噴氣燃料抗靜電劑及其對(duì)電導(dǎo)率的影響研究進(jìn)展

徐偉池，倪術(shù)榮，張文成，溫廣明

（中國(guó)石油大慶化工研究中心，黑龍江大慶163714）

噴氣燃料抗靜電劑及其對(duì)電導(dǎo)率的影響研究進(jìn)展

徐偉池，倪術(shù)榮，張文成，溫廣明

（中國(guó)石油大慶化工研究中心，黑龍江大慶163714）

闡述了噴氣燃料靜電產(chǎn)生的原理以及抗靜電添加劑的作用機(jī)理，介紹了國(guó)內(nèi)外抗靜電添加劑的發(fā)展歷程。系統(tǒng)總結(jié)了抗靜電添加劑加入噴氣燃料后，溫度、儲(chǔ)存時(shí)間和硫氮化合物對(duì)電導(dǎo)率的影響規(guī)律及多種其它添加劑加入后對(duì)抗靜電劑的影響效果。溫度升高、硫化物和防冰劑的存在會(huì)使電導(dǎo)率升高，溫度降低、時(shí)間延長(zhǎng)、以及氮化物、抗磨劑和金屬鈍化劑的加入會(huì)使電導(dǎo)率降低。

噴氣燃料；抗靜電劑；電導(dǎo)率

噴氣燃料主要由烴類化合物組成，本身的電導(dǎo)率很低。在流動(dòng)、晃動(dòng)等情況下，容易產(chǎn)生靜電荷，尤其是在輸送過(guò)程中，通過(guò)泵、過(guò)濾器和閥門等金屬部件時(shí)，更是容易產(chǎn)生大量的靜電［1］。如果靜電荷的產(chǎn)生速度大于靜電荷的移除速度，靜電荷就會(huì)不斷積聚增多，導(dǎo)致安全事故的產(chǎn)生。為了將靜電荷及時(shí)消除，我國(guó)3#噴氣燃料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定噴氣燃料的電導(dǎo)率（20℃）控制在50～450 ps/m之間。為滿足要求，通常做法是向噴氣燃料中添加抗靜電添加劑。

1 噴氣燃料抗靜電添加劑的作用原理

1.1 噴氣燃料靜電產(chǎn)生原理

噴氣燃料與管壁接觸時(shí)，會(huì)在接觸界面處產(chǎn)生1層非常薄的等量異種電荷。當(dāng)噴氣燃料在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，與管壁接觸的帶電油離子仍然附著在管壁上。油品失去部分正電荷，從而帶了負(fù)電荷，相應(yīng)地管壁此時(shí)帶了正電荷，于是就產(chǎn)生了靜電。如果靜電荷持續(xù)積累而得不到疏解，當(dāng)積聚到一定能量時(shí)，產(chǎn)生電荷跳躍，與其他物體的相反電荷中和，產(chǎn)生靜電火花，從而誘發(fā)安全事故［2］。

1.2 抗靜電添加劑作用原理

抗靜電添加劑加入到油品中，可起到預(yù)防靜電荷積聚并能有效排除已經(jīng)產(chǎn)生的靜電荷。它的作用不是“抗靜電”，而是大幅度提高油品的電導(dǎo)率，在基本不影響噴氣燃料質(zhì)量的前提下阻止電荷的積聚。

為保證油品的質(zhì)量和安全，抗靜電添加劑通常需要具備7個(gè)特點(diǎn)：（1）燃燒后基本不產(chǎn)生灰分和有害氣體；（2）無(wú)毒、無(wú)刺激性；（3）良好的安定性，可保證油品在一定時(shí)間內(nèi)不失去抗靜電性；（4）不溶于水或與水發(fā)生反應(yīng)；（5）不會(huì)使水乳化，影響油品的水分離性；（6）良好的低溫油溶性；（7）不與其他添加劑產(chǎn)生對(duì)抗性。

