柴油調合技術

柴油是用于壓燃式發動機的燃料，它由不同的碳氫化合物混合組成。它的主要成分是含10～24個碳原子的鏈烷、環烷或芳烴。外觀為淡黃色液體。通常由直餾柴油、催化裂化柴油、加氫柴油和焦化柴油等組分調合而成，并常加入適量的十六烷值改進劑和降凝劑等添加劑。主要用做轉速不低于960r/min的壓燃式高速柴油發動機的燃料。它的化學和物理特性位于汽油和重油之間，沸點在170℃至390℃間，比重為0.80～0.86kg/l。按凝點可以分為10#、0#、-10#、-20#、-35#、-50#柴油。柴油燃料按標準分為普通柴油和車用柴油，它們主要是在硫含量、十六烷值、潤滑性、芳烴含量等指標上有一定區別，主要用作汽車等發動機燃料；做功過程：發火延遲期、急燃期、緩燃期和后燃期。第一節柴油簡述

為了保證發動機迅速啟動，正常運轉并延長使用壽命，對車用柴油的質量主要有以下要求：1.良好的低溫流動性燃料應在各種使用溫度下具有良好的流動性，以保證發動機燃料的不斷供應，工作可靠。為此，柴油應具有適當低的凝點和濁點，在低溫下能順利流動，并霧化良好。2.良好的發火性燃料應具有良好的發火性能。為此，柴油應具有適當高的十六烷值和良好的蒸發性，噴入燃燒室后能迅速著火，燃燒完全而穩定，不產生粗暴現象，且燃燒后不冒黑煙，使柴油機能發出最大的功率，同時耗油量又不至過大。車用柴油應性質安定，在燃燒過程中不應在噴嘴上產生積碳，堵塞噴孔，影響供油。第二節發動機對柴油質量的要求

3.無腐蝕性車用柴油本身及其燃燒后的產物不應腐蝕發動機零件或儲運設備。4.清潔性車用柴油應該清潔，不含機械雜質和水分。因為雜質或冰晶會堵塞油路或噴孔，妨礙供油；也會增大精密機械的磨損。5.合適的粘度粘度是反映柴油霧化性的主要指標，粘度過小，柴油從噴嘴噴出時霧化過細，射程小，柴油主要集中在噴油嘴周圍，容易造成局部混合氣過濃，對燃燒不利。同時，粘度過小還會導致油泵間隙漏油量增大，噴油量減小，油泵磨損曾大。反之，如果粘度過大，柴油霧化不良，燃燒不完全，容易產生積碳，油耗率增加。同時，粘度過大也會因噴油阻力增大而使噴油量減小。6.適當的潤滑性要求柴油應該具有一定的潤滑性，以保證高壓泵的潤滑需要。7.安全性車用柴油應具有較高的閃點，以保證儲運和使用中的安全。

一、柴油的燃燒性能1）十六烷值（可變壓縮比單缸試驗機，CFR柴油機）柴油燃料的十六烷值對柴油機工作的影響主要是對燃燒過程的影響。十六烷值越高，其自燃點越低，燃料的發火延遲期通常較短，發動機工作越平穩。如果柴油的十六烷值太低，不符合發動機要求，就可引起柴油在發動機氣缸中延遲發火，以致燃燒不正常。同時，由于氣缸內壓力劇烈增長使發動機工作不平穩，而引起過早的磨損，以致毀壞曲軸的軸承。2）十六烷指數十六烷指數CI按下式計算：CI=431.29-1586.88ρ20+730.97（ρ20）2+12.392（ρ20）3+0.0515（ρ20）4-0.554B+97.803（lgB）2式中：ρ20—用GB1884和GB1885測定試樣在20℃時的密度，g/cm3；B—用GB6536測定試樣的中沸點，即50%回收溫度，℃。第三節柴油主要性質指標

一般說來，為使柴油發動機工作平穩，都希望使用烷烴較多的柴油，但烷烴含量高的柴油凝點也隨之增高，且十六烷值高于65時柴油機會導致排氣冒黑煙，燃料消耗量反而增大，這主要有兩個原因：一是烷烴熱安定性較差，在燃燒初期會分解出大量的炭，碳粒來不及燃燒引起的，二是高十六烷值柴油自燃延遲期太短，發火后噴入的燃料不易遇到新鮮空氣，致使裂化分解，產生碳煙。兩者都會導致燃燒不完全，污染空氣并增大耗油量。

