表面活性剂在燃料油中的应用

由于燃烧是一个复杂的氧化过程，为了使其反应充分，防止结焦，在燃料油中用到不少添加剂。其中一部分是直接参与反应的，还有一部分是不直接参加反应的，而是用来提高燃料油安定性和提高燃烧器及储存器安全性的。
直接参与反应的添加剂
A．抗爆剂
抗爆剂是用来降低汽油在燃烧过程中爆震的，主要技术指数是对汽油辛烷值的提高。其作用原理主要是在燃烧过程中能较快产生自由基，帮助汽油充分燃烧，使用最早的是四乙基铅。随着人们对空气质量要求的提高，四乙基铅及其他含铅化合物的使用受到限制，含铅化合物的替代品成为研究与开发的对象。由于燃烧时，汽油首先要与空气混合，因此，油溶性表面活性剂首先也是人们考虑的对象。
曾经使用过能替代含铅化合物的是甲基环戊二烯三羰基锰，它在使用中有形成沉积物的趋势，仍在研究与开发之中。另外，还有醇类和醚类对提高辛烷值也有贡献。有机氮类也可作为抗爆剂的补充剂。
到目前为止，测定自由基的形成还没有太好的方法，抗爆剂的研制主要以实验尝试为主。
B．十六烷值改进剂
十六烷值改进剂是改善柴油燃烧性能的添加剂。它的作用机理是先分解成自由基，促进燃烧链反应的进行，使燃烧反应的活化能降低，从而改善燃料油的着火性能。能够改善十六烷值的化合物主要是烷基硝酸酯，过氧化物、金属有机化合物和易分解的化合物也是十六烷值改进剂。
C．助燃剂
助燃剂是促进燃烧、改善燃油燃烧性能的一类添加剂。助燃剂的使用，能使设备清洁，减少油泥沉积，提高燃烧效率，节约能耗，减少环境污染。
轻质油用的助燃剂主要是有机硅化合物的醇溶液，如0．5％(SiCH2CH2COOH)2C02甲醇溶液能明显降低柴油的黑烟排量。重质油添加剂主要有碱土金属的硝酸盐等。硝酸盐可使重油燃烧时的烟尘降低50％以上。为了提高重质油的燃烧性能，也有使用烷基硝酸酯。另外，有些金属氧化物也对燃烧有帮助。
燃油性能稳定剂
A．抗氧防胶剂
燃料油中有一定量的不饱和烃，这些化合物在温度和光的作用下会产生氧化物，进而聚合形成胶状物沉淀，从而影响油的质量和燃烧效果。这些影响主要表现在堵塞油路、粘结迸汽门、增加积炭和降低功率。抗氧防胶剂主要是抑制烃类的氧化链锁反应，主要有胺类和酚类。如N，N一二异丙基对苯二胺、2，4一二甲基一6一叔丁基酚，2，6一二叔丁基对甲酚等。
B．防冰剂
由于空气中有一定的水分，使得燃油中也含有一定的水分。燃油有时会遇到从常温到低温的过程。在此过程中，溶解水分可能会变成悬浮水结冰，形成冰晶堵塞燃料系统，造成供油中断。防止冰晶的添加剂主要为能与水形成共溶物的油溶性化合物，如乙二醇甲醚，另外还有碳酸酯、硼酸酯等。
C．低温流动性能改进剂
燃料油低温流动性能改进剂主要用来改善油料倾点和过滤性。影响流动性能的主要原因是蜡的析出，因此，添加剂应能够和蜡作用，阻止它的析出。最早使用的添加剂为聚乙烯和乙烯一醋酸乙烯酯共聚物(EVA)，随后还有EVA与氯化石蜡及其他高聚物的混合物，用量为0．01％～0．05％。
燃料油中加入此类添加剂后，它会在浊点附近浸入蜡晶核中与蜡一起析出。添加剂的存在使蜡晶以较小微粒析出，由于它吸附在蜡结晶表面，通过极性基的作用，维持微细分散作用，阻止了网状晶体的形成，从而提高了燃油的流动性能。
我国研制并使用的添加剂主要为乙烯—醋酸乙烯酯共聚物型化合物，国外使用的还有烷基芳基化合物等。能阻止蜡结晶时网状结构形成的化合物均有可能成为流动性能改进剂，常用的商品添加剂有30多个品种，大多数为乙烯一醋酸乙烯酯共聚物和长链二羧酸酰胺类化合物。
D．抗静电添加剂
静电对燃料油的安全性能会构成很大的危害，抗静电添加剂一般为能提高燃油导电率的离子型表面活性剂。油中产生静电的原因是其中微小粒子运动或固液界面磨擦等，其机理可用双电层理论解释。为了防止静电的积累，通常需要增加油品的导电率，因为导电率愈低，电荷消散时间愈长。
早期使用的抗静电添加剂为镁皂，但它的用量较大，不适合于大多数石油产品。目前使用较多的为油酸镁、环烷酸铬等，也有研究用烷基水杨酸铬和二油酸铬丁酮二茂铁。下面归纳部分添加剂名称：苦味酸四异戊基胺，二异丙基水杨酸钙，油酸镁，单、双烷基水杨酸铬，环烷酸铬，油酸铬，二油酸铬丁二酮二茂铁，聚胺盐等。由于此类添加剂为不同类型的表面活性剂，合成路线对性能有很大的影响。
烷基水杨酸铬一般用烷基水杨酸钠与乙酸铬或氯化铬进行复分解反应。丁二酸酯磺酸钙是在催化剂存在下，将苯氧化成丁烯二酸酐，与醇酯化后再与亚硫酸氢钠加成磺化，再与钙、镁、钡盐等反应便可得到所需化合物。
在使用中，复合添加剂效果要优于单一添加剂，通常将钙盐与铬盐混合作用，并添加适量的含氮化合物。
机械防护剂
油料在燃烧过程中，要与燃烧器发生相互作用；在运输途中要和管线发生作用，油中极性物质会造成危害。为了减少和降低这些危害，在油品中使用了许多有表面活性的添加剂。
A、金属钝化剂
燃油在泵送过程中，会与金属接触，并使燃料的氧化速度加快。这种氧化是指燃料油中烯烃氧化、聚合最后生成胶质，沉积在燃料器的部件上，从而降低操作性能。
金属钝化剂目前使用的主要是N，N’一二亚甲基水杨1，2一丙二胺，它的作用机理是和金属发生反应，生成螯合物，使金属失去活性，达到稳定油品的目的。作为商业产品，不同厂家有不同的名称，但主要成分都是一样的，也有用少量复合有机胺的烷基酚盐的。
B、抗磨防锈剂
抗磨添加剂为含有机物极性基团的有机物，可以吸附在磨擦部件的表面，避免金属之间的干磨擦，改善燃料的润滑性能。国外使用的有含磷和不含磷的化合物，国内使用的主要有环烷酸和二聚酸。常用的几种为：二聚酸、磷酸酯、环烷酸、含磷有机物、氨基烷基磷酸酯等。
这类添加剂的作用机理主要是吸附在金属表面，形成保护层。由于是使用在油品中的，因此，应是油溶性表面活性剂，与金属的作用愈强，效果愈好。
燃油添加剂的特性之一是处在油中，能使油在燃烧时充分与空气混合，或与油中杂质及金属发生作用，这一特性决定了它们具有表／界面活性这一特征。随着现在合成表面活性剂的出现和不断增多，系统地研究表面活性剂以促进油品性能是具有很广阔前景的。其研究也应由经验向理论发展。