柴油

文摘科技 2023-11-03 10:03 江苏

什么是柴油

摘要：柴油是通过原油蒸馏得到的碳氢化合物的混合物。用于表征柴油燃料的重要特性包括十六烷值（或十六烷指数）、燃料挥发性、密度、粘度、低温可操作性和硫含量。不同燃料等级和不同国家/地区的柴油规格不同。

原油精炼

柴油燃料的成分

柴油燃料特性

超低硫柴油

1.原油精炼

石化工业的起源可以追溯到 1850 年代。第一批炼油厂由伊格纳奇·武卡谢维奇于1854-56年在波兰亚斯沃附近（当时在奥地利统治下）建造。精炼产品用于武卡谢维奇的煤油灯，以及人造沥青，机油和润滑剂。几年后，在1859年，在美国宾夕法尼亚州发现了原油。宾夕法尼亚州从原油中提炼出来的第一种产品也是煤油，用作灯油。

由于只有一小部分原油可以精炼成煤油，早期的炼油厂留下了大量的石油副产品。这些石油副产品引起了压缩点火往复式发动机发明者鲁道夫·迪塞尔的注意。柴油机——其第一个发动机概念被设计为使用煤尘作为燃料——认识到液体石油产品可能比煤炭更好的燃料。该发动机经过重新设计，可与液体燃料一起使用，从而在1895年成功制造发动机燃料以柴油为名的原型。。

柴油燃料是从石油中获得的碳氢化合物的混合物，沸点在150至380°C之间。石油原油由三大类碳氢化合物组成：（1）石蜡，（2）环烷烃（或环烷烃）和（3）芳烃。原油中很少出现不饱和烃（烯烃）。应该指出的是，术语“石蜡”和“环烷基”听起来已经过时;我们使用它们是因为它们在石化行业中仍然很常见。在现代化学中，各自的烃族称为烷烃和环烷烃。

原油的成分可以从低密度的浅色褐色或绿色原油到类似于熔化焦油的浓稠和黑色油不等。稀薄的低密度油称为“高比重”原油，而稠的高密度油称为“低比重”原油。这一惯例对石油工业以外的人听起来相当困惑，可以通过使用“API重力”来解释，API重力是一种与其密度成反比的燃料特性，参见后文公式（5）。

在精炼过程中，原油被转化为运输用燃料（汽油、喷气燃料和柴油）和其他石油产品，如液化石油气（LPG）、加热燃料、润滑油、蜡和沥青。高比重原油含有更多生产运输燃料所需的较轻产品，并且通常硫含量较低。现代炼油工艺还可以将低比重原油转化为更轻的产品，但会增加更复杂的加工设备、更多的加工步骤和更多的能源消耗。

现代精炼工艺可分为三类：

 分离：原油根据某些物理性质被分离成组分。最常见的分离过程是蒸馏，其中原油的成分根据其沸腾温度分离成几个流。分离过程不会改变原料成分的化学结构。

 转换：这些过程改变了原料成分的分子结构。最常见的转化过程是催化裂化和加氢裂化，顾名思义，它们涉及将大分子“裂解”成小分子。

 升级：通常用于重新配制的燃料中，以去除微量存在的化合物，这些化合物使材料具有一些不需要的性能。柴油燃料最常用的升级过程是加氢处理，它涉及与氢气的化学反应。

图1突出显示柴油的现代炼油厂示意图。在主蒸馏塔中，在大气压下操作，原油原料被分离成许多沸点越来越高的流体，称为直馏产品（例如直馏柴油）。在常压蒸馏中无法蒸发的太重的材料从塔底（所谓的“大气底部”）中去除。在大多数炼油厂中，常压下的产物通过在真空下进行的第二次蒸馏进一步分馏。

图1.现代炼油厂的柴油蒸馏

（图片由雪佛龙提供）

从蒸馏中抽出的分流的数量和质量取决于原油的化学成分。原油还产生汽油、柴油、残余燃料油和其他比例的产品，这些产品通常与特定市场的产品需求模式不同。平衡炼油厂生产模式与市场需求的唯一方法是通过下游转换过程。在这些转化过程中，通过施加热量、压力或催化剂，大烃分子被分解成较小的烃分子。炼油厂使用热裂化（减粘裂化和焦化）、催化裂化和加氢裂化（也使用催化剂，但在高压氢气下进行）通过裂解不需要的重馏分来提高所需产品的产量。通过将转化产物（裂解成分）与初级蒸馏流混合获得最终产品。

混合和直销产品都可能需要不同程度的升级，以减少硫、氮和其他化合物的含量。一系列称为加氢处理的过程使用氢气和适当的催化剂来升级炼油分流。加氢处理在温和条件下从去除烯烃和一些硫和氮化合物等反应性化合物的加氢精制与使芳环饱和并去除几乎所有硫和氮化合物的更严重条件的加氢处理不同。

从图1可以看出，公路运输中使用的柴油燃料是蒸馏燃料，即它们不含未裂解的残留部分。石油残留物材料包含在取暖油和船用燃料中 - 后者称为重质燃料油（HFO）或船用燃料。这些产品的特性与蒸馏柴油有很大不同。

2.柴油燃料的成分

柴油燃料是数千种碳氢化合物的混合物，其中大多数碳原子数在 10 到 22 之间。柴油中的典型碳原子数分布如图2所示。柴油燃料中的大多数化合物是石蜡、环烷基或芳香类的碳氢化合物。柴油燃料还含有少量的硫（例如二苯并噻吩）、氮（例如咔唑）和氧气等有机化合物。

图2.典型碳原子数分布

美国2号柴油

给定柴油燃料的特性取决于其确切配方。使一种燃料不同于另一种燃料的一个重要因素是石蜡、环烷基和芳烃的相对比例。例如，高含量的石蜡烃会产生良好的燃料点火性能，但它可能会在满足低温方面造成问题，特别是对于高蜡含量的原油。裂解过程中的共混组分蜡含量较低，但催化和热裂解产生的油的点火质量也较低。最终的混合物必须仔细选择特定的成分，以满足燃料使用规格。

表 1 列出了柴油中选定碳氢化合物成分的十六烷值（衡量燃料点火质量的指标）。十六烷值取决于碳氢化合物类别：

 正常石蜡具有较高的十六烷值，十六烷值随碳原子数的增加而增加。

 异链烷烃的十六烷值范围为约10至80。具有许多短侧链的分子具有低十六烷值，而具有四个或更多碳的侧链的化合物具有高十六烷值。

 环烷烃的十六烷值往往从40到70。具有一个长侧链的高分子量化合物具有高十六烷值，而具有短侧链的低分子量化合物具有低十六烷值。

 芳烃的十六烷值从0到60。具有长侧链的单个芳环的分子位于范围的上部。具有多个短侧链的单个环的分子位于范围的较低部分。具有两个或三个芳香环融合在一起的分子具有低于20的低十六烷值。

