噴氣燃料抗靜電劑及其對電導率的影響研究進展

徐偉池，倪術榮，張文成，溫廣明

（中國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電導率的影響研究進展

徐偉池，倪術榮，張文成，溫廣明

（中國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生的原理以及抗靜電添加劑的作用機理，介紹了國內外抗靜電添加劑的發展歷程。系統總結了抗靜電添加劑加入噴氣燃料后，溫度、儲存時間和硫氮化合物對電導率的影響規律及多種其它添加劑加入后對抗靜電劑的影響效果。溫度升高、硫化物和防冰劑的存在會使電導率升高，溫度降低、時間延長、以及氮化物、抗磨劑和金屬鈍化劑的加入會使電導率降低。

噴氣燃料；抗靜電劑；電導率

噴氣燃料主要由烴類化合物組成，本身的電導率很低。在流動、晃動等情況下，容易產生靜電荷，尤其是在輸送過程中，通過泵、過濾器和閥門等金屬部件時，更是容易產生大量的靜電［1］。如果靜電荷的產生速度大于靜電荷的移除速度，靜電荷就會不斷積聚增多，導致安全事故的產生。為了將靜電荷及時消除，我國3#噴氣燃料國家標準規定噴氣燃料的電導率（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 噴氣燃料靜電產生原理

噴氣燃料與管壁接觸時，會在接觸界面處產生1層非常薄的等量異種電荷。當噴氣燃料在管道內流動時，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，從而帶了負電荷，相應地管壁此時帶了正電荷，于是就產生了靜電。如果靜電荷持續積累而得不到疏解，當積聚到一定能量時，產生電荷跳躍，與其他物體的相反電荷中和，產生靜電火花，從而誘發安全事故［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，可起到預防靜電荷積聚并能有效排除已經產生的靜電荷。它的作用不是“抗靜電”，而是大幅度提高油品的電導率，在基本不影響噴氣燃料質量的前提下阻止電荷的積聚。

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

2 噴氣燃料抗靜電添加劑研究進展

噴氣燃料抗靜電添加劑根據分子結構中活性部分所帶電荷的類型，可分為陽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，目前還沒有實現大規模應用。兩性離子型抗靜電添加劑的活性結構同時具有2種或2種以上離子的性質，主要為咪唑啉金屬鹽類和季銨羧酸內鹽，該類抗靜電添加劑有很多專利報道，沒有實現大規模應用。廣泛使用的是陰離子型抗靜電添加劑，主要牌號有ASA-3、Stadis 450、T1501和T1502。

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

2.1 ASA-3抗靜電添加劑

為滿足軍事需要，國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際范圍內廣泛使用，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存在著降低水分離指數以及電導率衰減快的缺點，另外由于存在污染問題，現已被杜邦公司開發的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種無灰型有機添加劑，依托有機極性聚合物發揮導電性，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證的可用于碳氫燃料的抗靜電劑，目前在國際范圍內廣泛使用［3］。Matsuo認為［4］Stadis 450抗靜電添加劑之所以能夠提高電導率，是因為其中的聚砜類物質的螺旋結構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質量標準見表1。

表1 Stadis 450抗靜電添加劑質量標準

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是使用過程中電導率衰減快，若加大用量，會造成水分離指數明顯降低。韓洪生［5］發現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題，現已被T1502型替代。T1501抗靜電添加劑的質量指標見表2。

表2 T1501抗靜電添加劑質量指標

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配而成，不含金屬類離子，是1種無灰型抗靜電添加劑。具有用量少、電導性好、抗衰減和水分離性好的特點，可進行多次補充添加。是基于克服T1501添加劑的缺點而研制的，2000年通過鑒定并在我國獲得廣泛應用。T1502抗靜電添加劑對費托合成燃料餾分也具有良好的抗靜電性能。T1502抗靜電添加劑的質量指標見表3。