所以，柴油的十六烷值不是越高越好，超過實際需要的十六烷值不能改善發動機的性能，在保證最大燃料適應性的情況下，十六烷值應盡可能低，控制在45～55之間就足夠了，從而節省柴油資源。二．柴油蒸發性能的指標1）餾程是指以油品在規定條件下蒸餾所得到，從初餾點到終餾點表示蒸發特征的溫度范圍。①50%餾出溫度表示柴油中輕餾分的多少，此溫度越低，柴油機易于啟動。柴油50%餾出溫度與啟動性的關系柴油50%餾出溫度/℃200225250275285發動機啟動時間/s810276090②90%及95%餾出溫度表示柴油中重餾分的多少，此溫度過高，會導致油品燃燒不完全，冒黑煙，甚至稀釋潤滑油造成發動機磨損。

燃料的蒸發性能良好時，一般易于與空氣形成可燃混合氣，有利于在低溫下啟動發動機，在噴射時容易形成較細油滴，可以縮短發火延遲期，發動機工作平穩，而且蒸發性能良好的燃料燃燒完全。

但是燃料餾分過輕時，在延遲期中蒸發的數量過大，當燃料發火時，幾乎所噴射的燃油全部參加燃燒過程，結果會導致壓力增長過速，發動機工作粗暴。三．柴油低溫流動性

1）濁點燃料開始結晶時的最高溫度稱為濁點。2）冷濾點冷濾點就是在規定實驗條件下，試油不能通過細目過濾器時的溫度，是石蠟析出的最高溫度。內燃機長期使用和大量實驗證明，冷濾點能夠反映柴油低溫下實際使用性能，最接近柴油實際使用溫度。3）傾點油品在規定的冷卻過程中，能夠流動的最低溫度。4）凝點油品在規定的冷卻過程中，石蠟結晶析出、長大，互相連接成三維網狀結構，把油包在其中，使油失去流動性的最高溫度。用以表示柴油的牌號，我國柴油按凝點分為：10#、0#、-10#、-20#、-35#、-50#。0#柴油加劑/%濁點冷濾點傾點凝點無劑加劑00.1+4+4+3-3+1-5-1-75）粘度粘度是柴油的重要質量指標之一，它對柴油的輸送、泵的操作及噴霧狀況等都有關系。當油品在溫度降低時，粘度增大很快，當粘度增加到一定程度，低溫下不易流動，使供油量減少，就會影響發動機的性能。

柴油粘度與化學組成有關，一般含烷烴較多的石蠟柴油粘度較小，石蠟-環烷基柴油次之，而環烷-芳香基的粘度則較大。四.使用安全性指標1）閃點直接影響油品運輸、儲存以及使用安全性的指標。閃點是指在規定條件下，加熱油品所逸出的蒸氣和空氣組成的混合物與火焰接觸發生瞬間閃火時的最低溫度，以℃表示。閃點是控制油品安全使用的主要質量指標。一般規律是：油品蒸氣分壓越高，餾程越輕，則閃點越低。相反，餾程越重的油品則有較高的閃點。2）自燃點是指油品在沒有火焰時，自發著火的溫度。油品在高溫下與空氣接觸，油品即可能因劇烈的氧化而產生火焰自行燃燒。自燃點與閃點不同，后者要引火，前者不要引火，因此影響自燃點的因素與閃點是相反的。餾程愈輕則自燃點愈高，烷烴含量愈高，自燃點越低，環烷烴、芳香烴越高，自燃點越高。五．柴油的腐蝕性能指標1）銅片腐蝕柴油燃料產生腐蝕的原因是由于燃料中含有非烴物質，主要是元素硫和硫化物、水溶性酸或堿和有機酸等。各種含硫物質中元素硫、硫化氫和硫醇的腐蝕作用最強，在常溫下能直接腐蝕金屬，稱為活性硫。其他硫化物在常溫下不能直接腐蝕金屬，稱為非活性硫。

