國Ⅵ升級(jí)過程車用汽油辛烷值分布特點(diǎn)及原因分析

王鵬飛，管 華，鞏 赫，李少玉，鄭 煜

（中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司，北京 100083）

車用汽油辛烷值是評(píng)價(jià)車用汽油抗爆震性能的重要特性指標(biāo)，是保證汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)平穩(wěn)燃燒的重要因素[1]。伴隨著排放及能耗法規(guī)日趨嚴(yán)格，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)制造向小型化和高壓縮比方向發(fā)展，在高負(fù)荷以及更極端的工作條件下使用辛烷值不足的汽油會(huì)引發(fā)超級(jí)爆震，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件造成嚴(yán)重?fù)p壞[2]。因此，保證車用汽油產(chǎn)品辛烷值穩(wěn)定性是油品質(zhì)量升級(jí)過程中的重要任務(wù)。

2018—2022年我國車用汽油產(chǎn)品歷經(jīng)國Ⅴ到國ⅥA階段的過渡期、國ⅥA正式實(shí)施期、國ⅥA到國ⅥB 的過渡期3 個(gè)階段。自2019 年起，國家推行實(shí)施國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)車用汽油并對(duì)車用汽油中的烯烴、芳烴等高辛烷值組分的含量上限進(jìn)行下調(diào)。汽油中的烯烴含量主要來源于催化裂化工藝[3-4]，芳烴含量主要來源于以石腦油為原料的催化重整工藝[5]，催化裂化組分和重整組分都是車用汽油辛烷值的重要組成部分。國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施后，高辛烷值組分含量被限制，促使企業(yè)優(yōu)化調(diào)和配方，用以保證汽油產(chǎn)品辛烷值達(dá)標(biāo)。對(duì)車用汽油辛烷值持續(xù)監(jiān)控，將有助于反饋產(chǎn)品質(zhì)量與調(diào)和配方適應(yīng)情況，為市場(chǎng)提供更優(yōu)質(zhì)更清潔的車用汽油產(chǎn)品。

以92號(hào)和95號(hào)車用汽油產(chǎn)品為研究對(duì)象，針對(duì)研究法辛烷值（RON）檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面統(tǒng)計(jì)分析，可以有效顯示車用汽油在烯烴和芳烴含量上限不斷降低的過程中RON的變化情況，同時(shí)也可以在車用汽油品質(zhì)要求邁向更環(huán)保、清潔的大方向下掌握車用汽油整體的產(chǎn)品質(zhì)量情況。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選取2018—2022年煉化企業(yè)生產(chǎn)的同一批次車用汽油以及銷售企業(yè)采購或外購的92號(hào)和95號(hào)車用汽油樣品，執(zhí)行GB/T 17930—2016《車用汽油》標(biāo)準(zhǔn)，不包括含有乙醇組分的車用汽油及執(zhí)行北京或其他地方產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的車用汽油。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

采用GB/T 5487—2015《汽油辛烷值的測(cè)定研究法》對(duì)選取樣品RON進(jìn)行檢測(cè)。該方法是一種使用特定單缸發(fā)動(dòng)機(jī)在相對(duì)溫和條件下測(cè)定點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)燃料RON的方法，也是車用汽油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測(cè)定汽油RON的標(biāo)準(zhǔn)方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品RON 分析

以樣品收集年度為單位，分別統(tǒng)計(jì)了92號(hào)和95 號(hào)車用汽油RON 的平均值、中位值及最大值，結(jié)果如表1所示。

表1 2018—2022 年車用汽油RON 總體情況

由表1看出，2018—2020年92號(hào)車用汽油的RON 呈現(xiàn)逐年降低趨勢(shì)，2021 年RON 平均值明顯增大并在2022年基本回落至2018年水平，說明在2019年推行車用汽油產(chǎn)品國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)先滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求后，企業(yè)通過配方調(diào)整優(yōu)化，在確認(rèn)RON指標(biāo)已經(jīng)達(dá)標(biāo)且保持穩(wěn)定的情況下，針對(duì)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性再度優(yōu)化配方，使RON 回到2018 年未限制烯烴和芳烴含量時(shí)的水平，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)平衡狀態(tài)。但與此同時(shí)，中位值數(shù)據(jù)表明，2022 年92 號(hào)車用汽油RON 水平整體處于較高狀態(tài)。95號(hào)車用汽油RON各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)值的變化規(guī)律與92號(hào)車用汽油基本相同，唯一差別在于2022 年抽檢樣品RON 的中位數(shù)相比于2021年數(shù)據(jù)沒有明顯降低。

