韋清華陳義龍張睿晏潤寒黃麗榮

（1.中國石油大學（北京）；2.中國石油安全環(huán)保技術研究院；3.中國石油華北化工銷售公司）

柴油清凈劑研究與應用展望

韋清華1陳義龍2張睿1晏潤寒1黃麗榮3

（1.中國石油大學（北京）；2.中國石油安全環(huán)保技術研究院；3.中國石油華北化工銷售公司）

對國內外柴油清凈劑的研究進展和應用現(xiàn)狀進行調研，結果表明其大都停留在第三代清凈劑水平。對國內市場上兩款知名柴油清凈劑進行分析，概述和對比不同柴油清凈劑的清凈效果，并對其存在的問題進行剖析，提出應發(fā)展全面解決發(fā)動機積炭的第五代復合型清凈劑，制定柴油清凈劑相關標準。

柴油清凈劑；聚異丁烯胺復合型清凈劑；清凈效果；積炭

0 引 言

近年來，我國的汽車保有量急劇增長，石化燃料燃燒、排放引起的的環(huán)境污染不容忽視。汽車在運行過程中，發(fā)動機進氣系統(tǒng)和燃燒室產生的沉積物會嚴重影響油料的正常噴射、霧化、混合和燃燒，使汽車發(fā)動機的驅動性變差，功率和燃油經(jīng)濟性降低，排放惡化，破壞環(huán)境［1］。如何減少發(fā)動機積炭，降低汽車尾氣排放量，提高油品的經(jīng)濟性是目前的研究熱點，因此，燃油清凈劑的研究、發(fā)展和應用如火如荼。

柴油清凈劑相對于汽油清凈劑發(fā)展較晚。隨著高品質燃油的需求，以及環(huán)保要求的日益嚴格，柴油清凈劑正呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。

1 國內外柴油清凈劑的研究、應用現(xiàn)狀

我國對汽車燃油清凈劑的研究起步晚，上世紀90年代才得以發(fā)展。歐美等國家對清凈劑的研究大致可分為四代［2］：第一代起源于上世紀60～70年代，主要針對化油器沉積物，成分主要是低分子胺類化合物；第二代在80～90年代，主要針對發(fā)動機燃油噴油嘴，主劑成分為聚異丁烯丁二酰胺類化合物；第三代從90年代開始，除了清凈燃油噴嘴沉積物外，還對進氣閥結膠、積炭起作用，主要為聚異丁烯胺類、曼尼希堿類無灰分散劑；第四代為現(xiàn)階段研究的清凈劑，聚醚胺類化合物，除對燃油噴嘴、進氣閥有清潔作用外，最大的進步是對燃燒室的積炭生成有抑制、分解作用。

1.1 研究進展

目前研究比較成熟的柴油清凈劑是聚異丁烯胺類清凈劑。中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心黃卿［3］等人通過對常見清凈劑主劑聚異丁烯胺和聚異丁烯丁二酰亞胺的熱穩(wěn)定性和清凈性能進行對比和評定，結果表明：聚異丁烯胺具有更好的熱穩(wěn)定性，能夠更有效地控制進氣閥沉積物，清凈性能優(yōu)于聚異丁烯丁二酰亞胺；噴嘴清凈性和燃燒室沉積物的控制能力與丁二酰亞胺相當。

Mannich堿類清凈劑研究也比較多，它具有聚異丁烯胺類清凈劑熱穩(wěn)定性高的特點，能夠清除發(fā)動機高溫部件的積炭。C J Worrel［4］等研究表明，聚異丁烯苯酚與多聚甲醛和乙二胺、丙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺等胺類反應得到Mannich產物清凈劑，對發(fā)動機進氣系統(tǒng)的積炭具有很好的清凈性能。Moreton［5］等進一步研究發(fā)現(xiàn)以乙二胺和丙二胺為極性基團的Mannich堿清凈劑性能更佳。謝誠冰［6］等研究發(fā)現(xiàn)烷基取代酚型Mannich堿是一種比較理想的柴油清凈劑，其改性或是復合產物在柴油和汽油中都有非常廣闊的應用前景。

