氢原子百科 
柴油（Diesel oil），是比汽油、煤油都重的一类轻质液体石化产品，由德国工程师鲁道夫·迪索尔所发明。[4][5][6]柴油可以分为石油柴油、生物柴油和合成柴油，其中合成柴油和生物柴油都可作为柴油机的清洁代替燃料。[7][8]
柴油的主要成分是碳、氢，另外还有少量的硫、氧、氮等元素，柴油中含碳量85%~88%，含氢量12.0%~13.6%，含硫量0~0.8%，含氧量0~300μg/g，含氮量0~60 μg/g。[9]柴油的物理性质主要包括密度、粘度、馏程等，化学性质主要包括十六烷值、热值、芳香烃含量、HC结构等。[10]柴油作为一种燃料，用途广泛，可用于汽车、船舶、重型机械的发动机和发电机中。[11]其中生物柴油还可以用作清洗去油剂、工业溶剂、工业润滑剂等工业化学品。[12]
柴油属微毒性。当将柴油吸入呼吸道可引起吸入性肺炎，应迅速脱离现场，呼吸新鲜空气或氧气。当皮肤接触易产生接触性皮炎，应用肥皂水和清水冲洗，按接触性皮炎和化学灼伤治疗原则进行处理。[13][1]
历史发展
柴油起源于德国。1892年德国工程师鲁道夫·迪索尔（Dr.Rudolf Diesel）试制出压力点火内燃机--柴油机，驱动燃料为花生油，这也被认为是最初意义的生物柴油。1895年，鲁道夫又首先提出了用动植物的油脂作为原料与甲醇或乙醇经过酯化反应，最后会变成供内燃机使用的燃料。[6]
1980年美国开始了以大豆油替代柴油作为燃料的研究，但因大豆油不能完全燃烧，又容易结焦，没有广泛应用于普通的柴油机。[14]
1983年美国科学家又首先将亚麻子油的甲酯类应用于发动机，燃烧了1000小时，他们还把可再生的脂肪酸甲酯定义为生物柴油，这就是狭义的生物柴油。[14]
1984年美国和德国的科学家又开始研究采用脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯代替柴油作为燃料，这就又一次扩大了生物柴油的原料范围。[14]
从1990年起，欧洲以菜子油为原料开始工业化生产生物柴油，并广泛应用在拖拉机中使用。[14]
1992年，德国的凯姆瑞亚·斯凯特公司在德国北部地区建立了能够连续生产生物柴油的装置，为生物柴油的工业化奠定了基础。[14]
2006年，德国的生物柴油产量是100万吨，广泛用生物柴油代替石化柴油，作为公交车、出租车及建筑和农业机械等方面的燃料。[6]
石油柴油
石油柴油是指炼油厂在533~625K的温度范围内炼制石油时，从蒸馏塔底部流出来的液体，属于轻质油，其挥发性比煤油低，燃点比煤油高。[15][16]石油柴油作为压燃式发动机（即柴油机）燃料，是复杂烃类混合物。[17]
石油柴油根据凝点和用途不同，可分为轻柴油、中柴油和重柴油。使用中将中柴油和重柴油划成一类，统称重柴油。轻柴油呈茶黄色，表面发蓝，有味。主要用作柴油机车、拖拉机和各种高速柴油机的燃料。重柴油呈棕褐色，有臭味，主要用作船舶、发电等各种柴油机的燃料。[16]
合成柴油
煤基合成柴油是以煤为原料生产的燃料油，可分为煤基直接液化合成柴油和煤基间接液化合成柴油两种。煤基合成柴油的主要成分为饱和烷烃，具有高十六烷值以及低硫、低氮、低芳烃含量等特点，可以与传统石油燃料以任意比例互溶，也可以代替普通石化柴油或作为燃油添加剂在柴油机上直接使用，不需要对发动机原有结构进行大的改造，是一种适用于柴油机的清洁替代燃料。[8]煤基直接液化柴油、煤基间接液化柴油与0号柴油性能对比如下表。[18]
生物柴油