表1 柴油燃料碳氢化合物十六烷值
复合	碳氢化合物类	公式	十六烷值
正癸烷	正石蜡	C₁₀H₂₂	76
正十五烷	正石蜡	C₁₅H₃₂	95
正十六烷*	正石蜡	C₁₆H₃₄	100
正二十烷	正石蜡	C₂₀H₄₂	110
3-乙基癸烷	异链烷烃	C₁₂H₂₆	48
4,5-二乙基辛烷	异链烷烃	C₁₂H₂₆	20
七甲基壬烷*	异链烷烃	C₁₆H₃₄	15
8-丙基十五烷	异链烷烃	C₁₈H₃₈	48
7,8-二乙基十四烷	异链烷烃	C₁₈H₃₈	67
9,10-二甲基辛烷	异链烷烃	C₂₀H₄₂	59
缪花林	环烷	C₁₀H₁₈	48
3-环己基己烷	环烷	C₁₂H₂₄	36
2-甲基-3-环己基壬烷	环烷	C₁₆H₃₂	70
2-环己基十四烷	环烷	C₂₀H₄₀	57
1-甲基萘*	芳香	C₁₁H₁₀	0
正戊基苯	芳香	C₁₁H₁₆	8
联苯	芳香	C₁₂H₁₀	21
1-丁基萘	芳香	C₁₄H₁₆	6
正壬基苯	芳香	C₁₅H₂₄	50
2-辛基萘	芳香	C₁₈H₂₄	18
正十四烷基苯	芳香	C₂₀H₃₄	72
* 十六烷值的主要参考物质

所选柴油化合物的沸腾和凝点温度列于表2中。对于同一类别的化合物，沸点温度随碳数的增加而升高。对于具有相同碳数的化合物，按类别增加沸点的顺序是异链烷烃、正石蜡、环烷烃和芳香族。熔点（凝点）温度也随着分子量的增加而增加，但它们受到分子形状的强烈影响。

表2 柴油燃料烃的沸点和熔点
复合	碳氢化合物类	公式	沸点	熔点
复合	碳氢化合物类	公式	°C	°C
萘	芳香	C₁₀H₈	217.8	80.0
四氢萘	芳香	C₁₀H₁₂	207.8	-35.0
顺式癸酸	环烷	C₁₀H₁₈	196.1	-42.8
1,3-二乙基苯	芳香	C₁₀H₁₄	181.1	-83.9
正丁基环己烷	环烷	C₁₀H₂₀	181.1	-75.0
正戊基环戊烷	环烷	C₁₀H₂₀	181.1	-82.8
癸烷	正石蜡	C₁₀H₂₂	173.9	-30.0
蒽	芳香	C₁₄H₁₀	341.1	215.0
1-戊基萘	芳香	C₁₅H₁₈	306.1	-23.9
正壬基环己烷	环烷	C₁₅H₃₀	282.2	-10.0
正癸基环戊烷	环烷	C₁₅H₃₀	278.9	-22.2
正十五烷	正石蜡	C₁₅H₃₂	271.1	10.0
2-甲基十四烷	异链烷烃	C₁₅H₃₂	265.0	-7.8
1-癸基萘	芳香	C₂₀H₂₈	378.9	15.0
正十四烷基苯	芳香	C₂₀H₃₄	353.9	16.1
正十四烷基环己烷	环烷	C₂₀H₄₀	353.9	25.0
正十五烷基环戊烷	环烷	C₂₀H₄₀	352.8	17.2
艾考烷	正石蜡	C₂₀H₄₂	343.9	36.1
2-甲基十九烷	异链烷烃	C₂₀H₄₂	338.9	17.8

表3列出了选定的代表性柴油燃料碳氢化合物的密度和燃烧热。在相同的碳氢化合物类别中，密度随着碳数的增加而增加。对于相同碳数的化合物，密度增加的顺序是石蜡、环烷烃和芳香族。

对于具有相同碳数的化合物，按重量增加燃烧热（热值）的顺序是芳香族、环烷烃和石蜡。但是，如果燃烧热以体积表示，则顺序相反，芳烃最高，石蜡最低。

表3 柴油燃料烃的密度和燃烧热
复合	碳氢化合物类	碳数	密度	燃烧热
复合	碳氢化合物类	碳数	g/cm³， 20°C	MJ/kg， 25°C	MJ/m³， 25°C
萘	芳香	10	1.175	38.855	45,656
四氢萘	芳香	10	0.9695	40.525	39,290
1,3-二乙基苯	芳香	10	0.8639	41.386	35,753
正丁基环己烷	环烷	10	0.7992	43.419	34,702
正戊基环戊烷	环烷	10	0.7912	43.587	34,484
癸烷	正石蜡	10	0.7301	44.238	32,299
2,2-二甲基辛烷	异链烷烃	10	0.7245	44.147	31,984
蒽	芳香	14	1.251	38.413	48,056
正壬基苯	芳香	15	0.8558	42.149	36,070
正壬基环己烷	环烷	15	0.816	43.433	35,441
正癸基环戊烷	环烷	15	0.811	43.547	35,318
正十五烷	正石蜡	15	0.7684	43.982	33,796
正十四烷基苯	芳香	20	0.8549	42.484	36,321
正十四烷基环己烷	环烷	20	0.825	43.447	35,842
正十五烷基环戊烷	环烷	20	0.8213	43.526	35,750
艾考烷	正石蜡	20	0.7843	43.854	34,395

碳氢化合物类别对燃料特性的影响总结在表4中。普通石蜡具有较高的十六烷值，但冷流动性能非常差，体积加热值也很低。芳烃具有非常好的低温流动性能和高体积热值（由于其高密度），但十六烷值非常低。异链烷烃和环烷烃占据中间位置，这些性质的值介于正链烷烃和芳烃之间。

表4 碳氢化合物类特性与燃料特性的关系
燃料特性	正石蜡	异链烷烃	环烷	芳香
十六烷值	++	0/+	0/+	0/-
低温可操作性	-	0/+	+	+
体积热值	-	-	0	+
+ 对燃料特性的积极或有益影响 0 中性或次要影响 - 消极或有害影响

3.柴油燃料特性

3.1概述

柴油特性会影响许多重要的柴油发动机性能特征。因此，许多属性都受到各种规格的约束。对柴油最重要的质量要求在国家工业标准中规定，例如美国的ASTM D975，欧盟的EN 590和日本的JIS K2204。其他要求可能适用于“优质柴油”等级，例如NIST在美国建立的等级。某些特性（例如，硫含量、芳烃）可能受环境法规的约束。一些通过管道运输柴油的公司对某些特性有限制，例如密度或倾点。还有一些属性可能由发动机制造商和/或一些燃料购买者指定。燃料精炼厂本身有内部规范，以确保燃料适合其预期用途。

