劉 初 春

（大連西太平洋石油化工有限公司， 遼寧 大連 116600）

車用汽油的品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

劉 初 春

（大連西太平洋石油化工有限公司， 遼寧 大連 116600）

介紹了評(píng)價(jià)汽油品質(zhì)的綜合指標(biāo)，對(duì)汽油池組分構(gòu)成與汽油辛烷值標(biāo)號(hào)、密度、發(fā)熱值之間的關(guān)系進(jìn)行了分析；評(píng)述了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性對(duì)汽油品質(zhì)的要求及對(duì)汽油燃效的影響，研究了不同辛烷值標(biāo)號(hào)、不同調(diào)和組分汽油的使用經(jīng)濟(jì)性，提出了正確選擇辛烷值標(biāo)號(hào)的方向。

汽油品質(zhì)；辛烷值；發(fā)熱值；燃燒效果；壓縮比；經(jīng)濟(jì)性

汽油品質(zhì)越來越受到政府和消費(fèi)者的關(guān)注，過去很多人把辛烷值標(biāo)號(hào)當(dāng)成了汽油品質(zhì)檔次的代名詞，這顯然是消費(fèi)者對(duì)汽油這樣一個(gè)目前已成為大眾消費(fèi)的商品缺乏全面而有深度的了解，尤其對(duì)汽油品質(zhì)與汽油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系人們關(guān)注不多；隨著汽車業(yè)的蓬勃發(fā)展及環(huán)境保護(hù)要求的提高，汽油質(zhì)量在升級(jí)，品質(zhì)隨之發(fā)生變化，汽油生產(chǎn)成本上升，消費(fèi)者和生產(chǎn)者除關(guān)注汽油品質(zhì)外，更關(guān)注汽油的經(jīng)濟(jì)性。

世界發(fā)達(dá)國家在汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展、節(jié)能減排的歷史進(jìn)程中，目標(biāo)基本一致，但路徑各有差別，如歐盟的一些發(fā)達(dá)國家較大比例的使用高標(biāo)號(hào)辛烷值汽油，同時(shí)也較大比例的生產(chǎn)和使用高壓縮比汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，而美、日、韓等國則使用相對(duì)低標(biāo)號(hào)辛烷值的汽油和壓縮比相對(duì)低的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，這兩種模式都解決了環(huán)境友好問題，但誰更具經(jīng)濟(jì)性目前似沒有定論。

我國正處在汽車業(yè)大發(fā)展、加快汽油質(zhì)量升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)刻，采取何種發(fā)展模式，對(duì)產(chǎn)業(yè)投資影響巨大；主流觀點(diǎn)認(rèn)為采用高壓縮比汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、使用高標(biāo)號(hào)清潔汽油是趨勢，可以達(dá)到節(jié)能減排之目的，但筆者認(rèn)為這一觀點(diǎn)值得商榷，本文重點(diǎn)評(píng)述汽油品質(zhì)與經(jīng)濟(jì)性問題，為汽車和汽油生產(chǎn)者及汽油消費(fèi)者提供參考。

1 汽油品質(zhì)及熱值

汽油辛烷值標(biāo)號(hào)只是汽油品質(zhì)的其中一項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)汽油品質(zhì)的評(píng)價(jià)應(yīng)是廣義的，主要指標(biāo)包括辛烷值、苯含量、硫含量、芳烴含量、烯烴含量、蒸汽壓等及MTBE等氧化物含量，當(dāng)然還有如餾程、各種微量金屬等雜質(zhì)含量,這些指標(biāo)通常作為評(píng)價(jià)汽油質(zhì)量的依據(jù)；但汽油作為燃料，因燃燒發(fā)熱而產(chǎn)生動(dòng)力，其發(fā)熱值盡管未作為品質(zhì)指標(biāo)而受關(guān)注，顯然發(fā)熱值是評(píng)價(jià)汽油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵指標(biāo)，單位發(fā)熱值高低直接影響汽油消耗量；汽油品質(zhì)與汽油發(fā)熱值沒有密切的關(guān)聯(lián)。