生物柴油（biodiesel，fatty acid methylester）即脂肪酸甲酯，简称“FAME”，是一种清洁型可再生能源。[7]以植物油（如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等）、动物油（如鱼油、猪油、牛油、羊油等）、废弃油脂或微生物油脂等为原料通过酯交换或热化学工艺制成的交通运输用清洁可再生液体燃料。其在物理性质上与石油柴油接近，所释放的能量约为同等质量普通石化柴油的90%。[7][6]
矿物构成
柴油是复杂的烃类混合物，其中碳原子数约10~22。柴油主要包含烷烃、烯烃、环烷烃、芳香烃、多环芳烃等，烃的分子量较大，分子结构更为复杂。[19]柴油的主要成分是碳、氢，另外还有少量的硫、氧、氮等元素，柴油中含碳为85%~88%，含氢12.0%~13.6%，含硫0~0.8%，含氧0~300μg/g，含氮0~60 μg/g。[9]硫是柴油中的有害成分，内燃机中硫的燃烧不仅会导致产物SO2排放，加重大气污染，而且还会产生硫酸盐微粒，加重柴油机零部件的磨损。[20]
密度
柴油的馏程愈高，则其密度和平均分子量愈大。柴油的相对密度为0.810~0.890。其中，轻柴油为0.810~0.825，中柴油为0.8300.860，重柴油为0.870~0.890。[20]
浊点、冷滤点和凝点
柴油的为2~3°C，比其冷滤点高2~5°C，而冷滤点比其凝点高4~6°C。中国普通柴油标准中，0号柴油的冷滤点为4°C，凝点为0°C，适合夏季使用;-20号柴油的冷滤点为-14°C，凝点为-20°C，适合冬季使用。[20]
沸点
柴油按沸点不同，可以分为两类：轻柴油（沸点范围约180~370°C）和重柴油（沸点范围约350~410°C）。柴油的馏程对柴油的沸点有很大的影响，馏程提高，沸点增大。[20]
着火温度
柴油的着火温度为200~220°C，低于汽油的220~260°C，这表明柴油的着火性能较汽油好，更适于用于压燃式发动机的燃料。[20]
粘度
粘度是柴油重要的物理特性之一，它与柴油机低温工作时柴油的流动性、雾化性、 燃烧性均有密切的关系。柴油的粘度过大，燃油的喷雾破碎和雾化困难，进而影响柴油 在缸内的蒸发、混合和燃烧。[10]
十六烷值
高速柴油机使用的柴油十六烷值应在40~55之间，最高不应超过65。中速柴油机应不低于35。低速柴油机的工作循环期长，要求柴油的十六烷值不高，最好不低于15。[21]
高十六烷值的柴油，自燃性好，易于启动，工作柔和。但是过高的十六烷值和过低的十六烷值都不利于发动机的工作。例如，柴油十六烷值过高，会导致缸内不完全燃烧、增加油耗、降低燃油经济性；柴油十六烷值过低，柴油机启动困难，工作粗暴，发动机功率下降。[10]
柴油的十六烷值与柴油中的烃类组成紧密关联，不同烃类的十六烷值从低到高的顺序是：多环芳烃<单环芳烃<环烷烃<异构烷烃<正烷烃。[10]
芳香烃
芳香烃常指含有苯环的烃类，因苯环的存在，其碳氢比高，不易氧化，着火性能差。 柴油芳香烃的含量对发动机的燃烧和排放特性有着较大的影响。芳香烃不易进行热分解，较高的芳香烃含量常会导致颗粒物排放的增加。另外，由于芳香烃的活性较低，随其含量的增加，柴油的十六烷值也随之降低。[10]
应用领域
汽车工业
柴油可以作为各种交通工具的燃料，如公共汽车、出租车、轻型汽车、轿车等。在西方的汽车厂中，所生产的发动机可以使用纯净的生物柴油和生物柴油-石油柴油的混合燃料。[22]汽车使用的柴油发动机转速都在1000 r/min 以上，必须使用轻柴油， 才能保证发动机正常工作，充分发挥其动力性和经济性。[23]