最重要的柴油燃料特性（其中大部分都符合标准）包括：

 着火性能：十六烷值和十六烷指数

 密度（和重力）

 热值

 挥发性（蒸馏温度）

 粘性

 低温可操作性特性，如浊点、倾点、冷过滤器堵塞点（CFPP）和低温流量测试（LTFT）

 闪点

 发动机/部件磨损特性：润滑性、清洁度、酸度

 燃油稳定性

 硫

燃料特性可分为液体的物理性质（例如，密度、粘度、挥发性、热值或硫）和非物理性质（例如，十六烷值、闪点或润滑性）。虽然物理性质原则上可以使用许多测量技术来确定，但后一类是通过燃料与标准化测量设备（例如用于十六烷值测量的标准测试发动机）的相互作用来定义和测量的特性。

柴油燃料特性也分为（1）主要和（2）次要特性。主要特性由整个燃料的成分决定。体积属性示例包括十六烷值、密度或挥发性。次要性质取决于是否存在特定化合物。例如硫、浊点或闪点。

最后，燃料特性可分为（1）对发动机性能有直接影响或（2）对发动机性能有长期影响的特性。具有立竿见影效果的示例属性包括十六烷值、热值或密度。另一方面，影响发动机磨损或燃料稳定性的特性通常具有长期影响。

许多柴油燃料的特性可以通过使用添加剂来改变。在许多现代柴油中，添加剂用于改善发动机性能、稳定性和污染物控制特性。

一些燃料特性会影响柴油排放。燃料对较旧的机械发动机的影响通常更为显着。先进的电控发动机排放通常对燃料质量的敏感性很低。与排放效应相关的最重要的燃料参数是：

 十六烷值—增加十六烷值可改善燃料燃烧并倾向于减少氮氧化物，在某些发动机中还会减少 PM 排放。

 芳烃—降低芳烃含量可减少某些发动机中的氮氧化物和颗粒物。还原多核芳烃的排放效应可能高于还原单环芳烃的排放效应。

 密度—对重型发动机的研究表明，降低燃料密度可以减少旧技术发动机的氮氧化物排放。

 硫—硫含量降低可减少硫酸盐颗粒。这种影响相当有限，特别是在较低的硫水平下（在用300 ppm硫燃料运行的0.1 g/bhp-hr PM发动机中，硫酸盐占总PM的比例不超过约10%）。然而，硫由于其对几种催化排放控制技术的不利影响而起着特殊的作用。排放后处理一直是全球推动使用超低硫含量燃料的主要驱动力。

3.2 点火质量

柴油燃料点火质量的特征是点火延迟时间，喷射开始和燃烧开始之间的时间（另见前期柴油发动机燃烧）。特定燃料的点火延迟时间越短，点火质量就越高。具有高点火质量的柴油可以为发动机性能提供多种优势，包括：

 提高冷启动性能（尽管在低于冰点的温度下，无论点火质量如何，通常需要启动辅助工具）。

 减少与冷启动相关的白烟排放。

 降低燃烧噪音。

 减少氮氧化物和颗粒物排放。

应该注意的是，自燃温度不是衡量柴油点火质量的指标。使用ASTM E659等方法测量的自燃温度通常用于表征各种易燃液体的安全性能。它们是在标准化设备（类似于用于闪点测量的设备）中确定的，其中空气燃料混合、加热方法、实验持续时间和其他测试条件与发动机气缸中的条件完全不同。

高比例的烷烃增加了柴油燃料的点火质量，而裂解燃料成分中发现的高比例芳烃会损害点火质量。通过使用燃料添加剂（最常见的是硝酸2-乙基己酯（EHN），也可以提高柴油点火质量。

十六烷值。最常见的点火质量测试是十六烷值。柴油的十六烷值和汽油的辛烷值之间有相似之处，这两种特性都描述了燃料的自燃倾向。两种指标的设计目的是在各自的应用中产生更高价值、质量的燃料——柴油更容易自燃，汽油更难自燃且爆震倾向更小。因此，十六烷值高的燃料辛烷值较低，反之亦然。

十六烷值的测量是通过在标准单缸可变压缩比发动机（称为CFR（燃料合作研究）发动机）中运行测量燃料并将其与参考燃料进行比较。十六烷值刻度由两种纯碳氢化合物燃料的混合物定义。十六烷（正十六烷，C₁₆H₃₄），一种具有高点火质量的碳氢化合物，代表十六烷值为 100 的最大值。异十六烷-七甲基壬烷（HMN），其点火质量非常低，代表刻度的为最低15的十六烷值。因此，十六烷值（CN）由下式给出

CN = % 正十六烷 + 0.15 × （% HMN） (1)

十六烷值也可以通过测量恒容燃烧装置中的点火延迟来估计。使用将点火延迟时间转换为推导十六烷值（DCN）的方程。

混合十六烷值（BCN）有时用于燃料混合物中没有实际十六烷值测量数据的化合物。它是根据基础燃料的十六烷值以及基础燃料和化合物的混合物计算的，其中正在计算混合十六烷值。该计算假设混合物的十六烷值是其组分的十六烷值按其浓度加权的线性组合：

混合燃料 CN = （1-y）（基础燃料 CN） + y（化合物 BCN） (2)

其中
y - 十六烷值未知的化合物的浓度。应特别注意单位，以确保一致性。BCN数据使用表示为%v或%w/v的浓度报告。

此等式可以改写为：

化合物 BCN = [（混合燃料 CN） - （1-y）（基础燃料 CN）]/y (3)

根据公式（3）计算的混合十六烷值会受到显着误差的影响，因为测量的十六烷值的不确定性放大，并且混合物的十六烷值并不总是其组分的线性组。

柴油燃料的最低十六烷值在美国和加拿大为40，在日本为45，在欧盟为51。在采用传统柴油燃烧的发动机中，十六烷值远高于 50 是理想的，以实现最佳着火运行。长期需求将取决于发动机燃烧技术的发展。例如，在均质增压压缩点火（HCCI）发动机中，高十六烷值可能不再有优势了。

十六烷指数。十六烷值的测定既费时又昂贵。十六烷指数 - 一个计算值，从燃料密度和挥发性特性得出 - 已被引入作为十六烷值的估计值，并广泛用于监测和控制柴油点火质量。除了为柴油燃料十六烷提供质量控制手段外，十六烷指数还被纳入柴油规格，作为控制基础燃料质量的附加参数。它可用于限制混合到基础燃料中的十六烷改进剂添加剂的量或限制芳烃含量。例如，欧洲汽车柴油燃料规范EN 590：2004规定最小十六烷值为51，最低十六烷值指数为46，而ASTM D975-04要求1号S15和2号S500柴油燃料保持最低计算十六烷值指数40（基于较旧的ASTM D976公式）或最大芳烃浓度为35%。

虽然十六烷指数旨在衡量柴油燃料的天然十六烷值，但它仅适用于在添加任何改善添加剂之前开发具有用于与十六烷相似的特性的燃料。对于含有十六烷改进剂添加剂的燃料与用于开发原始相关特性的燃料有着明显的不同，它可能不可靠。在确定燃料十六烷值的情况下，十六烷指数可用作该燃料后续样品的十六烷值检查，条件是其来源和制造方式保持不变。在使用十六烷指数控制芳烃的情况下，与十六烷值的相关性就不是一个问题了。

