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汽油质量的辨别方法之二：汽油的抗爆性
点击次数：11377 发布时间：2015/6/3 8:46:03
汽油的组成不合理或馏程不均匀，导致其辛烷值不能与发动机的压缩比相匹配，造成汽缸内燃烧火焰急剧传播，引发爆震，俗称“敲缸”，爆震会造成汽车颠簸，并影响发动机寿命。
压缩比是设计内燃机时非常重要的一个参数。压缩比愈高，燃烧后转化为功的效率也就愈高，也就愈经济。
所谓压缩比，是指当发动机汽缸里的活塞运动到下死点时，汽缸吸人汽油和空气混合物的体积V,和活塞运动到上死点时被压缩的汽油和空气混合物的体积V2之比，压缩比E=V1/V2。但是，压缩比的提高又是有限的，辛烷值也必须与压缩比相匹配，才能发挥效益。否则，低辛烷值汽油用在高压缩比内燃机上，就会出现爆震现象。
所谓压缩比，是指当发动机汽缸里的活塞运动到下死点时，汽缸吸人汽油和空气混合物的体积V,和活塞运动到上死点时被压缩的汽油和空气混合物的体积V2之比，压缩比E=V1/V2。但是，压缩比的提高又是有限的，辛烷值也必须与压缩比相匹配，才能发挥效益。否则，低辛烷值汽油用在高压缩比内燃机上，就会出现爆震现象。
汽油的辛烷值与其不同的加工工艺有着密切的关系，这是因为不同的汽油组分所含碳氢化合物的结构不同。现以国产FCC汽油产品为例，充分了解其中含量较大而辛烷值又偏低的组分，会为不断提高其汽油产品辛烷值提供科学依据。
FCC汽油中的烃类一般分为四族，即芳烃、环烷烃、链烷烃（又分正构和异构烷烃）及烯烃，它们各自的辛烷值大致是按芳烃、环烷烃、烯烃及链烷烃的顺序递减。
1.链烷烃
（1）直链烷烃随着碳原子数增加，辛烷值快速降低。例如正丁烷马达法辛烷值（MON）为89.6，研究法辛烷值（RON）为93.8，而正庚烷的MON及RON都是零，对于碳原子数更高的正构烷烃，MON及RON则变成负值;
（2）支链烷烃的支化度愈高，则辛烷值愈高.如:同为八碳烷烃，正辛烷的辛烷遭为负值，2-甲基庚烷MON =23.1, RON =20.7,2,3-二甲基己烷MON =78.9, RON =71.3;2,2,4-三甲基戊烷（异辛烷）MON = RON=100;
（3）对于同样支化度的链烷烃则支链愈近分子中心.即分子越紧凑辛烷值愈高，例如:2-甲基庚烷的MON为23.1 , RON为20.7 ; 3-甲基庚烷MON为35.0, RON为26.8; 3-乙基己烷MON为52.4, RON为33.5。
2.烯烃
同样随着碳原子数的增加，直链烯的辛烷值下降，随支化程度提高而增加，但直至癸烯其混合辛烷值仍是正值。此外对于同样支化度及碳原子数的分子，双键越接近分子中心，辛烷值愈高，如l-庚烯的MON为50.7, RON为54.5.而3-庚烯（反）MON为79.3，RON为89.8.
3.环烷烃
（1）随着环上碳原子数增加辛烷值减少，如环戊烷MON为84.9, RON为100.1，而环己烷MON为77.2 , RON为83.0 ;
（2）除环丙烷外，辛烷值随环上侧链增长而降低，如甲基环己烷MON为71.1, RON为74.8;乙基环己烷MON40.8,"RON为45.6 ;
（3）在侧链上导人支链可以改善辛烷值，取代基愈不对称、愈密集，辛烷值越高，如:1,1-二甲基环戊烷MON为89.3 , RON为92.3; 1,3-二甲基环戊烷MON为73.1 . RON为79.2.
4.芳烃_
在汽油沸程范围内的芳烃辛烷值都很高，RON都在100以上，MON都在90以上，但在苯环上导人直链将使辛烷值降低，直链愈长，降低值愈大。如甲苯MON为100.3 , RON为105.8，正丁基苯MON为94.5, RON为100.4，对于二取代芳烃如二甲苯的辛烷值按下述顺序降低:取代基1,3>1,4>1,2，对三取代芳烃对称性越好辛烷值越高，如1,3,5-三甲基MON为106, 1,2,3一三甲苯MON为100.6。
汽油烃分子结构和辛烷值的关系还可做更为系统的描述，即辛烷值大致是按芳烃、支链烯烃、支链烷烃、环烷烃、直链烯烃及直链烷烃的顺序递减，对照单体烃的辛烷值，FCC汽油中较高辛烷值组分主要有支链烷烃、支链烯烃和芳烃。它们的MON均大于80, RON均大于90.