柴油可作为发动机的燃料应用到拖拉机中，在中国产的拖拉机中除有少量小型汽油拖拉机外，其余均是柴油拖拉机。[24]
化学工业
生物柴油能够开发可以生物降解的具有更高使用价值的比较精细的化工产品，如洗涤剂、溶剂以及润滑剂等。[25]生物柴油用作车用燃料的润滑添加剂，能改善低硫柴油的润滑性；可作为机械加工润滑剂、脱模剂使用；或者作为油脂溶剂油使用如脱漆剂、印刷油墨清洗剂、黏合剂脱除剂等；用于代替脂肪酸生产精细油脂化学品等。[26]
军用工业
军用柴油是由石油直馏馏分经脱蜡精制而得的轻柴油，按质量分为优级品和一级品，每个等级根据凝点分为-10 号、-35 号、-50 号 3 个牌号。军用柴油主要用于坦克和舰艇的柴油机。[23]
重型机器
电源供应
船舶
柴油可作为船用发动机驱动燃料，柴油的功率比任何其他燃料都高30%能抵抗强大的水流，使得船舶、巡洋舰使用柴油在海洋中航行。[11]
其他
柴油也可直接用于取暖、炊事和热水炉及小型工业炉作燃料，还可以间接用作增烃水煤气和其它煤气的制造。[21]
柴油也可与虫剂或除草剂混用，柴油在虫体表面展散形成一层薄薄的油膜，使害虫窒息或渗透进虫体而致死，以提高这些药剂的药效。[28]
常减压蒸馏
常减压蒸馏属物理过程，受热汽化的原油馏分冷凝后成液体并按沸点范围回收。在原油加热炉温度为360~370°C、常压蒸馏塔塔板数为36~48、塔顶操作压力为0.05兆帕（表压）的操作条件下，常压二线和三线馏分为柴油馏分。这些馏分可以作为柴油调和组分，也可以继续加工成其他石油产品。[29]
催化裂化
催化裂化是在高温和催化剂的作用下重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等液体产物的加工过程。裂化过程的主要反应有分解、异构化、氢转移、芳构化、缩合、生焦等。[29]
加氢裂化
加氢裂化是在较高压力、温度和催化剂作用下重质油和氢气发生反应应，通过加氢、裂化和异构化反应，重质油转化为轻质油的加工过程。加氢裂化实质上是加氢和催化裂化过程的结合，X经类加氢不仅能生成汽油、煤油和柴油等轻质油品，又能防止生成焦炭，而且脱除了裂化原料中的硫、氮、氧等杂质，烯烃生成包和烃。加氢裂化的轻质油收率高、产品质量明显优于催化裂化产品。[29]
毒性
柴油属微毒类，毒作用类似煤油。柴油主要成分有烷烃和芳烃，都是高沸点，故吸入素蒸气引起中毒的机会较小。[4][30]
不慎吸入柴油雾滴或驾驶员用嘴吸油管过程呛入肺内可发生吸入性肺炎。临床表现为发热、寒颤、呛咳、咯痰、痰中有时带血、剧烈胸痛伴胸闷、憋气；个别患者可有恶心、呕吐、腹痛等症状及肝功能异常。[13][30]
皮肤接触柴油可引起接触性皮炎，多见于两手、腕部与前臂。初期表现为红斑、水肿、丘疹，反复发作后可发展成浸润增厚斑片，间有轻度糜烂、渗液、结痂、敬裂等；常系化学和机械性刺激所致，个别可能因过敏。也可能引起油性痤疮。[30]
内燃机燃烧柴油所产生的废气中含有氨氧化物、一氧化碳、二氧化硫、醛类和不完全燃烧时的大量黑烟。黑烟中有未经燃烧的油雾、碳粒，一些高沸点的杂环和芳烃类物质，并有一些致癌物如3，4-苯并芘，所以柴油废气的毒性，随其组成而异。[4]
急救措施
急性吸入中毒：迅速脱离现场，呼吸新鲜空气或氧气；呼吸、心搏停止者，立即施行心肺脑复苏术；给予对症治疗，注意防治脑水肿。忌用肾上腺素，以免诱发心室颤动。[13]