3.3 密度和热值

密度（ρ）是单位体积材料的质量，表示为g/cm³等单位或kg/m³.相对密度（RD）是材料密度与水密度的比值，公式（4）。美国石油产品的相对密度是在60°F（15.6°C）的参考温度下确定的。

RD = ρ_s/ρ_w(4)

其中：
ρ_s, ρ_w- 分别是样品和水的密度。

在美国，石油产品密度的常用度量是API比重，以API度表示，见公式（5）。API是由美国石油学会开发的专用量度。API与密度成反比，低密度产品具有较高的API（从历史上看，这些产品是高价值产品）。API 度的构造使大多数值介于 10 和 70 之间。

°API = （141.5/RD） - 131.5 (5)

其中：
RD - 60°F 时的相对密度。

柴油燃料的热值（能量含量）是其燃烧热 - 单位数量的燃料燃烧时释放的能量。根据燃料燃烧产物水的物理形式，区分了两种类型的热值，高热值和低热值。对于更高的热值（HHV），水被冷凝成液体。对于较低的热值（LHV），水仍然是蒸气。因此，HHV和LHV值之间的差异等于水汽化的潜热。由于发动机以气体形式排出水，因此较低的热值通常用于表征石油燃料热值。燃料的热值会影响发动机或车辆的燃油经济性。

热值可以表示每单位质量或体积的燃料（体积通常在 60°F）。由于客户按体积购买燃料，体积表示在石油行业中更为常见。体积热值是通过将每质量热值乘以燃料密度获得的。常见石油燃料的典型热值和密度如表5所示。较轻、密度较低的燃料（汽油）在质量基础上具有更高的热值。更重、更稠密的燃料（例如柴油）在体积基础上具有更高的热值。

表5 不同燃料的典型密度和净热值
燃料	密度，15°C	净热值
燃料	g/cm³	MJ /kg	Btu /Ib	MJ /m³	Btu/gal
普通汽油	0.735	43.330	18,630	31,830	114,200
优质汽油	0.755	42.890	18,440	32,390	116,200
喷气燃料	0.795	42.850	18,420	34,060	122,200
柴油	0.850	42.640	18,330	36,240	130,000

柴油和其他石油燃料的热值与其密度相关，可以从公式（6）中估计。对于馏分燃料，水，灰分和硫的校正微不足道，但必须将其应用于残余燃料。

H =（46.423 - 8.792ρ²+ 3.170ρ）（1 - （x + y + s）） + 9.420s - 2.499x (6)

其中：
H - 净热值，MJ/kg

ρ - 15 °C时的密度g/cm³
x - 水的质量分数，y - 灰分的质量分数，
s - 硫的质量分数。

3.4 挥发性—蒸馏温度

石油燃料表现出一系列沸点。例如，柴油中最轻的部分将在大气压下在 180°C 左右的温度下开始沸腾，最重的部分通常会在 340°C 或更高的温度下沸腾。柴油燃料的挥发性特性为在标准化设备中受控加热下从燃料样品中蒸馏连续部分的温度表示。使用最广泛的方法之一是ASTM D86。燃料的蒸馏或沸程取决于燃料的化学成分，因此会影响其他特性，例如粘度、闪点、自燃温度、十六烷值和密度。通常不可能在不影响其他属性的情况下显着改变这些属性中的任何一个。

将燃料样品放入蒸馏装置中并加热。随着温度升高而形成的蒸汽被冷凝并收集在以液体初始体积的百分比刻度的圆柱体中。蒸馏过程中记录的信息包括：

 初始沸点(IBP)

 终点（EP）或最终沸点（FBP）

 冷凝水回收百分比

 非挥发性残留物的百分比

测试进行时与蒸馏量相对应的温度绘制在蒸馏图中，如图3所示。

图3.柴油典型蒸馏曲线

出于燃料标准的目的，蒸馏温度要求通常由蒸馏曲线上的几个点指定。例如，ASTM D2定义的975号柴油燃料要求，当蒸汽温度在大气压下加热时上升到282至338°C之间的温度时，90%的燃料必须蒸发。该温度通常称为T90。

对于石油燃料，指定的蒸馏特性所具有的重要功能之一是定义构成给定燃料的碳氢化合物的组成和性质。这可确保最终燃料满足给定应用的安全和性能要求。下表概述了一些主要的石油产品以及组成它们的化合物的沸点范围。

表6 石油产品沸程
产品	沸程，°C
液化石油气	-40 - 0
汽油	30 - 200
煤油，1号柴油，喷气燃料	170 - 270
No. 2 柴油、炉油	180 - 340
润滑油	340 - 540
残油	340 - 650
沥青	> 540
焦油	固体

3.5 粘性

流体的粘度表示其流动阻力——粘度越高，流动阻力越大。流体的动态（或绝对）粘度表示其对剪切流的抵抗力，其中相邻层以不同的速度彼此平行移动。动态粘度的常用单位是Pa·s。运动粘度的计算方法是将动态粘度除以流体密度。运动粘度的常用单位是m²/s 和厘斯托克斯（cSt），其中 1 cSt = 1 mm²/s = 10⁻⁶m²/s.

粘度以可预测的方式与温度密切相关，前提是流体保持均匀。对于柴油等石油产品，如果已知两个温度下的粘度，则可以使用ASTM D341等常用程序来估计给定温度下的运动粘度。图4将浊点温度为-10°C的柴油燃料的运动粘度实验测量值与几种估计方法预测的测量值进行了比较。在高于-10°C的温度下，各种估计方法提供了运动粘度的合理估计。然而，在-10°C以下，石蜡从燃料中的溶液中出来并形成蜡晶体，估计关系不再适用。

图4.测量和估计的柴油燃料浊点的运动粘度

在燃料规格中，通常提供在标准温度下测量的一系列运动粘度。对于柴油燃料，通常指定40°C时的运动粘度。如果粘度超过最大限值，则可能会出现低温问题，例如燃油流量受限、泵或喷油器运动元件损坏以及高摩擦力。如果粘度太低，可能会出现泵送元件泄漏明显增加和燃料润滑表面润滑不良等问题。在某些燃油系统设计中，泵送元件泄漏过多会导致喷射压力低，从而导致热启动和发动机加速困难。

在某些应用中，例如船用发动机，可用燃料的粘度范围可能比许多发动机设计可以容忍的要宽得多。在这种情况下，可能需要冷却或加热燃料，以将供应给发动机的燃料的粘度保持在适当的水平。

3.6低温可操作性特性

大多数柴油燃料包括很大一部分烷烃，其中包括在燃料冷却时首先形成蜡的正烷烃。虽然从点火质量的角度来看，正烷烃是非常理想的（它们具有非常高的十六烷值），但在低温下，它们以蜡的形式沉淀会导致燃油滤清器堵塞和燃料供应中断。根据燃料特性，正烷烃沉淀的开始可能发生在0°C，或者在某些情况下，甚至在高于零的温度下。因此，必须特别选择或处理冬季柴油燃料，以确保在寒冷天气下无故障运行。

