第一章　石油产品添加剂基础知识

第一节　石油产品添加剂概论

随着现代科学技术的不断发展、技术水平的不断提高、机械设备的不断更新、石油产品应用范围的不断扩大，在人类生活中占重要地位的各种石油产品，展现出新的面貌。石油产品不仅是当前世界燃料动力的最大来源，而且在很多先进的技术领域里发挥着重要作用。例如，正是新型的燃料和润滑油赋予了现代飞机以巨大的推力，并保证其机件充分地润滑和在操纵中的能量传递；耐高温氧化的润滑油可使汽车在高速公路上连续数小时奔驰不止；性能优良的汽缸油使数万以至数十万吨的海轮，燃用廉价劣质的渣油燃料并以最低成本运送货物；品种繁多的专门油料满足着各种齿轮、金属加工中降低摩擦和磨损的性能要求；此外，在严寒的极地、湿热的赤道等气候条件下，需要使用具有特殊性能的特种油料。这些都说明机械设备对石油产品的质量和使用性能的要求也越来越高，即意味着在现代石油产品的构成中，有着非常丰富并正在不断发展的新内容和空间。

是什么东西赋予现代石油产品以如此巨大的能力呢？这主要有两个方面的原因：一是石油加工工艺的发展，特别是催化加氢工艺的发展；二是在石油产品中，外加了一种具有某些特殊性能的物质来改善它的性能。这个外加的物质，就是添加剂。

大自然提供给人类的石油资源尽管种类很多，如有的原油富含石蜡，有的含硫黄很多，有的则含有很丰富的沥青等等。由于石油中天然组分的局限性，单靠炼油厂优化原料、改进工艺、深度加工而生产得到的石油产品，性能上远远不能满足机械设备等的使用需要。为了提高石油产品的质量、改善油品的使用性能，以满足实际使用性能的要求，人们生产或选用多种具有特殊性能的化合物，并将其添加到石油产品中，这是一种提高油品的使用性能、改善其质量既经济又有效的重要手段。

所以，为了增加石油产品的品种、提高质量、改善使用性能，在油品中普遍加入各种添加剂。在炼油工业中，石油加工工艺所需要的催化剂和石油产品所需要的添加剂，占炼油工业工艺发展的主导地位。因此，了解石油产品添加剂的品种、作用、性能等，对进一步掌握石油产品质量是十分必要的。

一、石油产品添加剂的含义

添加剂的概念，人们在生活中并不陌生，诸如做菜用的各色调料如盐、酱油、味精等，都可以看作是用外加一种或几种物质来改善本体性能的“添加剂”。

在石油工业中，从原油生产如改善原油泥浆性能和提高原油采收率而采取的化学工艺措施和储运加工，直至最终的产品应用等过程中，都使用着各种各样的添加剂。特别是石油产品添加剂在汽油、煤油、柴油、润滑油中有广泛应用，在改善油的燃烧性或润滑性能，在保护机器设备，在防锈、抗氧化、防冰、抗静电方面也都有不可缺少的作用。

为了提高油品质量、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匀分散在油品中的有机化合物，这些可以改善油品一种或多种性能的物质，称之为石油产品添加剂。换句话说，石油产品添加剂是指这样的一些物质，当将其以相对少量加入石油产品中后，即可显著改善石油产品的某些性能，或赋予某些新的、原先并不显示的性能，并帮助合格产品以满足各种机械设备的更高需求。这种物质就是石油产品添加剂，用符号“T”表示。

1.燃料中使用添加剂实例

石油产品中的汽油、煤油、柴油是当今世界主要能源，由于设备、机具需求以及环保的要求不断提高，单靠燃料加工工艺路线的改进已不能满足使用要求，而必须加入各种添加剂来改善油品的使用性能。许多燃料油加入添加剂，不仅改善了储存安定性，也改善了燃烧性能，同时改善了人类生存环境。

