中国推广汽油清净剂的再思考与建议

钟亮(1.中国石化销售股份有限公司华北分公司，天津300384；2.天津中石化悦泰科技有限公司，天津 300384)

0 引言

我国自2004 年实施GB 19592—2004《车用汽油清净剂》标准以来，16 年后的2020 年5 月执行新的升级版GB 19592—2019标准。新标准的实施给我国推广汽油清净剂的工作带来新机遇，也预示汽油清净剂产业发展进入到一个新阶段。

近些年来，国内私家车占有比例大幅度上升，随着车辆行驶里程、使用年限的增加，进气阀、喷嘴及燃烧室沉积物导致动力不足、油耗升高、排放超标等问题也日显突出。国家有关汽油机清净剂质量强制性标准和配套测试新标准的实施给国内推广汽油清净剂注入新的动力，如何进一步推广清净剂得到各方面重视。但由于汽油机内技术进步，汽油标准迅速升级，广大驾者对是否需要使用汽油清净剂仍有疑问。为此，本文在简要回顾推广汽油清净剂历程的基础上，从新法规对减少汽车机内沉积物提出的新要求、汽油机直喷技术进步与机内沉积物形成机理、汽油清净剂研究的新进展等方面，阐述在新形势下，对推广汽油清净剂进行再思考，并提出若干建议。

1 我国推广汽油清净剂历程

2000 年7 月1 日起，我国率先在北京、上海、广州销售的车用汽油中添加清净剂。至今，推广工作大致经历了四个阶段：

第一阶段：2000—2005 迅速起步。1999 年6 月1 日，原国家环保总局发布实施了GWKB1—1999《车用汽油有害物质控制标准》，国内油品销售、汽车企业、环保行业等各界积极响应推广汽油清净剂[1-2]。

第二阶段：2005—2008 首掀高潮。2004 年10 月，国家标准化管理委员会发布实施了GB19592—2004《车用汽油清净剂》国家标准，国内诞生了大量汽油清净剂生产企业，研发非常活跃，有21 个省(区、市)在汽油销售环节添加了清净剂，响应国家节能减排号召[3]。

第三阶段：2008—2019 艰难前行。2008 年12 月国家发改委取消了车用汽油清净剂加剂加价政策后，除北京市等少数地区还坚持在汽油中强制添加清净剂外，大部分省市取消了强制加剂的做法，致使我国汽油中添加汽油清净剂的比例低于80%。

第四阶段：2020—蓄势待发。随着2020 年5 月1 日起GB 19592—2019 新标准正式实施，科技进步成果进一步显现，各界疑虑逐步消失，我国汽油清净剂继续发展的广阔前景初现端倪。

2 新法规新标准提出新要求

2.1 轻型车排放标准升级

2019 年开始实施的第六阶段排放标准，WLTC 循环下THC、CO、NOx 排放物限值，PM 限值和PN 数量，油耗目标值都达到最严要求[4]。国Ⅵ与国Ⅴ汽油车排气污染物限值变化对比如表1。

2.2 汽油标准升级

当前，我国已经开始实施GB17930—2016 第六阶段车用汽油标准，与国Ⅴ阶段影响沉积物的主要指标变化对比如表2。

从表2 可以看出，随着汽油标准的升级，影响发动机内沉积物生产的最主要成分芳烃和烯烃限值大幅度趋紧。

2.3 汽油清净剂标准升级

同样，汽油清净剂GB 19592—2019 的发布和实施也适应了我国对汽车排放的严格要求。同2004 版相比，两个标准主要变化如表3。

从表3 可以看出，前后两个标准对比，沉积物限值大幅度严格，意味着对汽油清净剂的清净性能提出了更高要求。

综上所述，国家汽车排放标准、油品标准和汽油清净剂标准的升级工作均已完成，各自提出了新的限值要求，形成了标准体系的闭环，这为下一步汽油清净剂的大面积推广奠定了国家层面上的技术基础。

表1 国Ⅵ汽油车排气污染物的限值与国Ⅴ变化的对比

表2 国Ⅴ与国ⅥA、ⅥB主要指标变化对比

表3 汽油清净剂国家标准2019版和2004版对比

3 汽油机内部沉积物形成机理

3.1 汽油机直喷技术进步

最近十几年来，汽油缸内直喷技术取得重大进展，得到迅速推广，目前主要有3 种不同的研究方向：均质混合直接喷射、分层混合直接喷射和均质充量压缩着火/压燃直接喷射[5]。均质混合直接喷射无须使用特别的燃料，其开发重点在于优化功率、转矩和动态性能。分层混合直接喷射主要是为了降低燃油耗和CO2排放，由于在超化学计量比的工况运行范围内进行废气后处理的费用会有所增加，目前尚未广泛应用。除缸内直接喷射技术外，可变气门机构以及增压和发动机小型化以及缸内直接喷射和增压等不同汽油机技术的组合应用也越来越多。

尽管发动机缸内直喷技术得到了长足进步，但仍然无法解决喷油嘴孔内沉积物对有害物排放的影响，喷射器沉积物已被确定为颗粒物排(PM)放增加的潜在原因[6]。

3.2 机内沉积物形成机理

汽油机内沉积物的形成一般经历两个阶段，即引发和生长阶段[7]。发动机内燃油液滴从燃油喷嘴喷出后，以雾状形态与空气形成混合气，混合气中的高沸点组分遇到温度较低的金属表面则会冷凝形成一层液状油膜，由于液状油膜具有一定的黏附力，会黏附油膜附近的颗粒状胶质，同时远离油膜的胶质也会在温度梯度的作用下向金属表面迁移，以上为积碳形成的引发阶段。当颗粒状胶质被吸附在金属表面以后，在200℃左右就会必然发生一系列的高温氧化、聚合、热分解等变化，由小颗粒变成大颗粒，这一过程称为积碳的生长阶段。发动机进气阀与燃烧室沉积物的来源以汽油与润滑油的氧化产物为主，还包含发动机自身磨损、灰尘等因素。