为描述柴油燃料的低温特性而定义的常见参数包括：

 浊点（CP）是燃料冷却时蜡首次可见的温度（ASTM D2500）

 倾点是燃料失去流动性的温度（ASTM D97）。

 冷滤器堵塞点（CFPP）是燃油通过细丝网筛的最低温度。CFPP在欧洲被广泛使用（EN116：1981）。CFPP方法也由ASTM标准（ASTM D6371）描述，被认为与北美设备和燃料的低温性能没有很好的相关性。

 低温流动测试（LTFT）（ASTM D4539）是类似于CFPP的北美测试程序。LTFT与北美的低温可操作性现场测试具有更好的相关性，但由于其冷却速度慢，测试需要12至24小时才能完成，因此常规燃料测试非常耗时。

蜡开始出现在燃料中的温度通常在操作上由燃料的浊点决定。虽然蜡的浓度（即较重的正烷烃）强烈影响沉淀开始的温度，但还必须考虑图5a，正烷烃的尺寸分布 - 由碳原子数表示，图5b - 也必须考虑。

图5.蜡含量对蜡粒径分布相似的柴油浊点的影响

燃料生产商有几种选择来控制最终燃料的低温特性：

限制终点蒸馏温度

用轻馏出物稀释

催化脱蜡

添加剂的使用

通过限制蒸馏特性，从而限制正烷烃的最大尺寸及其在成品燃料中的浓度，可以在一定程度上控制燃料的浊点。图5b表明，这可能是控制浊点的最有效方法。因此，在冬季极冷的加拿大，最高 90% 蒸馏点限制在 315°C，而在热带或亚热带地区，90% 的蒸馏点可能高达 379°C。

使用蒸馏特性来控制低温可操作性有时受到炼油厂配置的限制，并且较大的季节性变化并不总是可行的。它还可以通过排除更高沸点的成分来限制产量。

另一种方法是将煤油等轻质馏分油混合到燃料中。通过将含有较重正烷烃的柴油燃料与含有较少正构烷烃的柴油稀释，可以降低较重正烷烃的浓度，从而降低蜡沉淀的温度（图5a）。煤油通常可以降低1-2°C的浊点和CFPP，每添加3%的煤油，倾点降低4-10°C。然而，在高需求时期获得大量煤油的仍然具有挑战性，所以这种方法变得有时不太实用。

以类似于煤油添加的方式，与普通汽油混合也可以提高低温可操作性。然而，由于汽油的十六烷值和闪点非常低，点火质量受损，火灾或爆炸的风险增加。不建议这样做。

催化脱蜡也可用于异构化蜡状正烷烃。这具有允许更高的蒸馏温度和增加柴油产量的优点。然而，一些脱蜡催化剂还具有显着的裂解功能，可产生大量的石脑油和轻质气体。有更新的脱蜡催化剂配方，可以减少裂解。

添加剂与上述一种或多种措施相结合，是满足燃料最终低温可操作性要求的首选。

加热燃油滤清器和其他组件等车辆措施也可用于确保车辆在低环境温度下正常运行。然而，这些增加了车辆的成本，并且使用仅限于经济上合理的应用。它们也没有解决燃料分配系统中的低温燃料处理问题。

3.7 闪点

闪点是易燃或可燃液体在液体表面上方立即产生燃料蒸气/空气混合物的温度，当对其施加点火源时，该混合物将被点燃后熄灭。且蒸汽的点燃并不能导致自我维持的燃烧反应。

闪点在标准化设备中使用标准测试方法和封闭杯或开杯进行测量。在闭杯方法中，样品容器用盖子覆盖，而在开杯方法中，样品容器被揭开。闭杯法通常给出的闪点值比开杯法低几度。

闭杯测试仪有两种类型：平衡型和非平衡型。在非平衡型测试仪中，当液体温度升高并且蒸汽和液体温度可能不相等时，会定期尝试点燃液体上方的蒸汽。用于非平衡闪点测定的常用设备是Pensky-Martens测试仪（ASTM D93，ISO 2719）。平衡方法，如小型闭杯测试仪（ASTM D3828）将样品加热到指定温度并保持几分钟，然后尝试点燃液体样品上方的蒸汽。假设液相和气相处于温度平衡状态。在平衡方法中，如果用于闪点温度估计，则需要在多个温度下重复该过程;因此，它们往往比非平衡方法更耗时。因此，非平衡方法是首选。开杯闪点测定的一个选项是克利夫兰开杯测试仪（ASTM D92）。

闪点是液体的经验参数，而不是基本物理参数。测量值因设备和测试协议而异。汽车柴油的典型最小值范围从美国的38°C到一些欧洲国家的56°C。

闪点与燃料的低端挥发特性密切相关。已经建立了基于这些挥发特性估计闪光的方法。其中一种方法是ASTM D7215。

燃点是另一个可能偶尔提到的参数。它是用开杯测试仪（如克利夫兰开杯测试仪）确定的，因为液体上方的蒸汽点燃导致持续至少 5 秒的自我维持燃烧反应的温度。对于柴油燃料，燃点通常比闪点高15-20°C。

闪点的一个重要用途是用于易燃和可燃液体的分类，以确保其安全处理。例如，美国国家消防协会（NFPA）根据表7根据其闭杯闪点对液体进行分类。柴油燃料被归类为美国NFPA II类可燃液体（ASTM D38级52-D和975-D的最低闪点分别为1°C和2°C）。许多国家使用类似的分类系统。根据液体分类，可能适用不同的储存、处理和使用要求。

表7 美国NFPA对易燃易燃液体的分类
液体	分类		闪点¹		沸点²	蒸气压³
液体	分类		等于或以上	下面	沸点²	蒸气压³
易燃液体	第一类	IA类	-	22.8°C （73°F）	< 37.8°C （100°F）	≤ 276 kPa （40 psia）
		IB类	-	22.8°C （73°F）	≥ 37.8°C （100°F）
		集成电路类	22.8°C （73°F）	37.8°C （100°F）	-
可燃液体	第二类		37.8°C （100°F）	60°C （140°F）	-	-
	IIIA 类		60°C （140°F）	93°C （200°F）	-	-
	IIIB 类		93°C （200°F）	-	-	-
¹闭杯闪点 ²定义为液体蒸气压等于周围大气压的温度 ³37.8°C （100°F）时的里德蒸气压

虽然闪点被认为主要对易燃和可燃液体的安全处理很重要，但它对于确定这些液体的火灾风险不太有用。在许多应用中，燃料起火通常不是由燃料蒸气/空气混合物点燃引起的，燃料蒸气/空气混合物是由于散装燃料温度超过闪点而形成的，闪点对发生此类火灾的可能性几乎没有影响。

