喷气燃料抗静电剂及其对电导率的影响研究进展

徐伟池，倪术荣，张文成，温广明

（中国石油大庆化工研究中心，黑龙江大庆163714）

喷气燃料抗静电剂及其对电导率的影响研究进展

徐伟池，倪术荣，张文成，温广明

（中国石油大庆化工研究中心，黑龙江大庆163714）

阐述了喷气燃料静电产生的原理以及抗静电添加剂的作用机理，介绍了国内外抗静电添加剂的发展历程。系统总结了抗静电添加剂加入喷气燃料后，温度、储存时间和硫氮化合物对电导率的影响规律及多种其它添加剂加入后对抗静电剂的影响效果。温度升高、硫化物和防冰剂的存在会使电导率升高，温度降低、时间延长、以及氮化物、抗磨剂和金属钝化剂的加入会使电导率降低。

喷气燃料；抗静电剂；电导率

喷气燃料主要由烃类化合物组成，本身的电导率很低。在流动、晃动等情况下，容易产生静电荷，尤其是在输送过程中，通过泵、过滤器和阀门等金属部件时，更是容易产生大量的静电［1］。如果静电荷的产生速度大于静电荷的移除速度，静电荷就会不断积聚增多，导致安全事故的产生。为了将静电荷及时消除，我国3#喷气燃料国家标准规定喷气燃料的电导率（20℃）控制在50～450 ps/m之间。为满足要求，通常做法是向喷气燃料中添加抗静电添加剂。

1 喷气燃料抗静电添加剂的作用原理

1.1 喷气燃料静电产生原理

喷气燃料与管壁接触时，会在接触界面处产生1层非常薄的等量异种电荷。当喷气燃料在管道内流动时，与管壁接触的带电油离子仍然附着在管壁上。油品失去部分正电荷，从而带了负电荷，相应地管壁此时带了正电荷，于是就产生了静电。如果静电荷持续积累而得不到疏解，当积聚到一定能量时，产生电荷跳跃，与其他物体的相反电荷中和，产生静电火花，从而诱发安全事故［2］。

1.2 抗静电添加剂作用原理

抗静电添加剂加入到油品中，可起到预防静电荷积聚并能有效排除已经产生的静电荷。它的作用不是“抗静电”，而是大幅度提高油品的电导率，在基本不影响喷气燃料质量的前提下阻止电荷的积聚。

为保证油品的质量和安全，抗静电添加剂通常需要具备7个特点：（1）燃烧后基本不产生灰分和有害气体；（2）无毒、无刺激性；（3）良好的安定性，可保证油品在一定时间内不失去抗静电性；（4）不溶于水或与水发生反应；（5）不会使水乳化，影响油品的水分离性；（6）良好的低温油溶性；（7）不与其他添加剂产生对抗性。

2 喷气燃料抗静电添加剂研究进展

喷气燃料抗静电添加剂根据分子结构中活性部分所带电荷的类型，可分为阳离子型抗静电添加剂、两性离子型抗静电添加剂和阴离子型抗静电添加剂3种。阳离子型抗静电添加剂的活性部分带正电，以季铵盐类为主，目前还没有实现大规模应用。两性离子型抗静电添加剂的活性结构同时具有2种或2种以上离子的性质，主要为咪唑啉金属盐类和季铵羧酸内盐，该类抗静电添加剂有很多专利报道，没有实现大规模应用。广泛使用的是阴离子型抗静电添加剂，主要牌号有ASA-3、Stadis 450、T1501和T1502。

抗静电添加剂从燃烧效果角度，可分为有灰型和无灰型2大类。有灰型添加剂由于具有一定毒性，已经在国际范围内停止使用，目前使用的都是无灰型。

2.1 ASA-3抗静电添加剂

为满足军事需要，国外在喷气燃料抗静电添加剂方面的研究起步较早。1962年，Shell公司研制成功ASA-3抗静电添加剂并一度在国际范围内广泛使用，其加入量一般为1.0 mg/L。ASA-3抗静电添加剂由丁二酸或2-乙基己酸磺化酯钙盐与等量的单烷基或二烷基水杨酸铬盐混合而得，另外还含有聚丙烯酸甲酯共聚物，属于有灰型添加剂。ASA-3抗静电添加剂使用时存在着降低水分离指数以及电导率衰减快的缺点，另外由于存在污染问题，现已被杜邦公司开发的Stadis 450型抗静电剂所替代。

2.2 Stadis 450抗静电添加剂

Stadis 450抗静电添加剂是杜邦公司研制的1种无灰型有机添加剂，依托有机极性聚合物发挥导电性，通常加入量为0.5～0.8 mg/L，最大加入量为3.0 mg/L。Stadis 450抗静电添加剂是在全球获得认证的可用于碳氢燃料的抗静电剂，目前在国际范围内广泛使用［3］。Matsuo认为［4］Stadis 450抗静电添加剂之所以能够提高电导率，是因为其中的聚砜类物质的螺旋结构使得分子链上存在首尾相连的偶极离子。Stadis 450抗静电添加剂的相关质量标准见表1。

表1 Stadis 450抗静电添加剂质量标准

2.3 T1501抗静电添加剂

T1501抗静电添加剂是1种有灰型抗静电剂，为我国1980年研制成功。它的主要组成为丁二酸二异辛酯磺酸钙、二甲苯、烷基水杨酸铬及添加剂。加入量通常为1.0～2.0 mg/L。T1501抗静电添加剂的缺点是使用过程中电导率衰减快，若加大用量，会造成水分离指数明显降低。韩洪生［5］发现T1501抗静电添加剂的使用范围较窄，适宜用于组分较轻的航煤。同样由于存在毒性和污染问题，现已被T1502型替代。T1501抗静电添加剂的质量指标见表2。