2 噴氣燃料抗靜電添加劑研究進(jìn)展

噴氣燃料抗靜電添加劑根據(jù)分子結(jié)構(gòu)中活性部分所帶電荷的類型，可分為陽(yáng)離子型抗靜電添加劑、兩性離子型抗靜電添加劑和陰離子型抗靜電添加劑3種。陽(yáng)離子型抗靜電添加劑的活性部分帶正電，以季銨鹽類為主，目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。兩性離子型抗靜電添加劑的活性結(jié)構(gòu)同時(shí)具有2種或2種以上離子的性質(zhì)，主要為咪唑啉金屬鹽類和季銨羧酸內(nèi)鹽，該類抗靜電添加劑有很多專利報(bào)道，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。廣泛使用的是陰離子型抗靜電添加劑，主要牌號(hào)有ASA-3、Stadis 450、T1501和T1502。

抗靜電添加劑從燃燒效果角度，可分為有灰型和無(wú)灰型2大類。有灰型添加劑由于具有一定毒性，已經(jīng)在國(guó)際范圍內(nèi)停止使用，目前使用的都是無(wú)灰型。

2.1 ASA-3抗靜電添加劑

為滿足軍事需要，國(guó)外在噴氣燃料抗靜電添加劑方面的研究起步較早。1962年，Shell公司研制成功ASA-3抗靜電添加劑并一度在國(guó)際范圍內(nèi)廣泛使用，其加入量一般為1.0 mg/L。ASA-3抗靜電添加劑由丁二酸或2-乙基己酸磺化酯鈣鹽與等量的單烷基或二烷基水楊酸鉻鹽混合而得，另外還含有聚丙烯酸甲酯共聚物，屬于有灰型添加劑。ASA-3抗靜電添加劑使用時(shí)存在著降低水分離指數(shù)以及電導(dǎo)率衰減快的缺點(diǎn)，另外由于存在污染問(wèn)題，現(xiàn)已被杜邦公司開(kāi)發(fā)的Stadis 450型抗靜電劑所替代。

2.2 Stadis 450抗靜電添加劑

Stadis 450抗靜電添加劑是杜邦公司研制的1種無(wú)灰型有機(jī)添加劑，依托有機(jī)極性聚合物發(fā)揮導(dǎo)電性，通常加入量為0.5～0.8 mg/L，最大加入量為3.0 mg/L。Stadis 450抗靜電添加劑是在全球獲得認(rèn)證的可用于碳?xì)淙剂系目轨o電劑，目前在國(guó)際范圍內(nèi)廣泛使用［3］。Matsuo認(rèn)為［4］Stadis 450抗靜電添加劑之所以能夠提高電導(dǎo)率，是因?yàn)槠渲械木垌款愇镔|(zhì)的螺旋結(jié)構(gòu)使得分子鏈上存在首尾相連的偶極離子。Stadis 450抗靜電添加劑的相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 Stadis 450抗靜電添加劑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

2.3 T1501抗靜電添加劑

T1501抗靜電添加劑是1種有灰型抗靜電劑，為我國(guó)1980年研制成功。它的主要組成為丁二酸二異辛酯磺酸鈣、二甲苯、烷基水楊酸鉻及添加劑。加入量通常為1.0～2.0 mg/L。T1501抗靜電添加劑的缺點(diǎn)是使用過(guò)程中電導(dǎo)率衰減快，若加大用量，會(huì)造成水分離指數(shù)明顯降低。韓洪生［5］發(fā)現(xiàn)T1501抗靜電添加劑的使用范圍較窄，適宜用于組分較輕的航煤。同樣由于存在毒性和污染問(wèn)題，現(xiàn)已被T1502型替代。T1501抗靜電添加劑的質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 T1501抗靜電添加劑質(zhì)量指標(biāo)

