯烃及芳烃含量，不含铅、锰等有毒的重金属物质，运输及使用过程中更安全。

综上所述，烷基化油是一种对环境友好，性能卓越的汽油调合组分。为了满足汽车尾气排放标准，对烷基化油的需求也在日益增加。在汽油池中烷基化油的占比中，世界平均水平为8%，美国14%，而我国近几年烷基化油仅2% ~ 5%。按照国VI标准的车用汽油，烷基化油比例为8% ~ 10%，需求量达到12 ~ 15 Mt/a。

烷基化油是一种由大量带支链的长链烷烃组成的复杂混合物，由异丁烷和丁烯（isobutane and butene, C4）在强酸催化作用下通过烷基化反应合成制备。烷基化工艺也是目前最重要的大型炼化反应工艺之一。C4原料可从催化裂化装置（FCC）中获得。烷基化反应过程的强酸催化剂主要有以下四种：硫酸（sulfuric acid, H2SO4）、氢氟酸（hydrofluoric acid, HF）、离子液体（ionic liquid，IL）和固体酸（solid acid）。

C4烷基化反应是一个快速放热反应，反应过程中需要严格控制温度，反应温度往往处于低温（5°C及以下），且需要快速移走反应热，避免随温度上升，副反应不可控激增。

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