误服汽油者：可饮用牛奶或用植物油洗胃并灌肠。忌用催吐，以防诱发吸入性肺炎。注意保护肝、肾功能，积极防治肺炎。[13]
吸入性肺炎：早期、短程应用肾上腺糖皮质激素；给予吸氧及其他对症治疗；适量应用抗生素以防治肺部继发感染。[13]
皮肤沾污：可用肥皂水和清水冲洗，如发生皮炎和灼伤，可按接触性皮炎和化学灼伤治疗原则处理。[13]
贮存运输
柴油的蒸气压较低，在正常贮存条件下不容易蒸发，即使有少量蒸发，也不会对柴油的性质有任何影响。在贮存和运输过程中应防止混入机械杂质和水分，以免腐蚀和磨损机件，招致昂贵的修理工作。[21]
柴油混入了水分和机械杂质，就应采取措施，让柴油在贮罐中经过充分静置，使水分和机械杂质沉降到油罐底部。贮罐中的水分和机械杂质应定期清除，以免随柴油一起加入油箱。[21]
桶装柴油应尽可能存放在库房或货棚内。若露天存放，一定要拧紧桶盖。竖放时，应使桶身适当倾斜，桶口朝上，防止雨水淹没桶口柴油不能装得太满，桶内应留有5%（体积）以上的膨胀空间。[21]
注意事项
各牌号柴油应分别贮存，虽然它们的质量指标基本相同，但低温性能不一样，混贮会造成浪费。[21]
在装卸柴油时，流体流动时的摩擦会产生静电，应注意设备接地，防止静电放电，引起火灾。[21]
贮罐区和装卸区都应严禁明火，电气设备都必需用防爆型，并应有相应的消防设施。[21]
应该防止柴油污染人身、工作场所和环境。洒在地面的柴油应及时清除。人体应尽量避免过多地接触柴油。被柴油污染的工作服，尤其是内衣，应及时更换。[21]
加油时，必须注意勿使水分进入油中。夏季保持油箱装满柴油过夜，可防止油箱气温下降吸入潮湿的空气。[23]
冬季使用桶装高凝点柴油时，不得用明火加热，以免爆炸。[23]
指标
柴油的十六烷值、硫含量、灰分、残炭和凝点等是为了保证柴油在使用、运输和储存过程中正常运行的重要参数。[21]柴油必需达到的最低要求如下表。[31]
| 要求 | 试验标准 | |
|---|---|---|
| 在15°C时的密度 kg/l | 0.815~0.855 | DIN51757 |
| 蒸发曲线： 收集到250°℃的蒸发物，最大容积% 收集到350°C的蒸发物，最大容积% | 65 85 | DIN51751 |
| 在20°C时的运动粘度 mm2/s | 1.8~10 | DIN51561 DIN51562 |
| 闪点 大于°C | 55 | DIN51755 |
| 流动性： 可过滤性在夏季到℃ 在冬季到°C | 0 -12 | DIN51428 |
| 含硫量 最大重量% | 0.55 | DIN51409或51768 |
| 残余碳 最大重量% | 0.1 | DIN51551 |
| 点火性能（十六烷值） 最少CN | 45 | DIN51773 |
| 灰份（氧化灰份）最大重量% | 0.02 | DIN51575 |
| 含水量 最大重量% | 0.1 | DIN51777 |
参数对比
生物柴油与常规石油柴油相比，可降低90%的空气毒性，降低94%的致癌率。[32]生物柴油和常规柴油的性能比较如下表。[7]
| 特性 | 生物柴油 | 常规柴油 |
|---|---|---|
| 冷滤点（CFPP）-夏季产品/°C | -10 | 0 |
| 冷滤点（CFPP）-冬季产品/°C | -20 | -20 |
| 20°C的密度/（g/mL） | 0.88 | 0.83 |