2.4 T1502抗靜電添加劑

T1502型添加劑由聚胺、聚砜等高分子化合物與溶劑復(fù)配而成，不含金屬類離子，是1種無(wú)灰型抗靜電添加劑。具有用量少、電導(dǎo)性好、抗衰減和水分離性好的特點(diǎn)，可進(jìn)行多次補(bǔ)充添加。是基于克服T1501添加劑的缺點(diǎn)而研制的，2000年通過(guò)鑒定并在我國(guó)獲得廣泛應(yīng)用。T1502抗靜電添加劑對(duì)費(fèi)托合成燃料餾分也具有良好的抗靜電性能。T1502抗靜電添加劑的質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 T1502抗靜電添加劑質(zhì)量指標(biāo)

3 噴氣燃料電導(dǎo)率的影響因素

3.1 溫度對(duì)電導(dǎo)率的影響

胡雁等分別以大慶和石家莊油樣為原料，研究了加入一定量的T1502抗靜電劑的噴氣燃料，其電導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，2種油樣的電導(dǎo)率都呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。因此，噴氣燃料電導(dǎo)率的測(cè)定必須要指明確定的溫度。

3.2 儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)電導(dǎo)率的影響

噴氣燃料中加入抗靜電劑后，普遍存在的問(wèn)題是電導(dǎo)率隨時(shí)間發(fā)生衰減。對(duì)于T1502型抗靜電劑，這種衰減的機(jī)理是由于隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，噴氣燃料中溶解的氧會(huì)對(duì)抗靜電劑中的聚胺、聚砜高分子化合物進(jìn)行緩慢氧化，使得聚胺、聚砜分子逐漸減少，失去抗靜電作用。對(duì)于T1501型抗靜電劑，由于具有強(qiáng)離子性和表面活性劑的強(qiáng)吸附性，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，抗靜電劑會(huì)生成膠束型粒子，引起電導(dǎo)率衰減。

3.3 2種抗靜電劑的協(xié)同效應(yīng)

以T1502和Stadis 450兩種抗靜電劑為研究對(duì)象，孫元寶等進(jìn)行了兩者的協(xié)同效應(yīng)研究。研究發(fā)現(xiàn)，上述2種抗靜電劑單獨(dú)使用時(shí)，隨著使用量的增加，對(duì)應(yīng)噴氣燃料的電導(dǎo)率均呈線性增加關(guān)系，Stadis 450抗靜電劑對(duì)電導(dǎo)率的影響程度更大。T1502和Stadis 450兩種抗靜電劑以不同比例共同加入噴氣燃料中，隨著加入量的增加，噴氣燃料電導(dǎo)率也基本呈線性增加關(guān)系。

3.4 硫、氮化合物對(duì)抗靜電劑感受性的影響

噴氣燃料中不可避免地會(huì)含有硫、氮化合物，同樣比例的抗靜電劑加入到噴氣燃料中，會(huì)因其中硫、氮化合物的含量不同，油品的電導(dǎo)率存在差異。劉婕等以正十二烷模擬噴氣燃料，向其中加入一定量抗靜電劑T1502，以測(cè)得的電導(dǎo)率作為標(biāo)樣電導(dǎo)率。向上述標(biāo)樣中分別加入不同比例的噻吩、乙基二硫醚、甲基丙基二硫醚，結(jié)果表明噻吩、乙基二硫醚、甲基丙基二硫醚的加入均使標(biāo)樣的電導(dǎo)率上升，抗靜電劑T1502的感受性上升。向標(biāo)樣中分別添加不同比例的吡咯、吡啶、苯胺，發(fā)現(xiàn)氮化物的加入使標(biāo)樣的電導(dǎo)率下降，抗靜電劑T1502的感受性下降。