聚醚胺類清凈劑在控制燃燒室積炭方面有顯著優(yōu)勢，但對進氣閥的清凈效果不如聚異丁烯胺和聚異丁烯丁二酰亞胺。這是因為發(fā)動機工作時進氣閥表面溫度在300℃以上，而聚醚胺在300℃時基本上已經(jīng)完全分解［7］。

李仙粉等［8］對異辛酸鑭作為柴油清凈劑主劑做了研究，結果表明：在柴油中添加異辛酸鑭清凈劑后，柴油發(fā)動機低溫部件積炭的產生量降低74.8%，同時形成一種彩色膜，可有效阻止沉積物的生成。

Macduff［9］等研究發(fā)現(xiàn)將聚異丁烯基苯酚、甲醛和胺的曼尼?？s合產物與聚醚胺進行復配后，僅添加0.1‰～1‰，即可有效抑制燃燒室沉積物的生成，并且有效減少由于燃燒室沉積物而引起的發(fā)動機啟動失敗。

1.2 應用現(xiàn)狀

目前柴油清凈劑的作用在歐美等國家已經(jīng)被很多發(fā)動機生產商認可，并推薦在柴油中加入清凈劑。在世界燃油規(guī)范中，柴油的清凈性已列入其中［10］。

在中國市場上，對柴油清凈劑的應用方式是在銷售端添加，即車主從相應的供應商或加油站自主購買之后在車輛加油前加注到汽車油箱。主要品牌以進口為主，有德國巴斯夫的快樂跑，美國雅富頓、愛車寶、路博潤，國內的品牌有中石化的海龍燃油寶，高科，蘇杰，雄獅等。但大都停留在第三代清凈劑水平，有待技術提高和應用推廣。國內市場柴油清凈劑主要品牌主劑見表1。

表1 國內市場主要柴油清凈劑主劑

圖1和圖2是國內市場上主要銷售的兩款柴油清凈劑的紅外光譜圖。

圖1 國內某品牌柴油清凈劑紅外光譜

圖2 國外某品牌柴油清凈劑紅外光譜

圖1結果分析：在1 231 cm－1有峰，說明主劑為聚異丁烯胺，為第三代清凈劑。

圖2結果分析：在1 700 cm－1附近有2個較強吸收峰，具有酰亞胺結構，說明含有聚異丁烯丁二酰亞胺；在1 231 cm－1有峰，說明含有聚異丁烯胺。故為聚異丁烯丁二酰亞胺、聚異丁烯胺復合主劑，第三代清凈劑。

2 柴油清凈劑研究和應用面臨的困境

單一主劑的柴油清凈劑越來越難以適應柴油品質的差異以及發(fā)動機技術的進步：酰（亞）胺類清凈劑對燃油噴嘴積炭清凈效果顯著，但對高溫部件的清凈效果不明顯［11］；烴基取代（多）胺，以聚異丁烯胺為主要代表，對燃油噴嘴和進氣閥積炭具有優(yōu)異的清凈效果，但對燃燒室積炭卻毫無辦法［12］；Mannich類清凈劑對動機進氣系統(tǒng)和燃油噴嘴沉積物具有很好的清凈性能，但具有增加燃燒室積炭生成的傾向，且生成量與其熱穩(wěn)定性有關［13］；聚醚胺類清凈劑對抑制燃燒室積炭具有獨特的功效，但聚醚胺清凈劑在高溫下較易分解，對高溫部件的清凈效果不如第三代清凈劑。

新型的復合型柴油清凈劑有很大的研究和應用潛力，但是國內對其研究大都是展望，尚處于起步階段。

柴油清凈劑在國內的應用方式單一，應用范圍窄，不規(guī)范，而且產品種類繁多，質量參差不齊，雖然研究已經(jīng)達到第四代甚至是第五代復合型清凈劑，但是應用大都停留在第三代。國內自主研究技術的品牌少，大都是應用國外技術或是直接進口國外品牌原液。