1.1 汽油品質(zhì)評(píng)價(jià)

一般來說，高標(biāo)號(hào)汽油中MTBE等氧化物含量、芳烴含量或烯烴含量等高辛烷值組分相對(duì)較高，由此密度也相對(duì)較大；在過去對(duì)環(huán)保要求不嚴(yán)的時(shí)代，辛烷值標(biāo)號(hào)高的汽油就認(rèn)為是好汽油，而今天，辛烷值與清潔性（有毒物質(zhì)含量）都成了重要指標(biāo)。

1.1.1 汽油綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)

汽油質(zhì)量升級(jí)的本質(zhì)是不斷降低汽油中硫、苯、芳烴、烯烴等有害物質(zhì)的含量，在國Ⅱ升級(jí)到國Ⅲ、國Ⅳ、國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)中，主要把苯、芳烴、烯烴控制到了一個(gè)合適范圍，并以大幅降低硫?yàn)橹饕繕?biāo)，從而減少汽車尾氣排放對(duì)大氣的污染，為了彌補(bǔ)因降低苯、芳烴、烯烴含量所帶來的辛烷值下降，放寬了氧含量（國Ⅱ?yàn)?.8%（w），國Ⅲ、國Ⅳ、國Ⅴ為2.7%（w）），以便可多加入高辛烷值組分MTBE等氧化物，表1所列某廠汽油品質(zhì)基本代表了我國行業(yè)清潔汽油池組分構(gòu)成，屬于優(yōu)質(zhì)汽油，也是未來的發(fā)展趨勢。

表1 某廠國Ⅴ汽油品質(zhì)Table 1 National V Mogas Spec of one refinery

表2 兩種汽油組分組成與辛烷值、密度之間的關(guān)系Table 2 The relationship between components and RON, density in two kinds of Mogas

1.1.2 汽油辛烷值與組成關(guān)系

通常對(duì)于研究法辛烷值（RON）, 各烴類辛烷值高低順序?yàn)榉紵N＞烯烴＞環(huán)烷烴＞烷烴[1]，而可調(diào)汽油的單組分氧化物（MTBE、叔戊基甲基醚、乙醇等）有各自辛烷值，表2列出了煉廠兩種汽油組分的物化性質(zhì)，從表2可看出辛烷值與烴類組成的關(guān)系。

1.1.3 汽油辛烷值與密度關(guān)系

對(duì)烴類來說，密度與烴類分子的碳/氫比、分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般來說碳/氫比越高的烴類密度越大，表3列出了C7的各類烴密度與碳/氫比之間關(guān)系，綜合表1、表2可看出高辛烷值汽油中密度較大的芳烴、烯烴、高辛烷值氧化物等含量相對(duì)較高，因此，高辛烷值汽油其密度相對(duì)較大。

表3 以C7為代表的各類烴燃燒熱25 ℃液態(tài)為基準(zhǔn)Table 3 Calorific Value of different Hydrocarbons at 25 ℃ Liquid State

表4 國內(nèi)可調(diào)汽油的含氧化物燃燒熱Table 4 Calorific value of oxycompound to be blended into Mogas in China

