第一章　石油產(chǎn)品添加劑基礎(chǔ)知識(shí)

第一節(jié)　石油產(chǎn)品添加劑概論

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、技術(shù)水平的不斷提高、機(jī)械設(shè)備的不斷更新、石油產(chǎn)品應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，在人類生活中占重要地位的各種石油產(chǎn)品，展現(xiàn)出新的面貌。石油產(chǎn)品不僅是當(dāng)前世界燃料動(dòng)力的最大來源，而且在很多先進(jìn)的技術(shù)領(lǐng)域里發(fā)揮著重要作用。例如，正是新型的燃料和潤滑油賦予了現(xiàn)代飛機(jī)以巨大的推力，并保證其機(jī)件充分地潤滑和在操縱中的能量傳遞；耐高溫氧化的潤滑油可使汽車在高速公路上連續(xù)數(shù)小時(shí)奔馳不止；性能優(yōu)良的汽缸油使數(shù)萬以至數(shù)十萬噸的海輪，燃用廉價(jià)劣質(zhì)的渣油燃料并以最低成本運(yùn)送貨物；品種繁多的專門油料滿足著各種齒輪、金屬加工中降低摩擦和磨損的性能要求；此外，在嚴(yán)寒的極地、濕熱的赤道等氣候條件下，需要使用具有特殊性能的特種油料。這些都說明機(jī)械設(shè)備對石油產(chǎn)品的質(zhì)量和使用性能的要求也越來越高，即意味著在現(xiàn)代石油產(chǎn)品的構(gòu)成中，有著非常豐富并正在不斷發(fā)展的新內(nèi)容和空間。

是什么東西賦予現(xiàn)代石油產(chǎn)品以如此巨大的能力呢？這主要有兩個(gè)方面的原因：一是石油加工工藝的發(fā)展，特別是催化加氫工藝的發(fā)展；二是在石油產(chǎn)品中，外加了一種具有某些特殊性能的物質(zhì)來改善它的性能。這個(gè)外加的物質(zhì)，就是添加劑。

大自然提供給人類的石油資源盡管種類很多，如有的原油富含石蠟，有的含硫黃很多，有的則含有很豐富的瀝青等等。由于石油中天然組分的局限性，單靠煉油廠優(yōu)化原料、改進(jìn)工藝、深度加工而生產(chǎn)得到的石油產(chǎn)品，性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足機(jī)械設(shè)備等的使用需要。為了提高石油產(chǎn)品的質(zhì)量、改善油品的使用性能，以滿足實(shí)際使用性能的要求，人們生產(chǎn)或選用多種具有特殊性能的化合物，并將其添加到石油產(chǎn)品中，這是一種提高油品的使用性能、改善其質(zhì)量既經(jīng)濟(jì)又有效的重要手段。

所以，為了增加石油產(chǎn)品的品種、提高質(zhì)量、改善使用性能，在油品中普遍加入各種添加劑。在煉油工業(yè)中，石油加工工藝所需要的催化劑和石油產(chǎn)品所需要的添加劑，占煉油工業(yè)工藝發(fā)展的主導(dǎo)地位。因此，了解石油產(chǎn)品添加劑的品種、作用、性能等，對進(jìn)一步掌握石油產(chǎn)品質(zhì)量是十分必要的。

一、石油產(chǎn)品添加劑的含義

添加劑的概念，人們在生活中并不陌生，諸如做菜用的各色調(diào)料如鹽、醬油、味精等，都可以看作是用外加一種或幾種物質(zhì)來改善本體性能的“添加劑”。

在石油工業(yè)中，從原油生產(chǎn)如改善原油泥漿性能和提高原油采收率而采取的化學(xué)工藝措施和儲(chǔ)運(yùn)加工，直至最終的產(chǎn)品應(yīng)用等過程中，都使用著各種各樣的添加劑。特別是石油產(chǎn)品添加劑在汽油、煤油、柴油、潤滑油中有廣泛應(yīng)用，在改善油的燃燒性或潤滑性能，在保護(hù)機(jī)器設(shè)備，在防銹、抗氧化、防冰、抗靜電方面也都有不可缺少的作用。

為了提高油品質(zhì)量、改善油品的使用性能，需要加入一些具有不同性能的特殊油溶性或至少能均勻分散在油品中的有機(jī)化合物，這些可以改善油品一種或多種性能的物質(zhì)，稱之為石油產(chǎn)品添加劑。換句話說，石油產(chǎn)品添加劑是指這樣的一些物質(zhì)，當(dāng)將其以相對少量加入石油產(chǎn)品中后，即可顯著改善石油產(chǎn)品的某些性能，或賦予某些新的、原先并不顯示的性能，并幫助合格產(chǎn)品以滿足各種機(jī)械設(shè)備的更高需求。這種物質(zhì)就是石油產(chǎn)品添加劑，用符號(hào)“T”表示。