表2 T1501抗静电添加剂质量指标

2.4 T1502抗静电添加剂

T1502型添加剂由聚胺、聚砜等高分子化合物与溶剂复配而成，不含金属类离子，是1种无灰型抗静电添加剂。具有用量少、电导性好、抗衰减和水分离性好的特点，可进行多次补充添加。是基于克服T1501添加剂的缺点而研制的，2000年通过鉴定并在我国获得广泛应用。T1502抗静电添加剂对费托合成燃料馏分也具有良好的抗静电性能。T1502抗静电添加剂的质量指标见表3。

表3 T1502抗静电添加剂质量指标

3 喷气燃料电导率的影响因素

3.1 温度对电导率的影响

胡雁等分别以大庆和石家庄油样为原料，研究了加入一定量的T1502抗静电剂的喷气燃料，其电导率随温度的变化规律。发现随着温度的升高，2种油样的电导率都呈现增大趋势。因此，喷气燃料电导率的测定必须要指明确定的温度。

3.2 储存时间对电导率的影响

喷气燃料中加入抗静电剂后，普遍存在的问题是电导率随时间发生衰减。对于T1502型抗静电剂，这种衰减的机理是由于随着时间的延长，喷气燃料中溶解的氧会对抗静电剂中的聚胺、聚砜高分子化合物进行缓慢氧化，使得聚胺、聚砜分子逐渐减少，失去抗静电作用。对于T1501型抗静电剂，由于具有强离子性和表面活性剂的强吸附性，随着时间的延长，抗静电剂会生成胶束型粒子，引起电导率衰减。

3.3 2种抗静电剂的协同效应

以T1502和Stadis 450两种抗静电剂为研究对象，孙元宝等进行了两者的协同效应研究。研究发现，上述2种抗静电剂单独使用时，随着使用量的增加，对应喷气燃料的电导率均呈线性增加关系，Stadis 450抗静电剂对电导率的影响程度更大。T1502和Stadis 450两种抗静电剂以不同比例共同加入喷气燃料中，随着加入量的增加，喷气燃料电导率也基本呈线性增加关系。

3.4 硫、氮化合物对抗静电剂感受性的影响

喷气燃料中不可避免地会含有硫、氮化合物，同样比例的抗静电剂加入到喷气燃料中，会因其中硫、氮化合物的含量不同，油品的电导率存在差异。刘婕等以正十二烷模拟喷气燃料，向其中加入一定量抗静电剂T1502，以测得的电导率作为标样电导率。向上述标样中分别加入不同比例的噻吩、乙基二硫醚、甲基丙基二硫醚，结果表明噻吩、乙基二硫醚、甲基丙基二硫醚的加入均使标样的电导率上升，抗静电剂T1502的感受性上升。向标样中分别添加不同比例的吡咯、吡啶、苯胺，发现氮化物的加入使标样的电导率下降，抗静电剂T1502的感受性下降。

3.5 抗静电剂对水分离指数的影响

田宏斌等通过实验发现，由加氢裂化装置产出的喷气燃料加入抗静电剂后，水分离指数基本维持不变，而加氢脱硫醇装置产出的喷气燃料加入抗静电添加剂后，其水分离指数出现较大幅度的降低。这是由于喷气燃料中的碱性氮化物所致。为了避免该问题的发生，可提高脱硫醇装置的操作温度，对碱性氮化物进行有效脱除，但会导致装置操作成本上升。另一个有效的途径是，对喷气燃料进行白土精制，利用白土对碱性氮化物的吸附作用。

3.6 其他类型添加剂的影响

为满足不同的性能要求，喷气燃料中经常需要添加多种添加剂，如抗磨剂、抗氧剂、金属钝化剂和防冰剂等。刘婕等以正十二烷代替喷气燃料，分别用T1602环烷酸型抗磨剂、T501型抗氧剂、T1201型金属钝化剂和乙二醇甲醚防冰剂，系统研究了不同添加剂对T1502抗静电添加剂使用效果的影响。结果发现，防冰剂可以使得正十二烷的电导率提高，抗磨剂和金属钝化剂会导致正十二烷的电导率下降，防冰剂、抗磨剂、金属钝化剂和抗氧剂共同使用时，正十二烷的电导率下降。

4 结束语

以Stadis 450为代表的无灰型抗静电添加剂已经全面取代有灰型抗静电剂，我国自主研制的T1502抗静电剂在国内获得广泛应用，并在某些方面性能优于Stadis 450。添加抗静电剂后的喷气燃料，其电导率及其稳定性受多种因素的影响。温度、储存时间、油品中的硫氮化合物等都会产生影响。2种以上的抗静电剂同时添加一般会产生协同作用，多种类型添加剂的共同使用，对抗静电剂作用效果的发挥有不同的影响规律。开发不影响或尽量减少对水分离指数造成影响的抗静电剂是未来的研究方向。

［1］蒲家宁，王菊芬.油品管输带电问题［J］.后勤工程学院学报，2002（2）：2-5.

［2］胡雁，张怀安，郑晔，等.抗静电添加剂在喷气燃料中的应用研究［J］.石油化工应用，2010（10）：4-5.

［3］张蒙蒙，谢凤，王应军，等.喷气燃料抗静电添加剂简介［J］.化工中间体，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］韩洪生.航空煤油的组成对加剂后电导率的影响［J］.扬子石油化工，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

徐伟池，男，工程师，硕士研究生2008年毕业于中国石油大学（北京）化学工艺专业，现从事喷气燃料加氢精制研究工作。