1.2 汽油發(fā)熱值

汽油發(fā)熱值（燃燒熱）是指單位體積或單位重量汽油經(jīng)燃燒所產(chǎn)生的熱量；因此，其熱值高低主要和汽油中的碳、氫、氧含量有關(guān)，表3也列出了以C7為代表的甲苯、環(huán)庚烷、庚烯、庚烷（即芳烴、環(huán)烷、烯烴、烷烴）的密度、碳/氫比、燃燒熱三者之間的關(guān)系，從表3可看出，總體趨勢芳烴、環(huán)烷烴、烯烴、烷烴辛烷值逐步下降，碳/氫比下降，密度逐步下降、體積發(fā)熱值下降。表4列出了國標(biāo)允許可調(diào)汽油的含氧化物高辛烷值組分發(fā)熱值等性質(zhì)，這些含氧烴因氧的存在，燃燒熱明顯降低，且燃燒熱隨氧在分子中所占比例而存在差別，氧含量越高，燃燒熱越低?？梢酝茢?，在氧含量一定的情況下，碳/氫比越高的汽油（如汽油中富含芳烴、環(huán)烷烴、烯烴），密度越大，辛烷值越高，其體積發(fā)熱值越高，重量發(fā)熱值越低；碳/氫比低的汽油（如富含烷烴），密度小，辛烷值低，其體積發(fā)熱值低，重量發(fā)熱值高；含氧量高低無疑也對(duì)汽油發(fā)熱值產(chǎn)生影響，隨著氧含量增高發(fā)熱值降低。對(duì)于同一發(fā)動(dòng)機(jī)，熱值越高的汽油消耗汽油量越少，反之亦反。

2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)與汽油辛烷值、燃效

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高是汽車技術(shù)發(fā)展的主要課題，也是汽車節(jié)能減排的方向；汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中燃燒放熱而使發(fā)動(dòng)機(jī)做功產(chǎn)生動(dòng)力，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)效率高低及功率大小與汽車自身、汽油品質(zhì)有著緊密聯(lián)系。

2.1 汽油燃燒效果

汽油燃燒效果的好壞是燃油效率的重要因素，如果進(jìn)入氣缸的汽油燃燒不完全，則意味著汽油浪費(fèi)，潛在熱量未能釋放，而導(dǎo)致汽油燃燒不完全的原因可能有過剩空氣系數(shù)（空/燃比）、汽油霧化混合效果、點(diǎn)火提前角、汽油燃燒性能（辛烷值高低）。過剩空氣系數(shù)合理性取決于汽車設(shè)計(jì)和汽車控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)水平；汽油霧化混合效果取決于汽油噴嘴的霧化效果，近年來，廣泛使用的電噴、多點(diǎn)電噴技術(shù)大大改善了霧化，使燃油和空氣混合更加均勻；汽油燃燒性能取決于燃油的烴族組成（表征為辛烷值），氣缸中燃油燃燒為快速強(qiáng)氧化反應(yīng)，如燃燒過程中發(fā)生爆震，就會(huì)影響到燃燒速度，導(dǎo)致燃燒不完全。汽車電控技術(shù)和多點(diǎn)電噴技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了汽油燃燒效率，同時(shí)還有效減輕了因燃燒不完全而產(chǎn)生的汽油烴及一氧化碳的排放[2]。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比

很多介紹汽車技術(shù)的人認(rèn)為提高發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率降低油耗，其理由是壓縮比提高后，在壓縮沖程中壓力提高，燃油點(diǎn)火燃燒后因溫度升高，燃燒室壓力升高幅度更大，在作功沖程中對(duì)活塞的推動(dòng)力更大，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)功率并節(jié)省耗油[3,4]；筆者以為這種解釋不準(zhǔn)確，根據(jù)熱力學(xué)原理發(fā)動(dòng)機(jī)能作功的能量來源是燃油的燃燒，發(fā)熱量的高低取決于燃油的多少和是否完全燃燒，這是根本；燃油效率的第一環(huán)節(jié)是燃燒效果好壞，汽車節(jié)油高效是如何改善燃燒環(huán)境，把燃油中碳、氫全部轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。而提高壓縮比盡管在做功沖程中可釋放較大功率，但壓縮沖程中需要消耗能量、損失功率。

高壓縮比從理論上說確實(shí)能提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，但筆者認(rèn)為之所以高壓縮比能提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率和效率主要是氣缸容積效率提高；高壓縮比氣缸燃燒室容積變小，在排氣沖程中殘留于氣缸中的廢氣減少，吸氣沖程中可進(jìn)入的空氣量增加，壓縮沖程中燃燒室壓力升高、殘留廢氣比例降低，以致氧分壓大幅提高，使燃燒速度加快，有利于“完全燃燒”并提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比與功率和耗油率的關(guān)系見表5。