1.燃料中使用添加劑實(shí)例

石油產(chǎn)品中的汽油、煤油、柴油是當(dāng)今世界主要能源，由于設(shè)備、機(jī)具需求以及環(huán)保的要求不斷提高，單靠燃料加工工藝路線的改進(jìn)已不能滿足使用要求，而必須加入各種添加劑來改善油品的使用性能。許多燃料油加入添加劑，不僅改善了儲(chǔ)存安定性，也改善了燃燒性能，同時(shí)改善了人類生存環(huán)境。

（1）車用汽油中使用的添加劑　車用汽油中使用的添加劑主要有抗爆劑和清凈劑等。抗爆劑是最早開始使用的汽油添加劑，主要作用是改善汽油的燃燒性能，提高燃料的利用率，防止爆震。最早采用四乙基鉛來提高汽油的辛烷值，后來又推出四甲基鉛。但遺憾的是鉛系列的抗爆劑因含鉛，毒性大，對人體有傷害，污染環(huán)境，最終退出了歷史舞臺(tái)。以后相繼開發(fā)出錳系、鐵系、堿金屬類等金屬抗爆劑和醇、醚、酯、胺等有機(jī)抗爆劑。目前，我國應(yīng)用較為廣泛的是醚類抗爆劑中的甲基叔丁基醚（MTBE），其辛烷值高（研究法辛烷值RON為118）。因分子中含氧，可以有效提高汽油的燃燒效率，減少有毒廢氣的排放，因而以MTBE為抗爆劑的汽油被稱為“清潔汽油”。

汽車在運(yùn)行過程中，燃燒室產(chǎn)生的大量沉積物沉積在發(fā)動(dòng)機(jī)的化油器、噴油嘴、進(jìn)氣閥上，會(huì)嚴(yán)重影響燃料的正常噴射、霧化、混合、燃燒，使汽車不能正常運(yùn)行；與此同時(shí)，汽車排放的尾氣中烴類、CO、NO_x等有害物質(zhì)的排放急劇增加，對大氣環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重的破壞。為了解決以上問題，人們在汽油中添加具有清潔保潔功能的清凈劑，如酰胺、聚酰胺和聚醚胺、烯基丁二酰亞胺等。清凈分散劑能減少油中的沉積物，保持燃料系統(tǒng)清潔，分散燃料油中已形成的沉渣，防止在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)和噴油嘴上，因形成沉積物造成噴射、霧化、燃燒失常，提高汽車的運(yùn)行性能，改善尾氣污染狀況。

（2）航空煤油中使用的添加劑　航空煤油添加劑一般有抗靜電劑、防冰劑、抗氧劑、金屬鈍化劑和抗磨劑等。航空煤油在輸送、過濾、混合、噴出、加注等過程中，由于流體和固體的摩擦，在油面產(chǎn)生大量的靜電荷，如果遇到可燃?xì)怏w，將引起爆炸失火，釀成重大災(zāi)害。因此，為了防止靜電荷造成的火災(zāi)爆炸事故，在航空煤油中加入適量的抗靜電劑，使燃料的電導(dǎo)率增加。

飛機(jī)在高空中飛行時(shí)，環(huán)境溫度較低，為了防止冰晶的生成、改善航空煤油的泵送性能和過濾性能，最有效的方法是在航空煤油中添加防冰劑。

抗氧化劑和金屬鈍化劑的主要作用是改善航空煤油的儲(chǔ)存安定性和抗氧化安定性。為了延長噴氣燃料系統(tǒng)中各個(gè)部件的使用壽命，人們還在航空煤油中加入抗磨劑，使航煤具有良好的潤滑性能。

（3）柴油中使用的添加劑　在柴油中使用的添加劑主要有十六烷值改進(jìn)劑、降凝劑（低溫流動(dòng)改進(jìn)劑）、抗磨劑、防銹劑、消煙劑等。柴油質(zhì)量的改進(jìn)取決于工藝改進(jìn)，對添加劑要求最多的是十六烷值改進(jìn)劑和柴油降凝劑（低溫流動(dòng)改進(jìn)劑）。前者提高抗爆性能，改善柴油的燃燒性能；后者可降低傾點(diǎn)（凝固點(diǎn)），改善低溫流動(dòng)性。

燃料油中除添加的少量上述添加劑外，有時(shí)需加入一些助燃劑。表1-1是燃料中使用的添加劑品種情況。

2.潤滑油中使用添加劑實(shí)例

潤滑油是廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的液體潤滑劑。潤滑油在金屬表面上不僅能夠減少摩擦、降低磨損，而且還能夠不斷地從摩擦表面上吸取熱量，降低摩擦表面的溫度，起到冷卻作用，從而保持機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，減少故障和損壞，延長使用壽命。

潤滑油的主要組分是基礎(chǔ)油和添加劑。基礎(chǔ)油是潤滑油的最重要成分，其質(zhì)量對于潤滑油性能至關(guān)重要。基礎(chǔ)油提供了潤滑油最基本的潤滑、冷卻、抗氧化、抗腐蝕等性能，決定著潤滑油的基本性質(zhì)。基礎(chǔ)油主要可通過煉油工藝生產(chǎn)過程，如常減壓蒸餾、溶劑脫瀝青、溶劑精制、溶劑脫蠟、白土或加氫工藝（加氫裂化、加氫異構(gòu)化、加氫精制、催化脫蠟）等制得。

