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燃料添加剂市场的未来发展

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摘要:燃料添加剂是配制用于增强性能和纠正机动车辆所用燃料不足的化合物。
燃料添加剂是配制用于增强性能和纠正机动车辆所用燃料不足的化合物。从广义上讲,它们可以分为性能添加剂,分配添加剂或燃油质量添加剂。

性能添加剂旨在通过以下方式提高发动机性能:
(1)清除并防止在喷油器,阀门和燃烧室中沉积
(2)提高润滑性
(3)提高燃烧效率
(4)改善低温性能
(5)减少不良排放
相比之下,分配类别中的燃料添加剂可抵抗腐蚀,泡沫,过滤器堵塞和微生物污染。另一方面,燃油质量添加剂可通过抑制氧化,减少燃油降解并改善长期燃油存储稳定性来帮助维持燃油质量。确定要使用的添加剂的最佳组合是长期发动机耐用性和降低车辆尾气排放的必要条件。
由于政府法规实施了严格的环境法规以限制温室气体(GHG)排放,因此燃料添加剂的使用已日益普及。组织,如美国环境保护署(EPA),在美国加州空气资源委员会(CARB)和欧盟(EU)推动市场分别集中在美国,美国加利福尼亚州和欧洲的更清洁,更高效的燃料上。随着减少车辆排放的努力,汽油直喷(GDI)发动机的实施,对超低硫柴油(ULSD)的需求增加以及汽车行业的整体扩张,这些都是促成预计增长的关键因素燃料添加剂的使用将持续到2021年和未来十年。

01
燃油添加剂类型
高性能燃料添加剂由针对整个发动机性能和效率的多种化合物组成。此类别中一些最重要的添加剂是沉积物控制添加剂和清洁剂,它们通过清除和预防沉积物来保持发动机清洁度。尤其是,进气门系统沉积物(IVD),燃烧室沉积物(CCD)和燃料喷射器沉积物(FID)是碳氢化合物热氧化降解的结果,并且与发动机性能的下降直接相关。
因此,它们是沉积控制添加剂的主要焦点。流化剂是用于汽油沉积物控制添加剂中的添加剂,其通常以溶剂或稀释剂的形式增强燃料组合物中的组分相容性。防冰剂旨在减少因汽油蒸发引起的温度下降而引起的化油器结冰。辛烷值改进剂是汽油中使用的添加剂,可提高辛烷值,因此可防止发动机爆震并减少有害的尾气排放。在柴油领域,润滑剂对于确保适当的保护以防止喷射泵产生摩擦磨损和腐蚀磨损至关重要。十六烷值改进剂可提高柴油的可燃性,从而减少燃烧噪声,发动机振动和烟雾。燃烧调节剂和抑烟剂在提高燃烧效率和减少不必要的烟气排放方面起着相似的作用。柴油中还掺入了低温可操作性添加剂,以降低其倾点并增强其在燃油浊点以下的冷流性能。
分配添加剂的作用是保护燃料免受运输和分配过程中可能发生的各种问题的影响。流动改进剂和蜡改性剂解决了低温下柴油燃料中蜡晶体形成的问题,该问题会阻碍流动并导致过滤器堵塞。腐蚀抑制剂用于最大程度地减少油箱,燃油管线,喷射器和泵的腐蚀。泡沫抑制剂可防止在将柴油泵送至汽车油箱期间形成泡沫,从而有助于防止溢出和不完整的油箱填充。破乳剂可加快乳化燃料中的水分分离,以防止金属腐蚀和过滤器堵塞。杀菌剂常用于明显生长微生物的燃料箱中。抗静电剂可防止在快速泵送燃油期间产生静电荷。减阻器改善了低粘度燃料的流动特性,并减少了通过管道泵送燃料所需的能量。染料和标记有助于根据生产批次,等级或应用在视觉上或化学上区分燃料产品。
最后一类是燃料质量添加剂,其主要功能是维持燃料状态并防止在存储过程中降解。氧化抑制剂和稳定剂在减少颜色降解,沉积物形成,滤清器堵塞趋势以及改善长期燃料存储稳定性方面起着基本作用。这些添加剂可抵抗大气中的氧气,以防止过氧化物和树胶的形成。金属减活剂通过与金属离子螯合并使它们成为无效的催化剂,在防止烃类的氧化降解中起到类似的作用。
02
燃油添加剂的当前应用
根据美国环保署,典型的乘用车每年排放约4.6公吨的二氧化碳。2由于乘用车占全球估计的12亿辆汽车的93%,仅乘用车的碳排放量就攀升至令人担忧的总量。3自工业革命以来,碳排放量迅速增加,2016年运输行业的全球温室气体排放量约为4.62公吨。4因此,燃料添加剂制造商已集中精力改进其添加剂配方,以满足燃料经济性和商业燃料的排放标准。