3.5 抗靜電劑對(duì)水分離指數(shù)的影響

田宏斌等通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由加氫裂化裝置產(chǎn)出的噴氣燃料加入抗靜電劑后，水分離指數(shù)基本維持不變，而加氫脫硫醇裝置產(chǎn)出的噴氣燃料加入抗靜電添加劑后，其水分離指數(shù)出現(xiàn)較大幅度的降低。這是由于噴氣燃料中的堿性氮化物所致。為了避免該問(wèn)題的發(fā)生，可提高脫硫醇裝置的操作溫度，對(duì)堿性氮化物進(jìn)行有效脫除，但會(huì)導(dǎo)致裝置操作成本上升。另一個(gè)有效的途徑是，對(duì)噴氣燃料進(jìn)行白土精制，利用白土對(duì)堿性氮化物的吸附作用。

3.6 其他類型添加劑的影響

為滿足不同的性能要求，噴氣燃料中經(jīng)常需要添加多種添加劑，如抗磨劑、抗氧劑、金屬鈍化劑和防冰劑等。劉婕等以正十二烷代替噴氣燃料，分別用T1602環(huán)烷酸型抗磨劑、T501型抗氧劑、T1201型金屬鈍化劑和乙二醇甲醚防冰劑，系統(tǒng)研究了不同添加劑對(duì)T1502抗靜電添加劑使用效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，防冰劑可以使得正十二烷的電導(dǎo)率提高，抗磨劑和金屬鈍化劑會(huì)導(dǎo)致正十二烷的電導(dǎo)率下降，防冰劑、抗磨劑、金屬鈍化劑和抗氧劑共同使用時(shí)，正十二烷的電導(dǎo)率下降。

4 結(jié)束語(yǔ)

以Stadis 450為代表的無(wú)灰型抗靜電添加劑已經(jīng)全面取代有灰型抗靜電劑，我國(guó)自主研制的T1502抗靜電劑在國(guó)內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用，并在某些方面性能優(yōu)于Stadis 450。添加抗靜電劑后的噴氣燃料，其電導(dǎo)率及其穩(wěn)定性受多種因素的影響。溫度、儲(chǔ)存時(shí)間、油品中的硫氮化合物等都會(huì)產(chǎn)生影響。2種以上的抗靜電劑同時(shí)添加一般會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用，多種類型添加劑的共同使用，對(duì)抗靜電劑作用效果的發(fā)揮有不同的影響規(guī)律。開(kāi)發(fā)不影響或盡量減少對(duì)水分離指數(shù)造成影響的抗靜電劑是未來(lái)的研究方向。

［1］蒲家寧，王菊芬.油品管輸帶電問(wèn)題［J］.后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（2）：2-5.

［2］胡雁，張懷安，鄭曄，等.抗靜電添加劑在噴氣燃料中的應(yīng)用研究［J］.石油化工應(yīng)用，2010（10）：4-5.

［3］張蒙蒙，謝鳳，王應(yīng)軍，等.噴氣燃料抗靜電添加劑簡(jiǎn)介［J］.化工中間體，2014（7）：16-19.

［4］Matsuo K.，Mansfield M.，Stockmayer W.H.On the Possibility of Helical Structures in Olefin/Sulfur Dioxide Copolymers［J］.Macromolecules，1982，15（3）：935-937.

［5］韓洪生.航空煤油的組成對(duì)加劑后電導(dǎo)率的影響［J］.揚(yáng)子石油化工，2000，15（3）：25-28.

Research progress of jet fuel antistatic agent and its influence on conductivity

Xu Weichi，Ni Shurong，Zhang Wencheng，Weng Guangming
（Daqing Chemical Research Center of PetroChina，Daqing 163714,China）

The principle of static generation by jet fuel and the mechanism of action of antistatic agent are expounded.The development of antistatic agent at home and abroad is introduced.The influence of temperature,storage time,sulfur content and nitrogen compound content on conductivity after the addition of antistatic agent into jet fuel is systematically summarized.The effect of various other additives on the antistatic agent is also introduced.

Jet fuel;antistatic agent;conductivity

TE88

B

1671-4962（2017）06-0004-03

2017-09-25

徐偉池，男，工程師，碩士研究生2008年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）化學(xué)工藝專業(yè)，現(xiàn)從事噴氣燃料加氫精制研究工作。