柴油添加劑解說：3M全效柴油添加劑 PN3729

以 3M全效柴油添加劑 PN9729 為例：

成分：

煤油 KEROSENE
硝酸，2 - 乙基己基酯 NITRIC ACID, 2- ETHYLHEXYL ESTER
山梨糖油酸酯 SORBITAN OLEATE
妥爾油脂肪酸 TALL-OIL FATTY ACIDS

AI 解說：

1. 煤油：

將煤油（Kerosene）作為柴油添加劑，主要的目的是為了改善柴油在低溫環境下的流動性，但它也會對柴油的燃燒性能和潤滑性產生重要的影響。

煤油作為柴油添加劑的作用

在寒冷地區或冬季，柴油中的石蠟成分容易凝固（俗稱結蠟），堵塞油路和濾清器。添加煤油的主要作用如下：

改善流動性（降凝）：煤油的凝固點和黏度都比柴油低。將煤油混入柴油中，可以稀釋柴油，降低柴油的凝固點（Cloud Point）和冷濾點（Cold Filter Plugging Point），從而提高其低溫流動性，確保燃油系統在寒冷天氣下能正常工作。

稀釋作用：煤油的黏度較低，可以降低混合燃料的整體黏度。在老式柴油機中，這曾被用來輔助燃油噴射。

雖然煤油可以幫助柴油抗凍，但它並不是一種理想的添加劑，特別是對於現代柴油發動機：

1. 降低十六烷值（Cetane Number）

影響： 煤油的十六烷值比柴油低。當添加煤油後，混合燃料的十六烷值會下降。
結果： 十六烷值下降會導致柴油機的點火延遲（Ignition Delay）變長。這可能造成燃燒不完全、發動機敲缸（爆震）、功率下降、油耗增加，並可能增加氮氧化物 ( $NO_{x}$ ) 等有害排放物。

2. 潤滑性下降

影響： 煤油的潤滑性遠低於柴油。
結果： 現代柴油發動機（尤其是配備高壓共軌（Common Rail）系統的發動機）依賴柴油中的潤滑成分來保護燃油泵和噴油嘴等精密部件。添加煤油會嚴重降低燃油的潤滑性，可能加速燃油系統部件的磨損甚至導致損壞。因此，若必須添加煤油，通常需要同時加入潤滑性增強劑。

3. 燃點與安全性

影響： 煤油的**閃點（Flash Point）**比柴油低。
結果： 閃點降低會使燃料變得更容易揮發和點燃，從而增加運輸和儲存過程中的火災風險。

結論與建議的比例

在缺乏專用柴油降凝劑的情況下，煤油是傳統上應急改善柴油低溫性能的方法，但不建議大量或長期使用。

應急比例： 為了提升流動性而不至於嚴重損害發動機，在極寒地區，應急時通常建議的最高添加比例約為 柴油 : 煤油 = $50 : 1$ 到 $20 : 1$ （即煤油佔比約為 $2%$ 到 $5%$ ）。
現代發動機： 對於精密的現代柴油發動機，特別是使用高壓燃油系統的，不建議自行添加煤油。應選用符合當地氣溫標準的低標號柴油（如 $- 20$ 號、 $- 35$ 號柴油），或使用專業的柴油降凝劑/冷流性改進劑。

簡而言之，煤油的作用是物理稀釋以抗凍，其代價是犧牲燃燒效率和發動機的潤滑保護。

2. 硝酸，2 - 乙基己基酯 NITRIC ACID, 2- ETHYLHEXYL ESTER

主要用途

该化合物最主要的用途是作为柴油燃料的添加剂：

提高十六烷值（Cetane Improver）： 2-乙基己基硝酸酯是一种十六烷值改进剂。十六烷值是衡量柴油在发动机中自燃性能的指标。
添加 2-EHN 可以缩短柴油的着火延迟期，改善燃油的燃烧性能，从而使发动机启动更容易、运转更平稳、噪音降低，并可能提高燃油效率。
它对提高二次加工柴油或低十六烷值柴油的性能尤为重要。

安全注意事项

易燃性和爆炸性： 它具有可燃性，在高温、高压或剧烈震动的情况下可能具有爆炸性。储存和使用时必须远离热源和火源。
毒性： 接触皮肤或吸入其蒸汽可能有害，应佩戴适当的防护设备。过度暴露可能导致血管舒张（vasodilation），从而引起血压降低。

SORBITAN OLEATE 在柴油添加剂中的作用

Sorbitan Oleate 是一种非离子、亲油性的乳化剂（其 HLB 值约为 4.3），其在柴油应用中的主要功能是：

1. 乳化剂 (Emulsifier) 与分散剂

这是 Sorbitan Oleate 最内核的作用。它用于制作柴油乳化燃料或作为分散剂：

柴油-水乳化燃料（Diesel-Water Emulsions）： 为了提高柴油的燃烧效率和减少氮氧化物（ $NO_{x}$ ）排放，有时会在柴油中添加少量水（通常 $< 15%$ ）。由于油和水不能天然混合，必须使用乳化剂。Sorbitan Oleate 能够稳定地将水珠分散到油相中，形成 W/O 型（水包油）乳液。在燃烧过程中，水会迅速汽化膨胀，将柴油雾化得更细，改善燃烧。
多成分添加剂的稳定剂： 柴油添加剂通常是多种化学成分（如清洁剂、抗氧化剂、流动改进剂）的复合配方。Sorbitan Oleate 可作为稳定剂，帮助所有成分均匀、稳定地分散在柴油中，防止分层或沉淀。

2. 润滑增强剂 (Lubricity Enhancer) 的辅助成分

在一些低硫柴油配方中（低硫化过程会去除柴油中的天然润滑成分），Sorbitan Oleate 会作为复合添加剂中的一员，辅助提高燃油的润滑性能，保护燃油泵和喷油嘴。它本身是一种脂肪酸酯，有助于提供润滑。