由于銅對活性含硫物質的腐蝕比較敏感，所以經常使用銅片腐蝕實驗檢測汽油、煤油及柴油中的活性硫物質。2）硫含量硫含量是直接與環境保護和腐蝕有關的項目。不論是活性或非活性的，在燃燒后都生成SO2和S03，從尾氣排放中造成環境污染，而且當汽缸溫度不高時，由于燃燒生成物—水蒸氣的存在，就會在汽缸內壁上形成一層硫酸薄膜，腐蝕汽缸活塞組及其他機件。當含硫廢氣進入汽缸壁和曲軸箱時，促使潤滑油變質，燃氣中的SO2和S03還能促使汽缸中的沉積物的生成，這種沉積物同時兼有腐蝕和機械磨損雙重作用，它所引起的磨損比單純機械磨損要嚴重得多。所以，在國家標準中，對硫含量的規定越來越嚴格。3）酸度及其他柴油中的有機酸主要指從原油加工時帶來的環烷酸，環烷酸對鉛、鋅等有色金屬腐蝕性較大，生成不溶性的腐蝕產物，這些鹽類常粘附在容器及燃料系統的金屬表面，部分懸浮于燃料中，使用中將會堵塞濾油器、噴嘴或燃油導管，影響燃油的正常流通，嚴重時將破壞燃料系統的正常工作。柴油的酸度對發動機的工作狀態及壽命也有顯著影響。使用高酸度的柴油，不但會增加發動機高壓柱塞泵的腐蝕和磨損，而且使噴嘴積碳增多，汽缸中沉積物增多，從而使汽缸活塞組的磨損增大。此外水分和機械雜質對柱塞泵和噴嘴的磨損有影響，高速柴油機燃料應不含有水和機械雜質。灰分是燃料燃燒后殘留的金屬氧化物，灰分進入積碳中使積碳變得更堅固，更具有磨損性。所以，柴油中灰分含量應越少越好。六、柴油的潤滑性指標1）磨痕直徑柴油的潤滑性是從20世紀90年代提出的，之前的柴油在生產過程中精制程度低，極性物質含量較高，加之柴油的粘度較大，其潤滑性能夠滿足高壓泵潤滑需要，因此未對柴油潤滑性作特別要求。20世紀90年代以后，由于環保法規日益嚴格，規定柴油硫含量越來越低，柴油生產普遍采用加氫精制工藝。但是由于加氫精制脫除了大部分極性物質，柴油的潤滑性明顯下降。導致噴射泵的磨損問題，使發動機發生不穩定空轉，功率和加速性能下降。在歐洲，柴油出廠時，要求磨痕直徑控制在400μm左右不會發生磨損問題。我國車用柴油國家標準規定，要求磨痕直徑控制在460μm左右不會發生磨損問題。七．儲存安定性指標柴油的儲存安定性良好與否，主要取決于燃料的化學組成、儲存溫度、環境因素和水含量等因素。1）色度通常在測定條件下，把油品顏色最接近于某一標準色板的顏色時所測得的結果稱為色度。所以石油產品顏色又稱色度。石油產品的顏色與原油性質、加工工藝、精制深度等因素有關。一般認為，油品顏色變深是質量變壞的先兆。2）氧化安定性（直餾、催化裂化、熱化裂）國家標準里用總不溶物表示。安定性好的柴油，在儲存和運輸過程中能較好地保持其顏色不變深，實際膠質變化不大，基本不生成沉淀，適于較長時期的儲存；氧化安定性不好，生成的沉渣會堵塞過濾器，在燃燒室形成大量積碳，使噴射系統形成漆膜并使活塞粘結加大磨損。性質不安定的柴油，在長期儲存過程中，不僅生成過多的膠質，還會產生不溶性沉淀或沉渣。如果加入郵箱，也會產生上述問題。使用性能問題可能與燃料有關的因素燃燒性差—冒黑煙密度大，十六烷值低，水分污染，芳烴含量高，餾分較重氣缸磨損嚴重燃料潤滑性差，硫含量過高或過低，塵埃（硅、鋁等）污染噴嘴堵塞/磨損可溶性金屬污染，重質餾分多，帶入了預先形成的膠質噴射泵失靈/粘住硫、氮等雜原子化合物含量高，重質尾部餾分多，燃料黏度高，潤滑性差噴油泵磨損嚴重超低硫柴油硫含量過低，柴油潤滑性差表1-3柴油性質對壓燃式發動機性能的影響一、按用途分類1．輕柴油（普通柴油、車用柴油）所謂輕柴油，通常是指200～350℃的石油餾分，主要是以直餾柴油和經過精制的二次加工柴油餾分調合而成。適用于轉速高于1000r/min的高速壓燃式柴油機的燃料。2．重柴油所謂重柴油，通常指中、低速柴油機的專用燃料。由餾程較高的重質餾分（如常三線、常四線油）精制而得。由于凝點較高，粘度較大，在使用時需用蒸汽或柴油機排出的廢熱進行預熱。按凝點分為10、20、30三牌號，現在已經廢止。3.軍用柴油我國的軍用柴油主要用于坦克、裝甲車、汽車和潛艇等高速柴油機做燃料，是采用通過國家規定程序鑒定的原料及工藝生產的產品。十六烷值要求55～60，其他各方面的質量要求都比較高。第四節