（1）车用汽油中使用的添加剂　车用汽油中使用的添加剂主要有抗爆剂和清净剂等。抗爆剂是最早开始使用的汽油添加剂，主要作用是改善汽油的燃烧性能，提高燃料的利用率，防止爆震。最早采用四乙基铅来提高汽油的辛烷值，后来又推出四甲基铅。但遗憾的是铅系列的抗爆剂因含铅，毒性大，对人体有伤害，污染环境，最终退出了历史舞台。以后相继开发出锰系、铁系、碱金属类等金属抗爆剂和醇、醚、酯、胺等有机抗爆剂。目前，我国应用较为广泛的是醚类抗爆剂中的甲基叔丁基醚（MTBE），其辛烷值高（研究法辛烷值RON为118）。因分子中含氧，可以有效提高汽油的燃烧效率，减少有毒废气的排放，因而以MTBE为抗爆剂的汽油被称为“清洁汽油”。

汽车在运行过程中，燃烧室产生的大量沉积物沉积在发动机的化油器、喷油嘴、进气阀上，会严重影响燃料的正常喷射、雾化、混合、燃烧，使汽车不能正常运行；与此同时，汽车排放的尾气中烃类、CO、NO_x等有害物质的排放急剧增加，对大气环境构成严重的破坏。为了解决以上问题，人们在汽油中添加具有清洁保洁功能的清净剂，如酰胺、聚酰胺和聚醚胺、烯基丁二酰亚胺等。清净分散剂能减少油中的沉积物，保持燃料系统清洁，分散燃料油中已形成的沉渣，防止在发动机进气系统和喷油嘴上，因形成沉积物造成喷射、雾化、燃烧失常，提高汽车的运行性能，改善尾气污染状况。

（2）航空煤油中使用的添加剂　航空煤油添加剂一般有抗静电剂、防冰剂、抗氧剂、金属钝化剂和抗磨剂等。航空煤油在输送、过滤、混合、喷出、加注等过程中，由于流体和固体的摩擦，在油面产生大量的静电荷，如果遇到可燃气体，将引起爆炸失火，酿成重大灾害。因此，为了防止静电荷造成的火灾爆炸事故，在航空煤油中加入适量的抗静电剂，使燃料的电导率增加。

飞机在高空中飞行时，环境温度较低，为了防止冰晶的生成、改善航空煤油的泵送性能和过滤性能，最有效的方法是在航空煤油中添加防冰剂。

抗氧化剂和金属钝化剂的主要作用是改善航空煤油的储存安定性和抗氧化安定性。为了延长喷气燃料系统中各个部件的使用寿命，人们还在航空煤油中加入抗磨剂，使航煤具有良好的润滑性能。

（3）柴油中使用的添加剂　在柴油中使用的添加剂主要有十六烷值改进剂、降凝剂（低温流动改进剂）、抗磨剂、防锈剂、消烟剂等。柴油质量的改进取决于工艺改进，对添加剂要求最多的是十六烷值改进剂和柴油降凝剂（低温流动改进剂）。前者提高抗爆性能，改善柴油的燃烧性能；后者可降低倾点（凝固点），改善低温流动性。

燃料油中除添加的少量上述添加剂外，有时需加入一些助燃剂。表1-1是燃料中使用的添加剂品种情况。

2.润滑油中使用添加剂实例

润滑油是广泛应用于机械设备的液体润滑剂。润滑油在金属表面上不仅能够减少摩擦、降低磨损，而且还能够不断地从摩擦表面上吸取热量，降低摩擦表面的温度，起到冷却作用，从而保持机械设备正常运转，减少故障和损坏，延长使用寿命。

润滑油的主要组分是基础油和添加剂。基础油是润滑油的最重要成分，其质量对于润滑油性能至关重要。基础油提供了润滑油最基本的润滑、冷却、抗氧化、抗腐蚀等性能，决定着润滑油的基本性质。基础油主要可通过炼油工艺生产过程，如常减压蒸馏、溶剂脱沥青、溶剂精制、溶剂脱蜡、白土或加氢工艺（加氢裂化、加氢异构化、加氢精制、催化脱蜡）等制得。