3. 改善冷流动性（Cold Flow）的分散剂

虽然 Sorbitan Oleate 本身不是主要的降凝剂，但在冬季柴油添加剂配方中，它可以作为蜡晶体分散剂的助剂。它可以帮助分散沉淀的石蜡晶体，使其难以聚集并堵塞滤清器，从而辅助改善柴油的冷滤点（CFPP）。

总结

Sorbitan Oleate 在柴油添加剂中通常不作为单一的功能成分使用，而是作为配方中的关键表面活性剂。它的价值在于其乳化和分散能力，确保多功能添加剂配方或柴油-水乳化燃料的稳定性、均匀性和有效性。

Sorbitan Oleate (Span 80) 在柴油中的建议比例

Sorbitan Oleate 本身很少单独作为柴油的最终添加剂。它通常是乳化剂系统的一部分，需要与其他亲水性乳化剂（例如 Tween 80）搭配使用，以达到最佳的 HLB 值（亲水亲油平衡值）。

以下是 Sorbitan Oleate 在不同柴油应用中的常见添加比例（均为重量百分比 $\text{(wt%)} $ 或体积百分比 $\text{(vol%)} $）：

1. 作为柴油-水乳化燃料（WiDE）中的乳化剂

这是 Sorbitan Oleate 最常见的用途。它的功能是将水滴稳定地分散在柴油中，防止油水分离。

单独使用（较少见）：
- 在包含 $2%$ 到 $10%$ 水的柴油乳化液中，Sorbitan Oleate 的比例通常在 $0.2%$ 到 $2%$ 之间（占总燃料混合物的重量或体积）。
- 例如： 研究显示，在含 $2%$ 水的柴油中添加 $2%$ 的 Span 80，可获得稳定的乳液。
与 Tween 80 混合使用（最常见）：
- 总乳化剂用量： 总乳化剂（Span 80 + Tween 80）的比例通常在 $0.5%$ 到 $3%$ 之间（占总燃料混合物的重量或体积）。
- Span 80 比例（占总燃料）： 在此复合体系中，Span 80（亲油性）和 Tween 80（亲水性）的比值是关键。由于要形成 W/O (水包油) 型乳液，亲油性的 Span 80 比例会较高。
  - 在一些专利配方中，乳化剂总量（占柴油重量）约为 $0.4%$ 到 $0.8%$ ，而 Span 80 常常占了总乳化剂的很大一部分。

2. 作为多功能添加剂中的分散剂或稳定剂

在包含清洁剂、抗氧化剂、润滑剂等多种组分的复合添加剂中，Sorbitan Oleate 的作用是确保所有活性成分均匀分散在柴油中。

比例： 作为配方中的辅助分散剂，其比例通常会非常低，可能以 ** $ppm$ （百万分之一）**级别计算，或占最终成品添加剂溶液的 $1%$ 到 $5%$ 。

4. 妥爾油脂肪酸 TALL-OIL FATTY ACIDS

作为柴油添加剂的内核作用是恢复和增强柴油的润滑性，特别是在现代的超低硫柴油（Ultra-Low Sulfur Diesel, ULSD）中。

TALL-OIL FATTY ACIDS (TOFA) 的主要作用

1. 恢复和增强润滑性（Lubricity Improvement）

这是 TOFA 最重要且被广泛应用的功能。

背景： 为了减少空气污染，现代柴油必须经过高度精炼的脱硫过程，将硫含量降低到非常低的水平（例如 $15 ppm$ 以下的超低硫柴油）。这个过程虽然环保，但也意外地去除了柴油中天然存在的极性化合物，导致柴油的润滑性大幅下降。
影响： 润滑性不足会导致柴油发动机的精密部件，特别是高压燃油泵和喷油嘴，由于金属间摩擦增加而迅速磨损甚至损坏。
TOFA 的作用机制：
- TOFA 是一种主要由油酸、亚油酸及其异构体组成的生物基（Biobased）脂肪酸混合物。
- 这些极性有机物质对金属表面有很强的吸附能力。
- 当它们添加到柴油中时，它们会在燃油系统的金属摩擦表面形成一层保护性润滑膜（或称为抗磨膜），有效降低摩擦系数和磨损率，从而恢复或提升超低硫柴油的润滑性。

2. 生物基和永续性

TOFA 是从松木提炼的妥尔油（Tall Oil）中分离出来的，是一种可再生的非食物来源原料。这使其成为传统化学润滑增强剂的环保替代品，有助于降低燃油添加剂的碳足迹。

3. 其他潜在辅助作用

乳化剂/分散剂成分： 脂肪酸及其衍生物（如 TOFA 衍生物）因其表面活性，也可以用于复合添加剂中作为乳化剂或分散剂，帮助其他功能性成分均匀分散在柴油中。
低温处理特性： 一些高品质的 TOFA 产品具有良好的低温流动性，确保添加剂本身在寒冷天气下也能稳定使用，不会对柴油的冷流动特性产生负面影响。

建议比例

TOFA 作为润滑增强剂的建议比例通常非常低，因为它具有高效性。

常见添加范围： 业界和研究中，TOFA 及其衍生物的典型添加比例范围是 $10$ 至 $1, 000 ppm$ （百万分之一），即每吨柴油添加 $10$ 克到 $1$ 公斤。
有效浓度： 研究显示，当 TOFA 浓度达到约 $500 ppm$ 时，就能显着降低柴油的磨损痕迹直径（WSD），将润滑性提升到安全标准范围内。

总结来说，TOFA 的内核价值在于它是超低硫柴油中不可或缺的润滑增强剂，以极低的剂量有效保护发动机的精密燃油系统。

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