| 40°C动力黏度/（mm2/s） | 4~6 | 2~4 |
| 闪点/°C | ＞100 | 60 |
| 可燃性/十六烷值 | 最小65 | 最小49 |
| 热值/（MJ/L） | 32 | 35 |
| 燃烧功效（柴油=100%）/% | 104 | 100 |
| 硫含量/（w，%） | ＜0.001 | ＜0.2 |
| 氧含量/（V，%） | 10 | 0 |
| 燃烧1kg燃料按化学计算法的最小空气耗量/kg | 12.5 | 14.5 |
| 水危害等级 | 1 | 2 |
| 3周后的生物分辨率/% | 98 | 70 |
煤直接液化的柴油芳烃含量高，碳氢原子比高，氮、氧等杂原子含量高，十六烷值低，热值低，密度大，胶质含量高，色相与储存安定性差等，不能直接作为柴油使用。煤基直接液化柴油和石化柴油的性能比较如下表。[18]
| 项目 | 煤直接液化柴油 | 常规柴油 | |
|---|---|---|---|
| 馏程/ ℃ | 50%馏出温度/ °C | 258 | ≤300 |
| 90%馏出温度/ °C | 291 | ≤355 | |
| 05%馏出温度/ °C | 299 | ≤365 | |
| 十六烷值 | 19.6 | 50 | |
| 自燃点 / °C | 500 | 340 | |
| 闪点（闭口）/°C | 81 | ≥60 | |
| 凝点 / °C | ＜-35 | ≤0 | |
| 低热值，按质量计/ （kJ/kg） | 39330 | 42394 | |
| 密度/（g/cm3） | 0.9816 | 0.8132 | |
| 实际胶质/ （mg/100mL） | 4.66 | ≤0.7 | |
| 运动粘度/ （mm2/s） | 8.82 | 3.0~8.0 | |
煤基间接液化合成柴油外观无色澄清透明，主要由直链饱和烃（C9-C20）和分枝异构饱和烃组成，氢碳原子比高，十六烷值高，硫、氮等杂原子极少，芳烃含量极低，密度小等。煤基间接液化柴油和石化柴油的性能比较如下表。[18]
| 项目 | 煤间接液化柴油 | 常规柴油 | |
|---|---|---|---|
| 馏程/ ℃ | 初馏点 | 150 | 180 |
| 终馏点 | 350 | 370 | |
| 硫含量/ ppm | ＜0.5 | ＜2000 | |
| 低热值，按质量计/ （MJ/kg） | 43.9 | 42.6 | |
| 密度/（g/cm3） | 0.76 | 0.8312 | |
| 运动粘度/ （mm2/s） | 3.276 | 3.0~8.0 | |
| 总芳烃含量/ （%） | 0.1 | 34.68 | |
| 氢碳原子质量分数比 | 2.15 | 0.85 | |
参考资料 32
- 参考 1
- eChemPortal - Home — OECD
- 参考 3
- 参考 4
- 参考 5
- 参考 6
- 参考 7
- 参考 8
- 参考 9
- 参考 10
- 10 Uses of Diesel — All Uses of
- 参考 12
- 参考 13
- 参考 14
- 参考 15
- 参考 16
- 参考 17
- 参考 18
- 参考 19
- 参考 20
- 参考 21
- 参考 22
- 参考 23
- 参考 24
- 参考 25
- 参考 26
- 参考 27
- 参考 28
- 柴油 — 中国大百科
- 参考 30
- 参考 31
- 参考 32