基于海洋船舶机舱和地下采矿应用中燃料相关火灾数据的研究表明，这些火灾通常是通过液体或液滴燃料喷雾与温度超过燃料自燃温度（例如ASTM E659）的热表面直接接触而引发的。当燃料密封系统发生故障（即管道或软管全部或部分故障或通过连接处的渗漏）或在车辆加油操作期间燃料溢出到热表面上时，可能会发生燃料与热表面的直接接触。后者是地下采矿应用中燃料相关火灾的一个特别重要的原因。同样，油箱中的火灾通常是由于高温作业而引发的，例如在油箱外表面进行焊接，导致粘附在内油箱壁表面的燃料在达到其自燃温度后蒸发并自燃。然后，火蔓延到可用的燃料表面以及油箱顶部空间中燃料蒸气和空气的任何可燃混合物。

柴油燃料的闪点对发动机性能并不重要。闪点的变化不会影响自燃温度或其他燃烧特性。

3.8 发动机和部件磨损特性

3.8.1 润滑

许多因素对于确保柴油发动机的长期耐用性和可靠性能至关重要。所有燃油喷射设备全部或部分依赖燃油来提供足够的润滑。因此，燃油喷射零部件的设计必须确保在选择间隙、表面光洁度和材料特性时考虑到这一点。但是，如果燃油不符合某些要求，即使是设计最好的产品也会失效。燃油必须清洁且污染物含量低。这通常是通过结合机载过滤和水分离来实现的，并使燃油满足要求，最大限度地减少可能导致腐蚀性或磨料磨损的污染物量。柴油还必须满足最低和最大粘度要求，以确保不仅在需要的地方形成流体动力膜，而且还确保材料应力不会变得太高。燃油还必须满足一些最低要求，以确保经历边界润滑的部件不会意外失效。此属性通常称为润滑性。

润滑性不足的燃油会导致燃油喷射设备的磨损增加。图 6 显示了燃油润滑性（使用 HFRR 方法测量）对燃油喷射泵磨损率的影响。由于燃油润滑性的提高，HFRR 磨损疤痕直径（WSD）更低。应该注意的是，磨损率呈指数级增长。由于测量润滑性的HFRR方法存在一些局限性，因此需要谨慎对待图6的一般适用性。然而，润滑性不足的燃料可能会严重增加磨损。

图6.燃油润滑性对博世喷油泵磨损的影响

除了航空燃油和用于北极条件的燃油外，柴油提供充分润滑的能力不是一个重大问题，几乎不需要制定标准、规格和测试方法。大多数燃油喷射设备只是简单地设计都是基于能在当时可用的商业燃油上性能表现良好。当加州从1993年开始监管低芳烃柴油燃料时，润滑性规范的重要性首次得到认可。虽然在引入低芳烃柴油燃料后，加利福尼亚没有出现重大问题，但两年后，当瑞典引入几乎没有芳烃和硫（10 ppm S）的燃料时，由此产生的燃料润滑性差导致有时在消耗不到一箱燃料之后，燃油喷射设备就开始出现灾难性的故障。

燃油的天然润滑性在很大程度上是由多环芳烃和含氧极性杂质决定的，而硫杂质实际上会增加发动机磨损。然而，高硫燃油通常具有足够水平的多环芳烃和极性杂质，赋予柴油更好的润滑性，以抵消硫的有害影响。硫和润滑性之间的明显相关性可以通过以下事实来解释：从燃料中去除硫所需的加工（加氢处理）也倾向于破坏这些化合物，导致低硫燃料的润滑性差。

随着燃油供应商的研发应用经验越来越丰富，开始使用润滑添加剂处理他们的低硫燃料，世界上其他引入低硫燃料的地区能够避免瑞典遇到同样的设备故障。燃油喷射制造商还进行了一些设计更改，以帮助适应润滑性较差的燃油。随着硫和芳烃含量较低的燃油的引入以及燃油喷射系统变得越来越复杂，燃油提供足够润滑的能力变得越来越重要。为适应更高的喷射压力而需要的部件之间的间隙减小，这也增加了对柴油燃料的需求，以提供足够的润滑性。

燃油喷射设备中可能的磨损和故障机制包括流体动力膜形成不当、氧化、粘着磨损、划伤、磨料磨损、疲劳、腐蚀、微动和侵蚀。尚未开发出一种可以测试燃油所有这些可能性的简单测试方法。其中许多磨损机制可以通过适当的零部件设计来解决，满足最小和最大燃油粘度限制，并确保只有清洁和无污染的燃油进入燃油喷射设备。防止与边界润滑相关的氧化磨损、粘着磨损、划伤和微动磨损。

确保不会出现边界润滑问题的一般方法是确保燃油满足最低润滑性要求。润滑性添加剂通常用于天然润滑性不足的燃油。为了确定润滑性添加剂的适当比例，燃油供应商和用户依赖于已开发的用于测量燃油润滑性的测试方法的结果。可用的测试方法范围从车辆测试到发动机台架测试，再到可以快速执行的泵单体测试。已经开发了许多台架测试，试图重现类似于燃油喷射设备中的边界润滑条件，以尝试快速且相对便宜地测量燃油润滑性。表8概述了其中一些。

表8 选定的燃料润滑性测试方法
方法		参考
博克尔	滚珠式润滑性评估仪	美国材料协会 D5001
斯博克	滚珠对缸润滑性评估仪的划伤载荷	美国材料协会 D6078
HFRR	高频往复式钻机	美国材料协会 D6079
博德	三个圆盘上的球

在这些方法中，HFRR是最常用的。自2005年以来，ASTM因其柴油润滑性规范而被ASTM采用。

3.8.2 清洁

如果柴油被磨蚀性无机颗粒污染，还会导致燃油系统部件和活塞环的磨料磨损。运动部件之间公差非常小的部件，如喷油泵和喷油器，特别容易受到这种类型的磨损。大多数柴油规格包括灰分限制，其中包括悬浮无机颗粒以及可溶性有机金属化合物的。ASTM柴油规格中的灰分限值为0.01%m/m（ASTM D482分析）。

ASTM标准不涉及粒径。发动机制造商通常建议使用标称孔径为 10 μm 的燃油滤清器。根据西南研究所的一项研究，在高压燃油喷射系统中引发明显磨料磨损的临界粒径为6-7μm。

3.8.3 酸度

柴油中的有机酸也可能引起燃油系统的腐蚀性磨损。这种磨损机制在高硫燃料中更为重要。用于还原硫的加氢处理工艺也会破坏有机酸。

3.9 燃油稳定性

储存稳定性。某些柴油在储存过程中可能会形成胶质和沉积物（有时称为“柴油油泥”），这可能导致喷油器沉积物或微粒堵塞燃油滤清器或燃油喷射系统。前体包括某些硫和氮化合物、烯烃和有机酸。转化过程涉及复杂的化学反应链，导致形成高分子量的不溶性化合物。该过程通常由某些燃料成分（如苯丙烯酮）的氧化引发，然后与酸反应。一些溶解的金属 - 特别是铜和铁 - 可以通过充当氧化催化剂来破坏燃料的稳定性。

有趣的是，两种稳定性良好的燃料混合在一起时可能会形成不太稳定的混合物。当每种燃料含有形成较高分子量物质所需的一些前提时，这种效果是可能的。在某些情况下，某些添加剂也可能增加燃料的不稳定性，例如，十六烷值改进剂EHN 。