从生成机理看，发动机、油品质量提升都不可能完全避免机内沉积物的生成，只要是使用化石燃料的发动机必然会产生沉积物，汽油清净剂始终具有添加的必要。

4 汽油清净剂研究的新进展

从发展进程看，国外汽油清净剂的核心主剂经历三种配方体系的发展历程：聚异丁烯胺、聚醚胺及曼尼希化合物体系。目前，国内已主要采用曼尼希化合物[8]，本文也仅介绍以曼尼希化合物为代表的研究新进展。

4.1 继续提高关键组分性能

曼尼希汽油清净剂是烷基取代酚与甲醛和胺的缩合产物，热稳性较高，添加到汽油中既能控制发动机低温部件也能高效控制汽油机高温部件沉积物的生成。如果与聚醚胺、聚醚多元醇、酰胺醇胺等清净剂进行复配，还可同时高效控制发动机燃料进气系统、喷油嘴和烧室等处沉积物的生成。单独使用时具有良好的清净效果，与其他一些化合物(如聚(氧化烯烃)氨基甲酸酯、聚(氧化烯烃)多元醇等)以一定比例混合后，清净效果更加理想[9]。

此外，曼尼希碱分子结构、热稳定性、增溶能力及分子键能与清净性能的关系紧密[8]：提高曼尼希碱胺化物中氮原子数无法进一步提高其清净性能；曼尼希碱热稳定性越高，清净性能越好；热稳定性相当时，增溶能力越强，清净性越好；曼尼希碱分子中仲胺生成的C-N 键键能小于伯胺生成的C-N 键键能，在高温时容易断裂而导致曼尼希碱清净性能变差。

4.2 汽油清净剂助力品牌汽油

国外汽油清净剂生产能力2012 年已达到30 万吨/年。北美约90%、欧洲70%～90%和日本约80%的汽油均加入了汽油清净剂。根据美国环境保护署EPA 和加州空气资源局CARB 的规定加剂是强制性的，并以“最低加剂量(LAC)”为原则，通常市售油品加剂量只是“LAC+10%”的水平[10]。

早在2002 年，汽车制造商向美国EPA 提出，汽油标准要求添加的清净剂的水平太低，解决不了沉积物问题。之后，宝马、通用和丰田等公司联合提出添加更高水平的汽油清净剂的品牌汽油推荐认证“Top Tier”(顶级清洁汽油)，随后大众、菲亚特-克莱斯勒等公司也相继采用。要达到“Top Tier”品牌标准，必须经过系列严格测试，检测对发动机进气门、喷油嘴、燃烧室和气门挺杆等位置的沉积物抑制及清洗情况。目前，在美国多家汽油零售商获得认证，有1/3 的加油站可以提供认证过的品牌汽油。

4.3 配套推广乙醇汽油

2017 年以来，国内随着《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》和《全国生物燃料乙醇产业总体布局方案》的落实，乙醇汽油推广进入一个新阶段。为回答是否需要在车用乙醇汽油钟加入清净剂的问题，国家标准化管理委员会下达的国家标准GB 18351—2017《车用乙醇汽油(E10)》的修订任务近期已完成征求意见稿，明确在新标准的意见稿中增加第5.5 条“市场销售的车用乙醇汽油中应加入标称剂量以上的符合GB 19592 要求的汽油清净剂”，社会原因是汽车行业和环保部门多年来对汽油清净剂使用的诉求，技术原因是汽油清净剂的使用能够有效缓解直喷发动机(GDI)的颗粒物排放压力，同时也能有效减少进气道喷射发动机(PFI)的进气阀沉积物。

5 若干思考与建议

5.1 若干思考

一是机内沉积物仍将持续产生。以汽油缸内直喷为代表的发动机技术取得的重大进步并不能改变汽油在200℃左右温度下氧化缩合生成沉积物，其对更加精密的内部件(如喷油嘴内部)的不利影响更要引起重视。

二是汽油标准升级无法消除沉积物。芳烃、烯烃含量大幅度降低，一定程度上减少了生成沉积物的重要来源，但润滑油及机内磨损物构成沉积物的因素无法消除。

三是国外汽油一直加汽油清净剂。许多国家要求强制加入，由知名汽车商结成联盟推出清净剂添加量高于标准汽油的高端汽油，石油公司可以再提升水平形成本公司的品牌汽油。

四是汽油清净剂的研究持续进行。目前，以曼尼希碱为主剂仍不断合成一些新组分，聚醚胺和聚异丁烯胺等传统主剂也在往多胺化方向发展。

5.2 建议

一是认真贯标，大面积应用。充分抓住当前汽车排放标准、汽油标准和汽油清净剂国家标准全部升级完成形成了标准体系的闭环，扫清了实施过程中技术上的所有障碍的有利时机，各企业应认真积极贯彻新国标助力汽油清净剂的大面积应用。

二是打破行业界限，实现跨界联合。从满足高端汽车需求入手，汽车清净剂行业主动和汽车制造、油品销售、环保部门和市场监管部门密切配合，从高端汽车初装油入手，推出与国外媲美的我国高级汽油标准。

三是加大汽油品牌化力度，带动复合专用剂推广。我国品牌化工作正向汽柴油等大宗商品渗透，清净剂行业要及时抓住机遇，拓展清净剂功能，带动复合专用剂在汽油品牌化中的应用。

四是支持汽油清净剂主剂国产化。尽快将已有科研成果转化为企业产品，加快形成具有自主知识产权的国产汽油清净剂核心技术。