在車用汽油國ⅥA 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施以后，烯烴和芳烴等高辛烷值組分受限，汽油RON出現(xiàn)了一定程度的下降。損失的RON 只能依靠烷烴或RON改進(jìn)劑進(jìn)行補(bǔ)充，由于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)氧含量的限制，異構(gòu)烷烴成為主要選擇。隨著烷基化調(diào)和組分油的工藝成熟、產(chǎn)量逐年增加，損失的RON依靠異辛烷調(diào)和組分油進(jìn)行填補(bǔ)，RON逐漸恢復(fù)至2018 年水平，并為車用汽油國ⅥB產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，烯烴含量上限由18%下調(diào)至15%時(shí)的RON損失做好了準(zhǔn)備。

將選取的2018—2022 年92 號(hào)及95 號(hào)車用汽油樣品的芳烴、烯烴含量與RON相關(guān)聯(lián)，結(jié)果如圖1所示。

圖1 2018—2022 年92 號(hào)與95 號(hào)車用汽油RON 與烯烴、芳烴含量注：圖1 中藍(lán)色虛線代表車用汽油執(zhí)行國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)階段時(shí)對(duì)汽油中烯烴和芳烴含量的限制，黑色和紅色虛線分別代表車用汽油執(zhí)行國ⅥA 和國ⅥB 標(biāo)準(zhǔn)階段對(duì)汽油中烯烴和芳烴含量的限制

將圖1 按照車用汽油標(biāo)準(zhǔn)不同階段對(duì)烯烴和芳烴含量的限制分為多個(gè)區(qū)域，從圖1a 可以看出，藍(lán)色區(qū)域分布范圍說明92 號(hào)汽油中RON 較低的樣品具有烯烴含量極低或芳烴含量極低的特征，橙色及紅色區(qū)域分布位置可以看出92號(hào)汽油質(zhì)量升級(jí)過程中高RON汽油的烯烴和芳烴含量特征由低芳烴高烯烴含量轉(zhuǎn)變?yōu)榈拖N高芳烴含量。從圖1b 可以看出，自2018 年進(jìn)入國Ⅴ到國ⅥA階段的過渡期起，95號(hào)車用汽油已經(jīng)可以滿足國ⅥA標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于烯烴含量限制的要求，95號(hào)汽油質(zhì)量升級(jí)過程中，芳烴含量保持在17%～35%，高RON樣品烯烴含量大多分布在8%～13%。95號(hào)汽油RON 更多依靠芳烴組分和異構(gòu)烷烴組分提供，在進(jìn)行質(zhì)量升級(jí)后大多數(shù)產(chǎn)品RON有所提升，升級(jí)后較低RON的樣品數(shù)量明顯減少。

2.2 2018—2022 年數(shù)據(jù)分布分析

通過將2018—2022 年92 號(hào)車用汽油RON 數(shù)據(jù)采用繪制直方圖的方法進(jìn)行分析，可以更直觀地查看RON整體分布以及存在的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)和質(zhì)量過剩等情況（見圖2）。

圖2 2018—2022 年92 號(hào)汽油RON 分布情況數(shù)量 累計(jì)占比

從圖2 看出，92 號(hào)車用汽油樣品中，各年度RON 超出中位值0.5 個(gè)單位以上的樣品數(shù)量占樣品總量的比重均不超過10%，說明92號(hào)車用汽油沒有普遍出現(xiàn)RON指標(biāo)大幅超出使用要求，即質(zhì)量過剩的現(xiàn)象。由于RON檢測(cè)方法存在重復(fù)性與再現(xiàn)性，若不同實(shí)驗(yàn)室或機(jī)構(gòu)的檢測(cè)結(jié)果差異超出限定范圍，導(dǎo)致產(chǎn)品被判定不合格，即該產(chǎn)品存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。將測(cè)試方法規(guī)定的重復(fù)性數(shù)值0.2作為質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的邊界范圍，可以發(fā)現(xiàn)，RON 在92.0 ～92.2 的樣品在總體樣品量中占比均不超過10%，說明92號(hào)汽油RON不存在明顯的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