通过使用抗氧化剂和其他稳定性添加剂来提高燃料稳定性。对稳定性添加剂的需求因燃油而异。为获得最佳效果，应在制造燃油后立即添加稳定性添加剂。

储存和氧化稳定性通过多项测试进行评估，其中一些测试是在高温下进行的，包括：

ASTM D2274—馏分燃油的氧化稳定性

ASTM D4625—馏分燃油在 110°F （43°C）下的储存稳定性

ASTM D5304—通过氧气超压评估馏分燃油储存稳定性

储存期间燃油污染的另一个来源是微生物的生长 - 细菌和真菌（酵母和霉菌）。在炼油厂加工过程中在高温下灭菌的柴油燃料会被空气或水中存在的微生物污染。大多数微生物需要自由水才能生长。因此，生物生长通常集中在燃料-水界面（如果存在的话）。需氧微生物需要空气才能生长，而厌氧微生物只能在没有空气的情况下生长。较高的温度和元素营养素的存在也有利于生物生长。

随着时间的推移，可能会形成大量的生物菌落，产生足够的微生物粘液来堵塞过滤器。它们还会产生酸性副产物，加速储罐腐蚀。生物生长主要是通过水的存在而不是燃料本身的特性来促进的。为防止微生物生长，燃料储罐中的水量应尽可能低。

热稳定性。沉积物形成和过滤器堵塞也可能是车辆燃油系统中暴露在高温下的燃料的问题。在某些情况下，燃料实际上用作传热介质来冷却喷油器和其他发动机部件，例如发动机电子控制设备。燃料的高温稳定性可能是某些应用的重要考虑因素。

ASTM D6468（基于Octel/Dupont F21方法—150°C加速燃油稳定性测试）通过在150°C油浴中老化样品暴露在空气中90或180分钟，冷却然后过滤，最后测量过滤垫的光反射率来测量馏分燃料的高温稳定性。在该测试中表现良好的燃料（即具有高反射率值和低水平的深色不溶物）被认为具有良好的高温稳定性。虽然ASTM D975没有规定最低热稳定性要求，但它确实包含一些准则。在美国，“优质柴油”燃料必须满足热稳定性要求。

3.10 硫

柴油燃料含有化学结合的硫。硫的量取决于原油质量和用于混合燃料的成分。特别是，一些损坏的组份具有高硫含量。柴油中最常见的硫化合物包括各种取代的二苯并[b]噻吩、苯并[b]噻吩、二硫化物和硫化物（硫化物包括环芳基和烷基芳基硫化物）。为了模拟美国能源部DESE计划中具有不同硫含量的燃油，合成无硫柴油掺杂了以下硫化合物的混合物（括号中的值表示掺杂剂的质量百分比）：二苯并[b]噻吩（59.4%），苯并[b]噻吩（25.9%），二叔丁基二硫醚（5.7%）和乙基苯硫醚（8.9%）。

炼油厂可以通过加氢处理来降低柴油燃料的硫含量。如前所述，高硫燃料通常具有足够的天然润滑性。用于去除硫的加氢处理还可以去除改善燃料润滑性的化合物，例如多环芳烃。因此，低硫含量的燃料通常需要润滑添加剂，以避免对燃油喷射设备的潜在损坏。

4.超低硫柴油

4.1 硫对柴油发动机的影响

硫在柴油特性中起着特殊作用，因为它对排放和排放控制催化剂产生负面影响。超低硫柴油燃料通常被认为是引入柴油排放后处理技术（如微粒过滤器）的必要条件。虽然某些催化剂耐硫，但高硫燃料严重限制了排放控制催化剂的选择。

硫在柴油燃料中的影响可分为以下几类：

 排放

o 二氧化硫排放——大部分硫在发动机中转化为二氧化硫，这是一种对环境产生负面影响的物质。

o 硫酸盐颗粒排放——一小部分硫被氧化成三氧化硫。The SO₃与水结合，形成硫酸，并提高了PM的总排放。

 腐蚀和磨损

o 硫磺冷凝物对排气系统部件的腐蚀 - 在废气再循环EGR冷却器中尤其麻烦。

o 通过内部形成的酸腐蚀增加发动机部件的磨损。

 排气后处理

o SO₂/ SO₃之间的转换会增加，如果在排放控制系统中使用氧化催化剂，从而导致硫酸盐PM排放量增加。

o 硫酸盐颗粒也在催化颗粒过滤器中产生。在某些条件下，减少柴油PM累碳的好处却被产生的硫酸盐抵消了。

o 硫对许多催化剂产生永久或可逆的毒害，在可逆失活的情况下（例如在某些类型的SCR催化剂或NOx吸附器中），可能需要定期进行催化剂脱硫，其中使用各种发动机热管理方法提高催化剂温度。

4.2减少柴油燃料中的硫

为了尽量减少硫对发动机和排放的不利影响，柴油燃料中的硫含量逐渐受到限制，如表9所示。

表9 公路柴油中硫含量的降低
燃料类型	硫含量	减少硫的原因	目标排放	排放标准
标准柴油	≥ 0.5% （5000 ppm）	不适用	不适用	1993年之前的美国 1996年之前的欧盟
低硫柴油	500-350 ppm	• 硫酸盐粉末冶金控制 • SO₂控制	PM，SO2	• 美国1994年：0.13g/kwh PM • 欧二/三：0.25/0.1 g/kWh PM
超低硫柴油	50-10 ppm	• 启用催化 DPF• 启用 NOx 后处理 • 硫酸盐 PM 控制	PM, NOx	• US2007/10： 0.26g/kWh NOx ; 0.013 g/kwh PM • 欧四/五： 0.026 g/kWh

直到1990年代初，柴油中的硫含量不受环境法规的约束。根据燃油规格，高质量燃料中的最大硫含量约为0.5%（5000 ppm = 5000 mg/kg）。

限制柴油中硫含量最高含量的环境立法首先是由硫对PM排放（硫酸盐颗粒）的影响推动的。在典型的硫含量为0.5%时，柴油发动机的二氧化硫排放对全球做出了显着贡献，从而给社会产生额外的压力以迫使降低柴油燃料中的硫含量。在 1990 年代，环境法规将最高硫含量限制在约 500 ppm;这种类型的柴油燃料通常被称为“低硫柴油”。

为了促进在柴油发动机上引入排放控制催化剂，需要进一步减少硫。最大硫含量在50-10 ppm之间的超低硫燃料已被引入，作为催化柴油微粒过滤器和其他催化剂技术的“技术推动者”。大约15 ppm S（但不超过50 ppm）的柴油燃料通常被称为“超低硫柴油”（ULSD）。在欧洲，最大硫含量为10 ppm的柴油和汽油燃料曾经被称为“无硫”燃料。