表5 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比與功率和耗油率的關(guān)系[3]Table 5 The relationship between compression ratio and power rate of work, as well as oil consumption

壓縮比提高后，燃燒室壓力高且容積變得更“小”，汽油燃燒速度將變得更快時(shí)間更短，辛烷值低的汽油可能會(huì)出現(xiàn)爆振，影響燃燒效果甚至損壞缸體，因此，高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)建議使用高辛烷值汽油，從而實(shí)現(xiàn)更大功率、更省油、更經(jīng)濟(jì)之目的；需要指出的是近年來汽車技術(shù)通過改進(jìn)空/燃比控制、改善霧化、優(yōu)化點(diǎn)火提前角使燃燒效果變好，美、歐等著名汽車生產(chǎn)商相繼推出高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用相對(duì)低標(biāo)號(hào)的汽油。

2.3 自然吸氣與渦輪增壓

對(duì)于同樣排氣量發(fā)動(dòng)機(jī)，采用渦輪增壓與自然吸氣相比，第一是節(jié)省油耗，它利用了排氣過程中的能量帶動(dòng)渦輪壓縮空氣，提高了燃油效率；第二是在同樣壓縮比下，吸氣沖程中因注入壓縮空氣，壓力比自然吸氣壓力高，進(jìn)入的空氣量比自然吸氣多，可燃燒更多的燃油，因此提高了功率。

2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)效率

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)效率是指發(fā)動(dòng)機(jī)消耗的單位燃料所輸出功率與單位燃料理論發(fā)熱值之比；它與燃料燃燒效果、機(jī)械效率、氣缸容積效率、空/燃比、壓縮比等有關(guān),現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展都在追求提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率[5,6]，在此不多贅述。

3 使用汽油的經(jīng)濟(jì)性

汽油的經(jīng)濟(jì)性是指特定汽車消耗單位汽油所獲得的功率；前已述及，它與汽車的技術(shù)水平及汽油品質(zhì)有關(guān)，對(duì)于某一特定汽車，燃燒環(huán)境及轉(zhuǎn)換效率已基本確定，汽車特性也已形成，有影響的主要是汽油品質(zhì)。

3.1 汽油品質(zhì)與辛烷值、發(fā)熱值

我們可以通過改變汽油品質(zhì)觀察發(fā)熱值變化，案例一（通過提高氧化物辛烷值組分）：以滿足國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)并不含氧化物辛烷值組分的92#汽油為基礎(chǔ)油，向基礎(chǔ)油中加入MTBE提高3個(gè)辛烷值單位，約需加入11.54%（w）的MTBE，調(diào)和后的新汽油辛烷值為95，新汽油中氧含量為2.08%（w）（滿足≤2.7%的國標(biāo)），由此，新汽油的單位體積發(fā)熱值較92#汽油下降約1.69%，即使用此種高標(biāo)號(hào)汽油將增加油耗1.69%。案例二（通過提高高辛烷值烴類組分）：以滿足國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)并含氧化物辛烷值組分和少量芳烴的92#汽油為基礎(chǔ)油，向基礎(chǔ)油中加入芳烴（如二甲苯）提高3個(gè)辛烷值單位，約需加入芳烴12%（w）, 調(diào)和后的新汽油辛烷值為95，由此，新汽油的單位體積發(fā)熱值較92#汽油上升約1%，即使用此種高標(biāo)號(hào)汽油將降低油耗1%。

