作為一種工業用節能燃料，柴油的需求量越來越大。然而，柴油低溫流動性差，使其在低溫下的使用受限。能否改善柴油低溫流動性能是增產柴油的關鍵之一。解決柴油低溫流動性的方法有三種，建立脫蠟裝置、加二次加工柴油調合、加入低溫流動改進劑。第三種方法，由于加入量少、成本低、操作方便，已經成為解決柴油低溫流動性能的首選方法。它對提高產品質量、擴大柴油組分來源、提高煉廠經濟效益都有十分重要的意義。
柴油降凝劑是柴油低溫改進劑的一種，它可以改變柴油中的蠟結晶的過程，分散蠟晶，降低其凝固點，改善柴油在低溫下的流動性。國外對柴油降凝劑的研究比國內早，研究成果也遠超國內，但是，國外的降凝劑對于國內各廠生產的油品并不一定能起到良好的降凝作用。因而，研究合成、利用合理的復合配方，研制出適用于國內大多油品的降凝劑，是現今柴油降凝劑研究的重點方向。
1.柴油降凝劑的定義及降凝機理
1.1柴油降凝劑的定義
柴油降凝劑PPD（Pour point depressant）又稱柴油低溫流動性改進劑，它是一類能改變柴油中蠟結晶過程并分散蠟晶、改善柴油在低溫下流動性的物質。在柴油中加入少量的PPD便能有效地降低柴油的冷濾點CFPP（Cold filter plugging point），可以提高柴油的牌號、增加柴油的切收率，提高生產靈活性和經濟效益^[1]。
1.2柴油降凝劑的降凝機理
柴油是多種烴類的復雜混合物，含有正構烷烴、異構烷烴、烯烴、芳香烴和其他極性和非極性化合物。低溫下，大量的長鏈正構烷烴由于溶解度降低，從油中結晶析出，形成三維網狀機構，并且將未凝結的柴油包裹在三維網絡結構中，使柴油在低溫下堵塞柴油機的濾網，從而使柴油機無法在低溫的天氣下正常工作^[2]。因而，改善柴油的低溫流動性，最主要的就是扼制柴油中蠟晶的生長。
從發現降凝劑至今八十多年來，人們對于降凝劑的降凝機理并沒有確切的認知。目前，比較普遍的降凝機理可以分為四種：共晶理論、吸附理論、成核理論、改善蠟的溶解性理論。
1.2.1共晶理論
該理論認為，柴油中未添加降凝劑時，蠟晶呈二維生長。加入降凝劑后，分子的極性部分與蠟晶分子不同，阻礙了蠟晶在XOZ面上的生長，卻相對加快了蠟晶在Z軸和X軸方向上的生長速度，進而也改變了XOZ面的形狀，如圖1-1。隨著降凝劑濃度的增加，蠟晶逐漸向著分枝型樹枝狀結晶方向發展。當進一步增加濃度時，在促進向Z軸方向生長的同時，抑制了X，Y方向的生長，蠟晶的晶型由不規則的塊狀向四棱錐、四棱柱形轉變，這樣的形態，使蠟晶比表面積相對減小，表面能下降，而難于聚集形成三維網狀結^[3]。

圖1-1 蠟晶增長方向
降凝劑與柴油中的蠟晶產生共晶效應，使得蠟晶難以將未凝結的柴油分子包裹起來，因而使得柴油在低溫下仍有較好的流動性。
1.2.2吸附理論
該理論認為，降凝劑分子在略低于油品濁點溫度下結晶析出，由于極性基團的作用，改變蠟晶表面特性，阻礙晶體的長大或改變了晶體的生長習性，使蠟晶的分散度增加、不易聚結成網，起到降凝效果。具體的作用過程，不同人的認識有所差異。有認為降凝劑分子降低了蠟晶的表面能，從而難以形成三維網絡結構。李克華^[4]認為降凝劑吸附在蠟晶上，降低了蠟晶表面能，妨礙了晶核的生長和發育。只有個別沒有吸附降凝劑的表面或棱角成為結晶中心，蠟在此快速生長，而新生成的蠟晶表面又被降凝劑吸附，如此循環，改變了蠟晶容易向平面方向發展聯結成空間網絡結構的結晶方式，使蠟成為細小顆粒，從而改變了油品的低溫流動性。