為了適應(yīng)潤滑要求與改善潤滑油的某些性能、賦予油品新的特性，需在基礎(chǔ)油中加入少量的添加劑，改善潤滑油的潤滑性能，大大改善某些質(zhì)量指標(biāo)。常用的添加劑一是影響潤滑油物理性質(zhì)的添加劑，如降凝劑、黏度指數(shù)改進(jìn)劑、抗泡劑等；二是在化學(xué)方面起作用的添加劑，如清凈劑、分散劑、抗氧劑、防銹劑、極壓抗磨劑、防腐劑、摩擦改進(jìn)劑、乳化劑和抗乳化劑等。

這些添加劑增強(qiáng)潤滑油在極端工作條件下有效地進(jìn)行工作的能力；推遲潤滑油受環(huán)境影響而老化變質(zhì)的時(shí)間，延長其使用壽命；保護(hù)機(jī)構(gòu)表面不致受燃油破壞，不受燃燒產(chǎn)物沾污；改進(jìn)潤滑油的物理性能，并形成新的性能，如降低潤滑油凝點(diǎn)、消除泡沫及提高黏度指數(shù)等。有些添加劑能加強(qiáng)油膜的強(qiáng)度，降低磨損率，賦予拉絲性和膠黏性等；有些添加劑起鈍化（增加惰性）或減活（中和）作用，以消除金屬的催化影響；還有些添加劑能降低潤滑油、脂本身的及其接觸表面破壞的化學(xué)活力。表1-2列出了某些潤滑油加入添加劑的品種。

二、石油產(chǎn)品添加劑的作用

石油產(chǎn)品添加劑一般為油溶性有機(jī)化合物，在油品中加入添加劑能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量，賦予某些新的、原先并不顯示的性能，增加品種，降低成本，減少油品消耗量。如對潤滑油來說可以延長其使用周期，并可滿足依靠基礎(chǔ)油無法達(dá)到的要求。

簡而概之，石油產(chǎn)品添加劑是為了提高油品的綜合性能，也是提高油品的質(zhì)量和增加油品品種的重要手段之一。但添加劑也不是萬能的，它不能使劣質(zhì)油品變成優(yōu)質(zhì)油品，添加劑只是提高油品質(zhì)量的主要因素之一。添加劑的貢獻(xiàn)不僅取決于它的特殊組分，而且取決于基礎(chǔ)油的質(zhì)量和要求加入油品的添加劑配方技術(shù)，這二者缺一不可。

每種油品所加添加劑種類和數(shù)量與原油性質(zhì)、生產(chǎn)精制深度以及加入目的等多種因素有關(guān)，即使同一品種，不同煉廠所加添加劑品種和多少也都不完全一樣。

石油產(chǎn)品添加劑品種繁多，現(xiàn)將一些常用添加劑的作用和代表性化合物列于表1-3。

三、石油產(chǎn)品添加劑的一般性能

每種添加劑都有其特殊作用，但作為石油產(chǎn)品添加劑必須具有某些通性，才能有效地加入油、脂中發(fā)揮作用。石油產(chǎn)品添加劑具有的最主要性能概括如下。

（1）添加劑易溶于基礎(chǔ)油中　添加劑在儲(chǔ)存及使用的溫度范圍內(nèi)保持良好的油溶性，這種油溶性并不一定指添加劑真正溶解，但添加劑必須穩(wěn)定均勻地分散在基礎(chǔ)油中。

（2）揮發(fā)性低　當(dāng)潤滑油暴露在高溫中，如果添加劑揮發(fā)，在油中的有效成分將減少，使性能減弱。

（3）穩(wěn)定性好　添加劑在混合、儲(chǔ)存與使用時(shí)必須十分穩(wěn)定，在水溶液中應(yīng)抗水解，對熱穩(wěn)定，溫度升高時(shí)不分解。如高溫下工作的極壓劑，須有較高的化學(xué)穩(wěn)定性；再如在曲軸箱或齒輪箱中的油液，若添加劑與水溶解，受水稀釋，就會(huì)降低潤滑油的潤滑作用。

（4）與其他添加劑間的相容性好　這是添加劑最重要的性質(zhì)。兩種或兩種以上的添加劑復(fù)配使用時(shí)，各自的性質(zhì)能得到充分發(fā)揮，不相互影響時(shí)，才能稱為彼此相容、配伍性好。反之將有不溶物出現(xiàn)或引起油品色澤變化。

（5）色澤　在深度精制、純潔清澈的基礎(chǔ)油中使用的添加劑的顏色尤為重要，潔凈而色淺的油品出售時(shí)有很強(qiáng)的競爭力；相反，由于添加劑的關(guān)系造成油品色澤不佳，使產(chǎn)品看上去像廢油，必然缺乏競爭力。

（6）使用中對環(huán)境不產(chǎn)生或少產(chǎn)生污染　對環(huán)境有毒害的添加劑，如含鉛物、稠環(huán)烴、亞硝基物、鏈烷胺等要減少使用直至禁用。