FCC汽油中的低辛烷值组分，主要有直链烷、直链烯及单取代基的烷烃，它们的MON均小于51,
FCC汽油中高辛烷值组分主要有芳烃、支链烷烃和支链烯烃，其中芳烃的辛烷值.在汽油中芳烃含量的变化对辛烷值的影响较大。
在FCC汽油中的低辛烷值组分主要有直链烷、直链烯及单取代基烷烃，直链烯烃的含量不高.变化也不大。各种不同原料、不同催化剂的FCC汽油中虽然直链烷烃的含量也不一样，但在低辛烷值组分中直链烷烃是影响辛烷值的主要因素。
FCC汽油的组成通过选择合适的工艺条件，优化原料及改进催化剂等途径是可以使FCC汽油中高辛烷值组分增加，低辛烷值组分减少，因此目前各种新一代的催化剂或助剂也大都是针对正构烷烃，使之芳构化，或使单甲基取代的烷烃转化为异构烯烃来进一步提高汽油辛烷值。
烷基化、催化重整，异构化甚或叠合都是通过重新进行分子设计的反应来生产某种或某几种高辛烷值单体烃。
我国几种汽油组分的烃族组成和辛烷值范围见下表：
FCC汽油中的烃类一般分为四族，即芳烃、环烷烃、链烷烃（又分正构和异构烷烃）及烯烃，它们各自的辛烷值大致是按芳烃、环烷烃、烯烃及链烷烃的顺序递减。
1.链烷烃
（1）直链烷烃随着碳原子数增加，辛烷值快速降低。例如正丁烷马达法辛烷值（MON）为89.6，研究法辛烷值（RON）为93.8，而正庚烷的MON及RON都是零，对于碳原子数更高的正构烷烃，MON及RON则变成负值;
（2）支链烷烃的支化度愈高，则辛烷值愈高.如:同为八碳烷烃，正辛烷的辛烷遭为负值，2-甲基庚烷MON =23.1, RON =20.7,2,3-二甲基己烷MON =78.9, RON =71.3;2,2,4-三甲基戊烷（异辛烷）MON = RON=100;
（3）对于同样支化度的链烷烃则支链愈近分子中心.即分子越紧凑辛烷值愈高，例如:2-甲基庚烷的MON为23.1 , RON为20.7 ; 3-甲基庚烷MON为35.0, RON为26.8; 3-乙基己烷MON为52.4, RON为33.5。
2.烯烃
同样随着碳原子数的增加，直链烯的辛烷值下降，随支化程度提高而增加，但直至癸烯其混合辛烷值仍是正值。此外对于同样支化度及碳原子数的分子，双键越接近分子中心，辛烷值愈高，如l-庚烯的MON为50.7, RON为54.5.而3-庚烯（反）MON为79.3，RON为89.8.
3.环烷烃
（1）随着环上碳原子数增加辛烷值减少，如环戊烷MON为84.9, RON为100.1，而环己烷MON为77.2 , RON为83.0 ;
（2）除环丙烷外，辛烷值随环上侧链增长而降低，如甲基环己烷MON为71.1, RON为74.8;乙基环己烷MON40.8,"RON为45.6 ;
（3）在侧链上导人支链可以改善辛烷值，取代基愈不对称、愈密集，辛烷值越高，如:1,1-二甲基环戊烷MON为89.3 , RON为92.3; 1,3-二甲基环戊烷MON为73.1 . RON为79.2.
4.芳烃_
在汽油沸程范围内的芳烃辛烷值都很高，RON都在100以上，MON都在90以上，但在苯环上导人直链将使辛烷值降低，直链愈长，降低值愈大。如甲苯MON为100.3 , RON为105.8，正丁基苯MON为94.5, RON为100.4，对于二取代芳烃如二甲苯的辛烷值按下述顺序降低:取代基1,3>1,4>1,2，对三取代芳烃对称性越好辛烷值越高，如1,3,5-三甲基MON为106, 1,2,3一三甲苯MON为100.6。
汽油烃分子结构和辛烷值的关系还可做更为系统的描述，即辛烷值大致是按芳烃、支链烯烃、支链烷烃、环烷烃、直链烯烃及直链烷烃的顺序递减，对照单体烃的辛烷值，FCC汽油中较高辛烷值组分主要有支链烷烃、支链烯烃和芳烃。它们的MON均大于80, RON均大于90.
FCC汽油中的低辛烷值组分，主要有直链烷、直链烯及单取代基的烷烃，它们的MON均小于51,
FCC汽油中高辛烷值组分主要有芳烃、支链烷烃和支链烯烃，其中芳烃的辛烷值.在汽油中芳烃含量的变化对辛烷值的影响较大。
在FCC汽油中的低辛烷值组分主要有直链烷、直链烯及单取代基烷烃，直链烯烃的含量不高.变化也不大。各种不同原料、不同催化剂的FCC汽油中虽然直链烷烃的含量也不一样，但在低辛烷值组分中直链烷烃是影响辛烷值的主要因素。
FCC汽油的组成通过选择合适的工艺条件，优化原料及改进催化剂等途径是可以使FCC汽油中高辛烷值组分增加，低辛烷值组分减少，因此目前各种新一代的催化剂或助剂也大都是针对正构烷烃，使之芳构化，或使单甲基取代的烷烃转化为异构烯烃来进一步提高汽油辛烷值。
烷基化、催化重整，异构化甚或叠合都是通过重新进行分子设计的反应来生产某种或某几种高辛烷值单体烃。
我国几种汽油组分的烃族组成和辛烷值范围见下表：
汽油的另外一个特点是要求馏分比较均匀，如规格中规定了10%, 50%和90%馏出温度，这样有利于汽车在不同条件的正常行驶。
原创作者：上海羽通仪器仪表厂