为了适应润滑要求与改善润滑油的某些性能、赋予油品新的特性，需在基础油中加入少量的添加剂，改善润滑油的润滑性能，大大改善某些质量指标。常用的添加剂一是影响润滑油物理性质的添加剂，如降凝剂、黏度指数改进剂、抗泡剂等；二是在化学方面起作用的添加剂，如清净剂、分散剂、抗氧剂、防锈剂、极压抗磨剂、防腐剂、摩擦改进剂、乳化剂和抗乳化剂等。

这些添加剂增强润滑油在极端工作条件下有效地进行工作的能力；推迟润滑油受环境影响而老化变质的时间，延长其使用寿命；保护机构表面不致受燃油破坏，不受燃烧产物沾污；改进润滑油的物理性能，并形成新的性能，如降低润滑油凝点、消除泡沫及提高黏度指数等。有些添加剂能加强油膜的强度，降低磨损率，赋予拉丝性和胶黏性等；有些添加剂起钝化（增加惰性）或减活（中和）作用，以消除金属的催化影响；还有些添加剂能降低润滑油、脂本身的及其接触表面破坏的化学活力。表1-2列出了某些润滑油加入添加剂的品种。

二、石油产品添加剂的作用

石油产品添加剂一般为油溶性有机化合物，在油品中加入添加剂能够提高产品质量，赋予某些新的、原先并不显示的性能，增加品种，降低成本，减少油品消耗量。如对润滑油来说可以延长其使用周期，并可满足依靠基础油无法达到的要求。

简而概之，石油产品添加剂是为了提高油品的综合性能，也是提高油品的质量和增加油品品种的重要手段之一。但添加剂也不是万能的，它不能使劣质油品变成优质油品，添加剂只是提高油品质量的主要因素之一。添加剂的贡献不仅取决于它的特殊组分，而且取决于基础油的质量和要求加入油品的添加剂配方技术，这二者缺一不可。

每种油品所加添加剂种类和数量与原油性质、生产精制深度以及加入目的等多种因素有关，即使同一品种，不同炼厂所加添加剂品种和多少也都不完全一样。

石油产品添加剂品种繁多，现将一些常用添加剂的作用和代表性化合物列于表1-3。

三、石油产品添加剂的一般性能

每种添加剂都有其特殊作用，但作为石油产品添加剂必须具有某些通性，才能有效地加入油、脂中发挥作用。石油产品添加剂具有的最主要性能概括如下。

（1）添加剂易溶于基础油中　添加剂在储存及使用的温度范围内保持良好的油溶性，这种油溶性并不一定指添加剂真正溶解，但添加剂必须稳定均匀地分散在基础油中。

（2）挥发性低　当润滑油暴露在高温中，如果添加剂挥发，在油中的有效成分将减少，使性能减弱。

（3）稳定性好　添加剂在混合、储存与使用时必须十分稳定，在水溶液中应抗水解，对热稳定，温度升高时不分解。如高温下工作的极压剂，须有较高的化学稳定性；再如在曲轴箱或齿轮箱中的油液，若添加剂与水溶解，受水稀释，就会降低润滑油的润滑作用。

（4）与其他添加剂间的相容性好　这是添加剂最重要的性质。两种或两种以上的添加剂复配使用时，各自的性质能得到充分发挥，不相互影响时，才能称为彼此相容、配伍性好。反之将有不溶物出现或引起油品色泽变化。

（5）色泽　在深度精制、纯洁清澈的基础油中使用的添加剂的颜色尤为重要，洁净而色浅的油品出售时有很强的竞争力；相反，由于添加剂的关系造成油品色泽不佳，使产品看上去像废油，必然缺乏竞争力。

（6）使用中对环境不产生或少产生污染　对环境有毒害的添加剂，如含铅物、稠环烃、亚硝基物、链烷胺等要减少使用直至禁用。