表3 T1502抗靜電添加劑質量指標

3 噴氣燃料電導率的影響因素

3.1 溫度對電導率的影響

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，其電導率隨溫度的變化規律。發現隨著溫度的升高，2種油樣的電導率都呈現增大趨勢。因此，噴氣燃料電導率的測定必須要指明確定的溫度。

3.2 儲存時間對電導率的影響

噴氣燃料中加入抗靜電劑后，普遍存在的問題是電導率隨時間發生衰減。對于T1502型抗靜電劑，這種衰減的機理是由于隨著時間的延長，噴氣燃料中溶解的氧會對抗靜電劑中的聚胺、聚砜高分子化合物進行緩慢氧化，使得聚胺、聚砜分子逐漸減少，失去抗靜電作用。對于T1501型抗靜電劑，由于具有強離子性和表面活性劑的強吸附性，隨著時間的延長，抗靜電劑會生成膠束型粒子，引起電導率衰減。

3.3 2種抗靜電劑的協同效應

以T1502和Stadis 450兩種抗靜電劑為研究對象，孫元寶等進行了兩者的協同效應研究。研究發現，上述2種抗靜電劑單獨使用時，隨著使用量的增加，對應噴氣燃料的電導率均呈線性增加關系，Stadis 450抗靜電劑對電導率的影響程度更大。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，噴氣燃料電導率也基本呈線性增加關系。

3.4 硫、氮化合物對抗靜電劑感受性的影響

噴氣燃料中不可避免地會含有硫、氮化合物，同樣比例的抗靜電劑加入到噴氣燃料中，會因其中硫、氮化合物的含量不同，油品的電導率存在差異。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，以測得的電導率作為標樣電導率。向上述標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，結果表明噻吩、乙基二硫醚、甲基丙基二硫醚的加入均使標樣的電導率上升，抗靜電劑T1502的感受性上升。向標樣中分別添加不同比例的吡咯、吡啶、苯胺，發現氮化物的加入使標樣的電導率下降，抗靜電劑T1502的感受性下降。

3.5 抗靜電劑對水分離指數的影響

田宏斌等通過實驗發現，由加氫裂化裝置產出的噴氣燃料加入抗靜電劑后，水分離指數基本維持不變，而加氫脫硫醇裝置產出的噴氣燃料加入抗靜電添加劑后，其水分離指數出現較大幅度的降低。這是由于噴氣燃料中的堿性氮化物所致。為了避免該問題的發生，可提高脫硫醇裝置的操作溫度，對堿性氮化物進行有效脫除，但會導致裝置操作成本上升。另一個有效的途徑是，對噴氣燃料進行白土精制，利用白土對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，系統研究了不同添加劑對T1502抗靜電添加劑使用效果的影響。結果發現，防冰劑可以使得正十二烷的電導率提高，抗磨劑和金屬鈍化劑會導致正十二烷的電導率下降，防冰劑、抗磨劑、金屬鈍化劑和抗氧劑共同使用時，正十二烷的電導率下降。

4 結束語

以Stadis 450為代表的無灰型抗靜電添加劑已經全面取代有灰型抗靜電劑，我國自主研制的T1502抗靜電劑在國內獲得廣泛應用，并在某些方面性能優于Stadis 450。添加抗靜電劑后的噴氣燃料，其電導率及其穩定性受多種因素的影響。溫度、儲存時間、油品中的硫氮化合物等都會產生影響。2種以上的抗靜電劑同時添加一般會產生協同作用，多種類型添加劑的共同使用，對抗靜電劑作用效果的發揮有不同的影響規律。開發不影響或盡量減少對水分離指數造成影響的抗靜電劑是未來的研究方向。

［1］蒲家寧，王菊芬.油品管輸帶電問題［J］.后勤工程學院學報，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用研究［J］.石油化工應用，2010（10）：4-5.

［3］張蒙蒙，謝鳳，王應軍，等.噴氣燃料抗靜電添加劑簡介［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.航空煤油的組成對加劑后電導率的影響［J］.揚子石油化工，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年畢業于中國石油大學（北京）化學工藝專業，現從事噴氣燃料加氫精制研究工作。