1996年,美国EPA引入了最低添加剂浓度(LAC)标准,该标准要求在美国销售的所有汽油中必须使用最少量的燃料清洁剂。5但是,许多汽车制造商认为,添加剂的最低含量不能为沉积物积聚及其相关并发症(如爆震,预点火,不完全燃烧,降低的燃油经济性和增加的废气排放)提供足够的保护。
作为回应,奥迪,宝马,通用汽车,本田,菲亚特克莱斯勒汽车,丰田,梅赛德斯·奔驰和大众汽车这八家汽车制造商于2004年成立了顶级汽车制造商。6该自愿性计划引入了更高的汽油清净剂添加剂标准,并提高了燃油中合格清净剂的浓度,以提高燃油质量和优化发动机性能。
根据美国汽车协会(AAA)进行的一项研究,与非顶级汽油相比,顶级汽油的使用导致进气门沉积物(IVD)减少了19倍。进一步的研究表明,长期使用非顶级汽油会降低2-4%的燃油经济性。7使用顶级汽油的出色结果说服了54家燃料零售商在全球范围内提供顶级汽油。参与的零售商包括主要参与者,例如埃克森美孚,雪佛龙,BP,壳牌和Sunoco。在这些地点,所有级别的汽油(从常规到高级)都必须符合顶级标准。
四乙基铅(TEL)在商业上用作汽油的辛烷值增强剂,但由于对公共健康的考虑,最终于1996年被美国EPA禁止使用。此后,商业含氧化合物,例如甲基叔丁基醚(MTBE),成为最受欢迎的辛烷值改进剂。MTBE通过增加汽车汽油中的氧气含量来提高辛烷值,从而促进汽油燃烧并减少尾气排放。含氧化合物用于重新配制的汽油(RFG)中,以实现更清洁的燃烧和更低的排放,这是1963年《清洁空气法》在空气污染严重的城市中的要求。但是,美国环保局(EPA)在发现MTBE具有更高的水溶性以及如果地下储罐发生泄漏而具有污染水源的潜力之后,已于2000年初起草了取消使用MTBE的计划。
当今市场上汽油中最常见的乙醇混合物为10%,称为E10。汽油中的氧化物含量受到限制,因为它们易于形成沉积物并影响里德蒸气压(RVP),后者是衡量汽油和其他石油产品挥发性的常用量度。美国目前对汽油中乙醇的限量为10%,但美国EPA一直在推动全年销售含15%乙醇(E15)的汽油。E15的销售被禁止在6月至9月之间进行,因为夏季可能会增加颗粒物的排放。E15的辛烷值是88研究辛烷值(RON),成本低于87辛烷值,但仅获批准用于挠性燃料汽车和2001年或更新的车型。9可以预期,现任特朗普政府一直在推动的有关E15全年销售的新立法将使它在更多美国州的供应量增加。
03
2021年及以后的燃料添加剂的未来
汽车工业的发展以及由此带来的全球燃料消耗量的增长推动了燃料添加剂的需求。预计到2021年,美国将在燃料添加剂市场中占主导地位。这是因为美国是全球第二大汽车销售和生产市场。根据美国能源信息署(EIA)的数据,2019年美国消费了约33.9亿桶汽车汽油。同时,交通运输部门的柴油消耗为11亿桶,占该国石油总消耗的15%。11尽管由于全球Covid-19大流行而在2020年出现问题,但预计这些数字将在2021年增长,并且燃料添加剂市场也会相应增长。预计其他市场,例如中国,欧洲,印度和韩国也将增长,尽管电动汽车的增长可能会对燃料需求产生负面影响。
过去,更严格的环境法规增加了对燃料添加剂的需求。美国环保局在燃料添加剂的监测和商业化中起着关键作用。2020年3月,美国EPA和国家公路交通安全管理局(NHTSA)发布了有关乘用车和轻型卡车温室气体排放和燃油经济性要求的新标准。新标准被称为“安全可负担得起的燃油效率(SAFE)车辆规则”,新标准受到美国几个州的法庭质疑,要求汽车制造商从2021年到2026年的模型年将燃油效率每年提高1.5%。到2025年,汽车制造商必须减少CO2排放量低于每英里202克,汽车和轻型卡车的燃油经济性提高到至少每加仑39.8英里。这项新规定实际上是奥巴马政府先前制定的每年燃油效率提高5%的标准的一项挫折,目标是到2025年达到每加仑46.7英里。
Covid19之后,汽油消费有望再次增加,以满足不断发展的汽油发动机技术的需求。当前,由于现代发动机需要更有效的燃料,因此在汽油中使用沉积物控制添加剂和辛烷值改进剂是导致添加剂消耗增加的主要原因。GDI系统已成为带有内燃机的新型高性能车辆的标准配置。与传统的进气口喷射燃油输送系统相比,GDI发动机将喷射器直接放置在燃烧室内部,可改善燃烧性能,增强性能,延长燃油里程,并减少车辆尾气排放。但是,由于汽油直接喷入气缸,因此GDI发动机易于在进气门上积碳。