從數(shù)據(jù)分布情況來看，2018 年、2021 年和2022年的樣品RON趨于正態(tài)分布，大多數(shù)樣品的RON分布在92.9～93.2，占樣品總量的40%以上。2019年和2020年樣品RON呈現(xiàn)雙峰分布，2個(gè)集中峰之間差距不小于0.4個(gè)單位，單峰樣品量占比均超過樣品總量的20%，說明與2018年、2021年和2022年數(shù)據(jù)相比，部分92號(hào)車用汽油受國ⅥA標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施后的影響顯著，RON損失較為明顯。

統(tǒng)計(jì)分析2018—2022 年95 號(hào)車用汽油RON數(shù)據(jù)，繪制直方圖，查看RON分布情況以及存在的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)和質(zhì)量過剩情況（見圖3）。

圖3 2018—2022 年95 號(hào)汽油RON 分布情況數(shù)量 累計(jì)占比

從圖3看出，95號(hào)車用汽油樣品中，RON超出中位數(shù)0.5個(gè)單位以上的樣品數(shù)量在各年度樣品總量中占比均不超過10%，RON質(zhì)量過剩并不是95號(hào)汽車用油普遍存在的現(xiàn)象。將測(cè)試方法規(guī)定的重復(fù)性數(shù)值0.2作為質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的邊界范圍，可以看出，RON 數(shù)值在95.0 ～95.2 的樣品在總體樣品量中占比均不超過8%，95 號(hào)汽油RON 不存在明顯的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

從數(shù)據(jù)分布情況來看，除2020 年RON 分布較為平均外，其他年度樣品RON都較趨近于正態(tài)分布，大多數(shù)樣品的RON 分布在95.7 ～96.3，占總樣品量的50%以上。2020 年樣品的RON 呈現(xiàn)單值集中的狀態(tài)，RON數(shù)值為95.5的樣品占比超過30%?？梢钥闯?，2019年和2020年95號(hào)車用汽油RON集中范圍較其余年份偏低，RON數(shù)值低于96.0 的樣品占比超過50%，結(jié)合表1 數(shù)據(jù)可以得出，2019年和2020年95號(hào)車用汽油受國ⅥA標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施影響顯著，RON損失較為明顯。

2.3 煉化企業(yè)與銷售企業(yè)同牌號(hào)汽油RON 分布

受到運(yùn)輸距離、運(yùn)輸時(shí)效性及運(yùn)輸成本的影響，煉化企業(yè)汽油產(chǎn)品可輻射的區(qū)域有限，但銷售企業(yè)油品來源多樣，輻射地區(qū)更廣泛，因此將產(chǎn)品分開對(duì)比，觀察生產(chǎn)端與銷售端產(chǎn)品的RON差異。將來源不同的車用汽油數(shù)據(jù)按照地區(qū)分類后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。

表2 2018—2022 年不同來源樣品RON 分布

從表2看出，不同來源的汽油產(chǎn)品RON總體變化相同，均為先降低再增加的趨勢(shì)。煉化企業(yè)抽檢的92 號(hào)和95 號(hào)車用汽油產(chǎn)品RON 平均值、中位值和最大值均不大于銷售企業(yè)抽檢的同類型產(chǎn)品，不同來源、相同牌號(hào)的樣品中，最大值間差異較平均值和中位值更明顯。從產(chǎn)品質(zhì)量的角度分析，銷售企業(yè)抽檢的產(chǎn)品中，均有超出標(biāo)準(zhǔn)要求2 ～3 個(gè)單位的樣品，與煉化企業(yè)同牌號(hào)產(chǎn)品相比存在明顯質(zhì)量過剩，反映出煉化企業(yè)生產(chǎn)工藝和調(diào)和工藝穩(wěn)定性較強(qiáng)，產(chǎn)品質(zhì)量區(qū)間的控制比銷售企業(yè)更加精準(zhǔn)。

針對(duì)表2中不同來源的汽油產(chǎn)品RON總體變化情況，對(duì)樣品氧含量做進(jìn)一步分析，結(jié)果如表3所示。

表3 2018—2022 年不同來源樣品氧含量

從表3 看出，95 號(hào)車用汽油的氧含量普遍高于92號(hào)車用汽油，且氧含量分布較集中。除2022年以外，來自煉化企業(yè)的92號(hào)車用汽油樣品氧含量整體高于來自銷售企業(yè)的同類樣品，不同年度之間的變化也更加顯著。2021年煉化企業(yè)92號(hào)車用汽油樣品中的氧含量較2020年有明顯提升，主要來源于甲基叔丁基醚（MTBE）添加量的變化。2021年銷售企業(yè)92號(hào)車用汽油樣品氧含量相比于2020年提升幅度較小，導(dǎo)致RON差異的原因可能是調(diào)和組分的變化。在車用汽油整體質(zhì)量升級(jí)過程中，95號(hào)車用汽油的氧含量趨于平穩(wěn)，說明由于烯烴和芳烴含量限制造成的RON損失，通過調(diào)和配方的優(yōu)化進(jìn)行了相應(yīng)的彌補(bǔ)。