降低柴油中硫含量的主要步骤已与柴油排放标准同步。1993 年 10 月，美国首次大幅减少柴油燃料中的硫，当时实施了 500 ppm S 上限。这一举措与1994

年0.13 g/kWh柴油PM排放标准相协调。1994年之前使用约0.3%硫燃料运行的发动机中的硫酸盐颗粒物排放水平可能高达0.91g/kWh甚至更高。显然，在不降低柴油中硫含量的情况下，总的PM排放标准0.1g是不可行的。

美国下一次降低硫含量于2006年年中生效，比2007年重型公路发动机的PM排放标准0.013 g/kWh提前了几个月。最高硫含量已降至15 ppm，以便在2007年的发动机中实现先进的PM控制技术，以及先进的NOx后处理，以满足2010年0.2 g / bhp-hr(0.26g/kWh)的标准。如图7所示，欧盟的燃油质量变化和排放标准也发生了类似的演变。

图7.排放法规推动的柴油硫限值

用于公路发动机的柴油燃料。图表区标明相应的排放标准。

尽管自2005年以来，欧盟已立法使用50 ppm S的超低硫燃油，但一些欧洲国家已经在1990年代末和2000年代初通过税收激励计划引入了硫含量在10至50 ppm之间的燃油。超低硫燃料首先在瑞典、英国、爱尔兰、丹麦、荷兰、德国和比利时等国家上市。

1998年，汽车制造商制定了全球燃料宪章（WWFC），该文件列出了柴油和汽油汽车燃油的规格，这些规格希望根据车辆和排放控制技术的需求协调全球燃油质量[ACEA 2000][ACEA 2002][ACEA 2006][ACEA 2013].自2000年修订以来，该宪章要求采用柴油和汽油的“无硫”燃料。许多政府遵循宪章的建议，欧盟立法要求在2005年提供“无硫”燃料，并在2009年完全改用10 ppm S柴油和汽油。

4.3 超低硫柴油问题

4.3.1 过渡到超高标准燃油

随着重要的燃油质量变化的引入，燃油生产商、设备制造商和其他利益相关者必须确保顺利过渡到新规范。为了提供技术协调以促进2006年美国向超低硫燃油的过渡，成立了清洁柴油燃料联盟，包括美国能源部，美国环保署，发动机，车辆和零部件制造商，石油工业的所有部门以及卡车司机等燃油消费者。

联盟曾预测这一过渡将相对平稳，预计超低硫燃油将与现有车辆兼容，包括2006年和更早的车型;对整体功率没有明显影响;并包含所需的添加剂，以确保润滑性和腐蚀性不是问题。

但是，超低硫燃油的用户也应该注意几个问题。例如，燃油经济性可能会略有降低，超低硫燃油可能会影响旧车辆的燃油系统并导致燃油泄漏和/或可能会使油箱中的沉积物松动并导致滤清器过早堵塞。

4.3.2 燃油经济性

将柴油燃料中的硫含量降低到15 ppm以下所需的加工也可以减少燃料中的芳烃。在体积基础上，芳烃的能量密度明显高于柴油燃料的其他成分。降低燃料中芳烃的浓度将导致每单位体积的能量减少。此外，超低硫燃油具有较低的密度。由于低芳烃和低密度的综合作用，超低硫燃油具有较低的体积热值，与500 ppm S的低硫柴油相比，通常约为1-2%。

4.3.3 密封兼容性

虽然较新的发动机设计会考虑密封兼容性，但至少有两个可能的原因可以解释为什么某些旧发动机的超低硫燃油燃料的密封兼容性可能是一个问题：

脱硫还可以去除中间馏分燃料中天然存在的抗氧化剂。抗氧化剂可以防止燃料中过氧化物的积聚。如果不补充这些抗氧化剂，如果长时间储存，过氧化物可能会积聚在燃油中。过氧化物会导致氯丁橡胶和丁腈弹性体脆化，并可能导致密封失效。

芳香族燃料成分会导致一些弹性体材料膨胀。设计用于适应密封膨胀的燃油系统可能不会在金属部件之间形成紧密密封，并防止燃油芳烃含量低时发生燃油泄漏。在某些情况下，弹性体甚至可能收缩和开裂。

4.3.4 沉积

燃油化学和物理性质的变化会影响燃油与管道、储罐和车辆燃油系统中沉积物相互作用的方式。在某些情况下，这些燃油特性的相对变化可能导致从低硫柴油到超低硫柴油过渡期间沉积物的松动。这可能需要在定期规定的保养间隔之前更换燃油滤清器。

根据康明斯调查的说法，抗氧化剂的损失和随后的过氧化物增加最终会导致燃料中形成不溶性聚合物。这些聚合物可能会积聚在敏感的燃油系统组件（如喷油器）上并影响其性能。

4.3.5 存储系统中的腐蚀

自2007年以来，在美国储存和分配超低硫燃油的一些系统中观察到快速腐蚀。在受影响的系统中，腐蚀覆盖了超低硫燃油地下储罐（UST）中的大多数金属设备，例如浸入式燃油以及管路，传感器探头和分配器组件。虽然最初与2006年超低硫燃油的推出有关，但后来的工作表明，乙醇对柴油UST的污染也可能是一个促成因素。几个月后，即2007年，美国市场开始强制将乙醇与汽油混合。这个问题似乎很普遍——2016年的一项研究发现，83%（35个中的42个）测试的UST中度或重度腐蚀，并可能导致柴油泄漏和地下水污染。

巴特尔纪念研究所的一项研究检查了六个受影响地点的样本。结论是，腐蚀可能是由乙酸在整个UST中的分散引起的。乙酸被认为是由醋杆菌以低水平乙醇污染为食产生的。该报告继续推测，乙酸通过其较高的蒸气压和燃料输送过程中的干扰而分散到潮湿的蒸汽空间中，沉积在系统的润湿和未润湿部分，腐蚀金属设备。柴油UST乙醇污染的合理来源可能包括油罐车和零售加油站中转换储罐或加注管过程。

然而，应该注意的是，在其他国家，例如在加拿大，乙醇的使用并不像美国那样普遍存在，与引入超低硫燃油相吻合的腐蚀问题的出现已经报道。除了微生物污染外，通常提到的其他潜在因素还包括盐污染、防腐剂消耗和操作管理不善。

4.3.6 静电耗散

去除硫的燃料加工还可以去除极性化合物，这些化合物使柴油具有导电性并防止静电电荷的积聚。如果燃油电导率不足，散装燃料处理过程中可能会发生静电放电。如果还存在易燃混合物，这可能会造成严重安全事故。这种类型的事故最有可能发生在从汽油转换柴油燃料的油箱中。先前的汽油负荷在油箱中留下燃料蒸气和空气的可燃混合物。如果随后装载导电性差的柴油并发生静电放电，则可能导致爆炸。许多要求超低硫燃油的标准就是具有最低导电性要求，以最大程度地降低此类静电放电的风险。如果燃油的天然导电性较差，通常使用静电消散剂添加剂来满足最低导电性要求。

低温会降低柴油燃料的电导率，而柴油燃料在较高温度下可能具有足够的天然电导率（这是加拿大柴油燃料标准具有最低电导率规范的原因之一）。

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