1.2.3成核理論
成核理論中，由于降凝劑分子的熔點相對高于油品中蠟的結晶溫度，它會在油品的濁點以前析出而起到晶核、活性中心或結晶中心的作用而成為蠟晶生長中心，使油品中小蠟晶增多，達到降低凝點或冷濾點的效果。但是成核理論在一些降凝劑作用機理的解釋中受到了質疑。張付生等^[5]從油品加降凝劑前后的X射線衍射圖上發現，經降凝劑處理后，蠟晶的晶面間距和衍射峰均發生了變化，說明蠟晶的結構有了明顯的改變。如果降凝劑僅作為結晶中心或吸附在蠟晶的活性中心，很難造成此變化。
在最近的研究中，成核理論常用來解釋蠟晶分散劑降低柴油冷濾點的作用過程^[6]。
1.2.4改善蠟的溶解性理論
該理論認為，降凝劑的作用相當于表面活性劑，加入柴油中后，增加了蠟在油品中的溶解度，使蠟晶的析出量減少，且增加了蠟的分散度。由于蠟分散后的表面電荷的影響，蠟晶之間相互排斥，不容易聚結形成三維網狀結構，自然也不容易包裹柴油分子，從而降低了凝點，改善了柴油的低溫流動性。
這種理論主要用于解釋相關聚合物的作用機理，這種聚合物因具表面活性特點可對蠟起到分散作用。
柴油降凝劑的降凝作用不僅僅依賴一種類型的降凝機理，有可能是二種，或者是幾種機理都有。只是在蠟晶生長的不同階段，某一種起主導作用。在蠟形成晶核時，降凝劑起晶核作用而產生降凝效果；在蠟晶增長階段，共晶和吸附機理中的一種在起作用，或者兩者共同起作用。
1.3降凝劑的分子結構要求
一般來說，在柴油低溫流動改進劑的分子結構中，含有油溶性的長鏈烷基和極性基團，長鏈烷基與柴油中的蠟共晶，極性基團覆在蠟晶體的表面阻止蠟晶晶格的進一步生長，從而使石蠟形成小顆粒的晶體^[7]。
通過對柴油降凝劑降凝機理的研究，綜合各種機理，遵循相應的設計原則，可以設計、合成具有更佳降凝效果的降凝劑。好的降凝劑，其分子量大小、烷基鏈長度和極性基團的含量應有利于降凝劑和蠟晶作用^[8]。
1.3.1碳鏈匹配原則
降凝劑主要通過與蠟共晶，抑制了原油中網狀結構的形成。當降凝劑的長烷基鏈節與原油中蠟的鏈烷烴平均碳數相適應，才利于降凝劑與蠟發生共晶作用，此時降凝效果最好。這可以稱為降凝劑與蠟的碳鏈匹配原則^[9]。
1.3.2 結晶溫度匹配原則
根據共晶理論，降凝劑發揮作用的前提是降凝劑與蠟分子同時結晶析出。因此，若降凝劑的結晶能力較弱，在溶液中的結晶溫度很低，不可能與蠟形成共晶，也就無法發揮降凝作用；若降凝劑結晶能力過強，在蠟的結晶溫度以上就已經從溶液中析出，也不可能與蠟產生相互作用。由此可見，當降凝劑在原油中的結晶溫度與原油中蠟的結晶溫度相匹配時，降凝劑才會有較好的效果。
1.3.3 極性適應原則
降凝劑中極性基團與長鏈烷烴基的含量通常有最佳比例，在此最佳比例下，才能獲得最佳的降凝效果。與降凝劑作用有關的因素是降凝劑的結晶性能，降凝劑中極性基團含量增加時，長鏈烷基的含量相對減少，因而降凝劑的結晶度降低。隨極性基團含量增加到很高時，由于空間排布的障礙，鏈的剛度增加，降凝劑結晶更加困難。如果降凝劑的結晶度低，則其與蠟分子共晶析出的能力降低。但如果降凝劑結晶能力太高，降凝劑的極性則會相對地降低，降凝劑對蠟晶的分散作用將下降