柴油的種類及標準

二、按質量分類1.清潔柴油泛指在發動機中燃燒后有害物質排放較少的柴油。它是在地球環境污染日趨嚴重的大背景下提出的一個概念。特性如下：1）多環芳烴進一步降低（不大于11%）2）盡可能提高十六烷值（不低于51）3）盡可能低的硫含量（不大于0.035%）4）限制密度范圍，終餾點較低并且添加柴油清凈劑。這樣的要求，類似于“世界燃油規范”Ⅱ類標準。2.新配方柴油“新配方柴油”與傳統柴油的不同之處是在組成成分上有了明確的規定，主要規格指標為：十六烷值≥5595%餾出溫度≤340℃多環芳烴≤1%硫含量≤30ppm（超低硫柴油）項

目10號0號-10號-20號-35號-50號試驗方法色度，號

不大于3.5GB/T6540氧化安定性總不溶物a，mg/100mL不大于

2.5SH/T0175硫含量（質量分數）b，%不大于

0.2（2013年6月30日以前）0.035（2013年7月1日開始）GB/T38010%蒸余物殘炭（質量分數）c，%不大于0.3GB/T268灰分（質量分數），%不大于0.01GB/T508銅片腐蝕（50℃，3h），級

不大于1GB/T5096水分（體積分數）d，%不大于

痕跡GB/T260機械雜質d無GB/T511酸度，mgKOH/100mL不大于7GB/T258運動粘度（20℃），mm2/s不大于3.0～8.02.5～8.01.8～7.0GB/T265表1-4普通柴油技術要求凝點，℃

不高于100-10-20-35-50GB/T510冷濾點，℃

不高于124-5-14-29-44SH/T0248閃點（閉口杯法），℃

不低于5545GB/T261著火性d（需滿足下列要求之一）十六烷值

不小于十六烷指數

不小于4543GB/T386餾程50%回收溫度℃，

不高于

90%回收溫度℃，

不高于

95%回收溫度℃，

不高于300355365GB/T6536密度（20℃），Kg/m3報告GB/T1884GB/T1885a為出廠保證項目，每月必須檢測一次，在原油性質變化，加工工藝條件改變，調合比例變化及檢修開工后等情況下應及時檢驗。b可用GB/T11131、GB/T11140、

GB/T17040方法測定。結果有爭議時，以GB/T380方法為準。c可用GB/T17144方法測定。結果又爭議時，以GB/T286方法為準。若柴油中含有硝酸酯型十六烷值改進劑及其它性能添加劑時，10%蒸余物殘炭的測定，必須不加硝酸酯的基礎燃料進行，柴油中是否含有硝酸型十六烷值改進劑的檢測方法見附錄A。d可用目測法，即將試樣注入100mL玻璃量筒中，在室溫（20℃±5℃）下觀察，應當透明，沒有懸浮和沉降的水分及機械雜質。結果有爭議時，按GB/T260或GB/T511測定。e由中間基或環烷基原油生產的各號輕柴油十六烷值允許不小于40（沒有特殊要求者由供需雙方確定），可用GB/T11139或SH/T0694方法計算。結果有爭議時，以GB/T386方法為準。續表GB19147-2009車用柴油技術要求和試驗方法