3.2 汽油的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

對(duì)于汽油生產(chǎn)商、經(jīng)銷商、最終消費(fèi)者而言，因國家對(duì)成品油的流通定價(jià)機(jī)制差別，如生產(chǎn)商出廠到經(jīng)銷商是以重量計(jì)價(jià)，經(jīng)銷商到最終消費(fèi)者是以體積計(jì)價(jià)，評(píng)價(jià)汽油經(jīng)濟(jì)性在很多時(shí)候存在差異。對(duì)最終消費(fèi)者來說，汽油的經(jīng)濟(jì)性主要看同樣標(biāo)號(hào)汽油（其它指標(biāo)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)）其發(fā)熱值的差異，使用發(fā)熱值更高的汽油無疑更省油，但全球通用的做法并不以發(fā)熱值來定價(jià)，而是以辛烷值標(biāo)號(hào)來定價(jià)，辛烷值高的汽油價(jià)格高；前面兩案例已充分說明汽油發(fā)熱值與辛烷值沒有必然聯(lián)系，高辛烷值汽油的發(fā)熱值有可能高也有可能低，它取決于汽油池組分的構(gòu)成及國家的標(biāo)準(zhǔn)；按照目前我國的成品油定價(jià)機(jī)制，辛烷值每變化1個(gè)單位，價(jià)格相差約1.5%，如果單以汽油消耗成本來評(píng)價(jià)汽油的經(jīng)濟(jì)性，其結(jié)論是：(1)同樣標(biāo)號(hào)辛烷值汽油，使用低含氧化物辛烷值組分汽油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于高含氧化物辛烷值組分汽油；(2)同樣含量氧化物辛烷值組分汽油，低標(biāo)號(hào)辛烷值汽油比高標(biāo)號(hào)辛烷值汽油更具經(jīng)濟(jì)性；(3)同樣標(biāo)號(hào)辛烷值、同樣含氧量汽油，大密度汽油比低密度汽油更具經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié) 語

汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)環(huán)境、對(duì)人們的生活影響越來越大，汽油質(zhì)量的升級(jí)對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是一個(gè)有力的支持，作為消費(fèi)者，在使用汽油時(shí)應(yīng)考慮汽車的特性需求和經(jīng)濟(jì)性。

（1）汽油品質(zhì)是廣義的，它包括辛烷值、清潔性、發(fā)熱值等綜合指標(biāo)，汽車尾氣排放污染物與辛烷值標(biāo)號(hào)沒有密切關(guān)系。

（2）汽油標(biāo)號(hào)的選用主要視汽車的特性需求，壓縮比高的發(fā)動(dòng)機(jī)并不一定要用高標(biāo)號(hào)汽油。

（3）汽車油耗高低主要取決于汽車本身和汽油品質(zhì)，對(duì)最終消費(fèi)者來說，使用相對(duì)低標(biāo)號(hào)汽油和低含氧量汽油、大密度汽油更具經(jīng)濟(jì)性；綜合考慮汽油生產(chǎn)商、最終消費(fèi)者的利益，推廣使用相對(duì)低標(biāo)號(hào)汽油是上策，提升汽油清潔性的空間更大。

［1］陳俊武,曹漢昌.催化裂化工藝與工程[M].第一版.北京:中國石化出版社,1995:695-700.

［2］李軍,張世藝,楊立眾,何為.燃油品質(zhì)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能影響分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2008,31(10):1107-1112[1].

［3］馮明星,柴志明,董黎明.成品油銷售企業(yè)要引導(dǎo)用戶科學(xué)選用汽油[J].國際石油經(jīng)濟(jì), 2002, 10（5）: 42-45.

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Evaluation of the Quality and Economy of Motor Gasoline

LIU Chu-chun
（Dalian West Pacific Petrochemical Co., Ltd., Liaoning Dalian 116600, China）

Composite indicators to evaluate the gasoline quality were introduced, and the relation between gasoline component, octane number, density and calorific value was analyzed. The requirements of motor-engine performance for the gasoline quality were discussed as well as the influence of engine performance on the combustion efficiency of gasoline. Meanwhile, the economy in use of gasoline with different octane numbers and components was researched. At last, how to properly choose octane numbers was pointed out.

Quality of gasoline; Octane number; Calorific value; Combustion efficiency; Compression ratio；Economy

TE 624

： A

： 1671-0460（2015）02-0321-04

2014-07-13

劉初春（1963-），男，湖南婁底人，教授級(jí)高級(jí)工程師，1983年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院煉油工程專業(yè)，長期從事石油煉制和經(jīng)營管理工作。E-mail：liuchuchun@wepec.com。