將2018—2022 年92 號(hào)車用汽油RON 數(shù)據(jù)按照樣品來源分類后繪制直方圖（見圖4）?？梢钥闯觯瑹捇髽I(yè)抽檢樣品RON分布更為均衡，不同來源樣品中RON 約為93.1 的樣品數(shù)量占比均最高，銷售企業(yè)占比為25%，煉化企業(yè)占比為19%；銷售企業(yè)抽檢樣品中還有大量樣品RON 集中在92.5，占比15%，而煉化企業(yè)抽檢樣品集中在92.3和92.7，分別占比10%。計(jì)算2組數(shù)據(jù)的上四分位數(shù)，煉化企業(yè)樣品上四分位數(shù)為93.0，銷售企業(yè)樣品上四分位數(shù)為93.2。分析認(rèn)為，煉化企業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的把控普遍較好，針對(duì)質(zhì)量與使用效果平衡的控制更加精確，92號(hào)車用汽油質(zhì)量過剩的情況更多出現(xiàn)在銷售企業(yè)中。

圖4 不同來源92 號(hào)汽油RON 分布情況數(shù)量 累計(jì)占比

將2018—2022年95號(hào)汽油RON數(shù)據(jù)按照樣品來源分類后繪制直方圖（見圖5）?？梢钥闯?，煉化企業(yè)抽檢樣品RON集中在95.9～96.3，占總體比例超過50%；銷售企業(yè)抽檢樣品中RON為95.5的樣品占比為15%，RON集中在95.9～96.3的樣品占比超過60%。計(jì)算2組數(shù)據(jù)的上四分位數(shù)，煉化企業(yè)樣品上四分位數(shù)為96.2，銷售企業(yè)樣品上四分位數(shù)為96.4。分析認(rèn)為，由于銷售企業(yè)產(chǎn)品來源的多樣性以及對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的把控，車用汽油產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量過剩的情況更為常見；煉化企業(yè)擁有長期穩(wěn)定運(yùn)行的生產(chǎn)技術(shù)以及對(duì)于產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性的考慮，使其對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性把控更為精確，對(duì)質(zhì)量與使用效果平衡的控制更加準(zhǔn)確。

圖5 不同來源95 號(hào)汽油RON 分布情況數(shù)量 累計(jì)占比

總體而言，無論是煉化企業(yè)還是銷售企業(yè)，都傾向于提供RON 更高的產(chǎn)品，現(xiàn)有汽油RON調(diào)和組分可以應(yīng)對(duì)更高的產(chǎn)品質(zhì)量環(huán)保要求。

3 結(jié)語

通過對(duì)2018—2022年從市場(chǎng)及生產(chǎn)企業(yè)抽檢的車用汽油產(chǎn)品RON數(shù)據(jù)分析得出，在我國車用汽油產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)過程中，通過調(diào)整汽油組成中烷烴、烯烴和芳烴類型及含量以及添加RON改進(jìn)劑等方式，可以同時(shí)兼顧產(chǎn)品的環(huán)保性能和使用性能。雖然RON 指標(biāo)受到執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)變化的影響，但是損失的RON可通過異辛烷調(diào)和組分等高RON組分進(jìn)行補(bǔ)充。通過對(duì)不同牌號(hào)的汽油產(chǎn)品RON分布情況的研究得出，在成品油質(zhì)量方面，滿足車用汽油國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品有效結(jié)合了汽油的抗爆震性能與高速使用性能。在“雙碳”目標(biāo)指引下，車用汽油未來發(fā)展方向仍然是清潔和高效，烯烴和芳烴的含量存在繼續(xù)降低的可能性，RON指標(biāo)或?qū)⑻岣?。為更好適應(yīng)未來車用汽油發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)持續(xù)創(chuàng)新開發(fā)綠色化、經(jīng)濟(jì)性車用汽油調(diào)和方案，提前布局有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品技術(shù)。