項目5號0號-10號-20號-35號-50號試驗方法氧化安定性（總不溶物），mg/100mL不大于

2.5SH/T0175硫含量a（質量分數），%不大于0.035SH/T068910%蒸余物殘炭b（質量分數），%不大于0.3GB/T268灰分（質量分數），%不大于0.01GB/T508銅片腐蝕（50℃，3h），級不大于1GB/T5096水分C（體積分數），%不大于痕跡GB/T260機械雜質C無GB/T511潤滑性磨痕直徑（60℃），um不大于460SH/T0765多環芳烴含量d（質量分數），%不大于11SH/T0606運動黏度（20℃），mm2/s3.0～8.02.5～8.01.8～7.0GB/T265凝點，℃不高于50-10-20-35-50GB/T510冷濾點，℃不高于84-5-14-29-44SH/T0248閃點（閉口），℃不低于555045GB/T261著火性e（需滿足下列要求之一）十六烷值不小于十六烷指數不小于494646464543GB/T386SH/T0694餾程：50%回收溫度，℃不高于90%回收溫度，℃不高于95%回收溫度，℃不高于300355365GB/T6536密度f（20℃），kg/m3810～850790～840GB/T1884GB/T1885脂肪酸甲酯g（體積分數），%不大于0.5GB/T23801a也可采用GB/T380、GB/T11140和GB/T17040進行測定，結果有爭議時，以SH/T0689方法為準。b也可采用GB/T17144進行測定，結果有爭議時，以GB/T268方法為準。若柴油中含有硝酸酯型十六烷值改進劑，10%蒸余物殘炭的測定，應用不加硝酸酯的基礎燃料進行。c可用目測法，即將試樣注入100mL玻璃量筒中，在室溫（20℃±5℃）下觀察，應當透明，沒有懸浮和沉降的水分及機械雜質。結果有爭議時，按GB/T260或GB/T511測定。d也可采用SH/T0806，結果有爭議時，以SH/T0606方法為準。e十六烷指數的測定也可采用GB/T11139。結果有異議時，仲裁以GB/T386方法為準。f也可采用SH/T0604，結果有爭議時，以GB/T1884方法為準。g不得人為加入。項目第一類第二類第三類第四類十六烷值不小于48.053.05555十六烷指數不小于45.050.05252密度（15℃），㎏/m820~860820~850820~840820~840運動粘度（40℃），mm/s2.0~4.52.0~4.02.0~4.02.0~4.0硫含量，mg/kg*不大于300030030無硫總芳烴含量，m%不大于—251515多環芳烴，m%不大于—52.02.0T90（90%餾出溫度），℃不高于—340320320T95（95%餾出溫度），℃不高于370355340340終餾點，℃不高于—365350350閃點，℃不低于55555555殘炭，m%不大于0.300.300.200.20

最大值應等于或低于最低的環境溫度預期值水分，mg/kg不大于500200200200氧化安定性，g/m不大于25252525泡沫體積，mL不大于——100100泡沫消失時間，min不大于——1515生物增長

—“0”含量“0”含量“0”含量植物衍生脂m%*————脂肪酸甲酯含量(FAME)，v%*不大于5%55不可檢出乙醇/甲醇含量，v%*不可檢出不可檢出不可檢出不可檢出總酸值，mgKOH/g不大于—0.080.080.08銅片腐蝕，級不大于1級1級1級1級腐蝕性能

—輕銹或微量輕銹或微量輕銹或微量灰分，m%不大于0.010.010.010.01顆粒物，mg/L*不大于10101010噴嘴清潔度Ⅰ,%空氣流量損失不大于—858585噴嘴清潔度Ⅱ平均滲入沉積物比率*流量損失百分比%*

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—潤滑性(HFRR磨斑直徑＠60℃),μm不大于40040040040027我國柴油質量

與世界燃油規范之對比我國普通及車用柴油硫含量：≤

2000ppm（13年6月30日前）≤

350ppm（13年7月1日后） 世界通用燃油規范硫含量:I級:≤3000ppmII級:≤300ppmIII級：≤30ppmIV級：028我國柴油芳烴含量

與世界燃油規范之對比我國普通柴油：無芳烴含量指標要求世界燃油規范：總芳烴含量：II級：≤

25%III、IV級：≤

15%（二芳烴+三芳烴）含量：II級：≤

5%III、IV級：≤

2%29我國柴油潤滑性

與世界燃油規范之對比我國普通柴油：至今無潤滑性要求2003年開始車用柴油：磨痕直徑≤460um世界燃油規范：磨痕直徑：I-IV級：≤400um30我國柴油十六烷值及其指數

與世界燃油規范之對比我國普通柴油：≥45（43） 車用柴油：5、0、-10#：≥49（46） -20#：46（46）-35、-50#：≥45（43） 世界通用燃油規范:I級:≥48（45）II級:≥53（50）III、IV級：≥55（52）31我國柴油清凈性能

與世界燃油規范之對比我國柴油對清凈性無任何要求。世界燃油規范： 空氣流量損失：I級：無要求II-IV級：≤85%32我國柴油質量

與世界燃油規范之對比-續其它區別：顆粒物：我國無指標WWFC：≤10ppm碳沉積物：我國無指標WWFC：≤0.2-0.3%33我國柴油質量較低所帶來的后果柴油轎車少之又少柴油卡車被限制進城34國內外汽柴油標準之發展趨勢隨著世界各國對柴油車尾氣排放要求的逐年嚴格，對柴油質量的要求也愈來愈