此外,可再生资源燃料添加剂的开发和商业化有望为燃料添加剂市场带来新的机遇。法国-德国公司GlobalBioenergies已从生物基异丁烯生产两种高性能燃料添加剂,即异辛烷和乙基叔丁基醚(ETBE)。异辛烷和ETBE在汽油混合物中用作辛烷值提高值等于或高于100的辛烷值改进剂,可生产出具有更好耐爆震性的高可再生燃料。
由于对超低硫柴油的需求不断增长,因此对柴油添加剂的需求也有望增长。ULSD是一种清洁燃烧的柴油燃料,最大硫含量为百万分之15(ppm),这有助于开发高压共轨(HPCR)燃料喷射系统,该系统可显着提高燃烧效率并大大减少排放。ULSD已启用排放控制设备的应用,可大大减少柴油燃烧产生的颗粒物和气体排放。自2006年以来,在美国,对公路车辆一直要求使用ULSD,并最终成为机车,船舶和非道路发动机,燃烧器(家用取暖油)和设备的必需品。
但是,自从引入ULSD以来,燃料的润滑性一直是一个问题,因为硫为柴油提供了自然的润滑性。此外,超低硫柴油比传统柴油的水溶性差,这使其易于水分离,微生物污染和加速油箱腐蚀。同样,使用5-20%的生物柴油混合物会使柴油燃料更容易受到水的污染,这会增加微生物污染的发生率,进而增加过滤器堵塞和加速罐腐蚀的可能性。16因此,ULSD必须添加添加剂,例如润滑性改进剂和缓蚀剂。这些添加剂改善了ULSD的性能。
原定于2021年1月生效的中国,将只允许销售符合中国VI标准的柴油,该标准要求最高硫含量限制为10ppm。17随着各国由于对环境问题的日益关注而继续严格其燃料标准,对超低硫柴油的需求必将增加,随之而来的是柴油添加剂的需求。
HPCR燃料喷射和其他先进发动机技术的发展,正在推动对清洁燃料的需求。期望使用添加剂来防止和/或补救水和微生物污染以及防止和/或去除喷射器沉积物。冬季,在某些市场中,低温可操作性添加剂的使用将继续增长,而生物柴油混合物的使用将继续增加。
Covid19之后,预计航空燃料的燃料添加剂市场将随着航空旅行的恢复和航空货运的增长而稳定增长。根据美国联邦航空管理局(FAA)的数据,活跃的通用航空机队预计将略有增长在2020年至2040年之间下降了0.9%,但预计通用航空飞行小时数将增长16%,或每年平均0.7%。18在Covid19之后,随着全球Covid-19大流行得到控制,随着2021年全球经济恢复增长,人们普遍认为航空的长期前景是稳定的,并且盈利能力有望提高。
因此,航空燃料及其各自添加剂的消耗应经历相对增长。常规喷气燃料基于无铅煤油(JetA-1)或石脑油-煤油混合物(JetB),它们分别主要用于现代商业客机和军用飞机。添加剂,如金属钝化剂,抗氧化剂和腐蚀抑制剂,通常被添加到喷气燃料中,以改善热稳定性,减少风化并增加润滑性。航空汽油(avgas)是小型飞机和老式活塞发动机飞机使用的另一种航空燃料。19但是,与汽车汽油不同,大多数等级的Avgas仍包含TEL作为辛烷值增强剂,以防止发动机爆震。当前,正在进行一些实验以消除航空燃料中铅的使用。因此,未来的航空添加剂可能会朝着这个方向发展。
尽管燃料添加剂市场预计将从2021年以后(Covid19之后)增长,但对可持续航空燃料(SAF)的需求增长可能会抑制增长。全球大流行导致经济衰退。封锁和社会疏远导致经济活动,出行和燃料消耗急剧下降。20此外,对气候变化的日益关注已将注意力转移到替代或可再生燃料上。与重新配制的汽油车相比,诸如压缩天然气(CNG)车和液化石油气(LPG)车之类的代用燃料车(AFV)可使尾气排放降低约60-90%。此外,插电式混合动力电动汽车(PHEV)和全电动汽车(EV)越来越受欢迎。几个国家早在2030年就已规定了零排放车辆。21中国已主导了全球电动汽车市场,重点是使两轮/三轮车和城市公交车电气化,以解决人口稠密城市的空气质量问题。22欧洲位居第二,电动汽车销量与CO2相匹配排放标准。美国有些滞后。根据美国EIA的预测,到2021年,替代燃料汽车的预计数量将增加至1,105万辆,而传统汽油汽车的预测数量为122,310,000辆。
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