3 發(fā)展趨勢

◆既能有效清除發(fā)動機燃油噴嘴和進氣閥積炭，又能最大限度的抑制燃燒室沉積物的生成是清凈劑的發(fā)展趨勢。因此，復合主劑的柴油清凈劑得到了人們的青睞。

◆面對柴油清凈劑應用方面的局限，以及市場上魚龍混雜的柴油清凈劑品牌，應盡快篩選或研制全面解決發(fā)動機積炭的第五代復合型新柴油清凈劑，在油品生產鏈端添加得到超清潔油品，更規(guī)范統(tǒng)一地使用柴油清凈劑。

◆目前我國柴油清凈劑的相關標準和評定方法還沒有建立。隨著國Ⅳ、京Ⅴ機動車排放標準的相繼出臺，環(huán)保要求的日益苛刻，以及節(jié)能的需求，應盡快制定我國柴油清凈劑清凈性標準，以對國內市場上柴油的清凈性進行監(jiān)督［14］。

◆低相對分子量、分子量分布小的聚異丁烯以及小胺基基團的Mannich堿和聚醚胺按一定比例復合使用，并且選用聚醚多元醇、高分子酚醚、醇胺等物質作為載體油，取代傳統(tǒng)的礦物油（增加大量的燃燒室積炭）作攜帶劑，將會有更好的清凈效果，更有效地減少噴嘴和進氣閥處的積炭，對燃燒室積炭也有很好的抑制作用。

［1］ 劉星，方建華.清凈分散劑概述［J］.合成潤滑材料，2007，34（1）：22-23.

［2］ 張江.燃油添加劑發(fā)展現(xiàn)狀［J］.汽車與配件，2009（20）：37-39.

［3］ 黃卿，周旭光，謝建海，等.聚異丁烯胺和聚異丁烯丁二酰亞胺的性能比較［J］.石油與天然氣化工，2010，39（6）：470-471.

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［5］ Moreton D J.Detergents for Hydrocarbon Fuels：US，US Patent 5，876，468［P］.1999-03-02.

［6］ 謝誠冰，袁曉東，郭和軍.Mannich堿柴油清凈劑的研究進展［J］.化工時刊，2007，21（4）：68-70.

［7］ 郭和軍，王繼業(yè).汽油清凈劑的應用研究［J］.內燃機，2000（4）：41-43.

［8］ 李仙粉，史偉偉，李保山，等.異辛酸稀土型柴油清凈劑的合成和應用研究［J］.中國稀土學報，2010，28（1）：38-42.

［9］ Macduff M，Chadwick R，Jackson M.Method for Operating Internal Combustion Engine with a Fuel Composition：US，US Patent Application 10／504，894［P］.2003-02-18.

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［11］Sung R L，Jenkins Jr R H.Polyoxy Isopropylene Diamine-acid Anhydride-n-alkyl-alkylene Diamine Reaction Product and Motor Fuel Composition Containing Same：US，US Patent 4，643，738［P］.1987-2-17.

［12］Herbstman S.Diesel Fuel Additive Providing Clean Up Detergency of Fuel Injectors：US，US Patent 5，332，407［P］.1994-7-26.

［13］邢學永，肖國光，馬國琪.曼尼希燃油添加劑的研究與應用技術進展［J］.化工設計通訊，2006，32（1）：54-56.

［14］劉瀏，邵明龍，郭瑞蓮.柴油清凈劑清凈性研究［J］.清洗世界，2012，28（7）：29-33.

1005-3158（2014）03-0067-03

2014-03-14）

（編輯 石津銘）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.03.021

韋清華，中國石油大學（北京）化學工程專業(yè)在讀碩士，研究方向：石油與天然氣加工、柴油清凈劑和清潔油品。通信地址：北京市昌平區(qū)中國石油大學（北京）陽光學生公寓3-1109，102200