Nakutuksenestoaineet ( antiknock additives , englanti antiknock agents ) ovat aineita, joita lisätään pieninä määrinä moottoripolttoaineisiin lisäämään niiden oktaanilukua ja vähentämään nakutuksen todennäköisyyttä moottorissa . Lista polttoaineiden nakutuksenesto-ominaisuuksia parantavista aineista on varsin laaja, mutta kaikkia niitä ei voida käyttää teknisistä rajoituksista tai ympäristösyistä johtuen.
Metyyli-tertiaaributyylieetteriä ( MTBE ) pidetään tällä hetkellä lupaavimpana nakutuksenestoaineena. Venäjällä sitä saa lisätä autojen polttoaineisiin enintään 15 %. Rajoitukset johtuvat käyttöominaisuuksien ominaisuuksista - suhteellisen alhainen lämpöarvo ja korkea aggressiivisuus kumia kohtaan. Tietestitulosten mukaan lyijyttömät bensiinit, jotka sisältävät 7-8 % MTBE:tä, ovat parempia kuin lyijypitoiset bensiinit kaikilla nopeuksilla. MTBE on väritön läpinäkyvä neste, jolla on pistävä haju. Kiehumispiste on 54-55°C, tiheys 0,74 g/ cm3 . Tutkimusoktaaniluku on 115-135 pistettä. Maailman MTBE:n tuotannon arvioidaan olevan kymmeniä miljoonia tonneja vuodessa.
Mahdollisina nakutuksenestoaineina on mahdollista käyttää etyyli-tert-butyylieetteriä, tert-amyylimetyylieetteriä sekä C6 - C7 - olefiineista saatuja metyylieettereitä . Lisäksi otetaan huomioon alkoholit: metyyli, etyyli, sek-butyyli ja tert-butyyli.
Joidenkin eetterien ominaisuudet [1] .
| Eetteri | Kaava | ERITTÄIN | MHMM | PT ke | T paali , °С |
| MTBE | CH3 - OC (CH3 ) 3 | 118 | 110 | 114 | 55 |
| ETBE | C2H5 - OC ( CH3 ) 3 _ | 118 | 102 | 110 | 70 |
| MTAE | CH3 - OC ( CH3 ) 2C2H5 _ _ _ | 111 | 98 | 104.5 | 87 |
| DIPE | (CH3 ) 2CH - O-CH( CH3 ) 2 | 110 | 99 | 104.5 | 69 |
AI-95- ja AI-98-bensiinien saamiseksi käytetään yleensä MTBE-lisäaineita tai sen seosta tert-butyylialkoholin kanssa, jota kutsutaan nimellä Feterol - kauppanimi Octane-115. Tällaisten happea sisältävien komponenttien haittana on eetterien haihtuminen kuumalla säällä, mikä johtaa oktaaniluvun laskuun.
Tehokkaimpia ja edullisimpia nakutusta estäviä (oktaania lisääviä) lisäaineita ovat orgaaniset lyijyyhdisteet - tetraetyylilyijy (TES) ja tetrametyylilyijy , joista ensimmäinen on yleistymässä. TPP on paksu, väritön ja myrkyllinen neste, jonka kiehumispiste on 200 °C. TPP liukenee hyvin hiilivetyihin ja huonosti veteen. Se estää peroksidiyhdisteiden muodostumista polttoaineessa, mikä vähentää räjähdyksen todennäköisyyttä. TPP:iden kyky parantaa polttoaineiden nakutusta estäviä ominaisuuksia havaittiin vuonna 1921, ja kaksi vuotta myöhemmin TPP:itä alettiin tuottaa intensiivisesti teollisuudessa.
Lämpövoimalaitoksia ei käytetä puhtaassa muodossaan, koska tuloksena oleva metallinen lyijy kerrostuu moottorin sylintereiden seinille, mikä johtaa viimeksi mainittujen vikaantumiseen. Tästä syystä seokseen lisätään TPP:n kanssa ns. scavengers, jotka muodostavat haihtuvia yhdisteitä metallisen lyijyn kanssa. Scavengers ovat yleensä klooria tai bromia sisältäviä yhdisteitä. TES:n ja scavengerin seosta kutsutaan etyylinesteeksi, ja bensiiniä, joka sisältää etyylinesteen lisäaineita, kutsutaan lyijyiseksi.
Etyylineste on erittäin tehokas parantamaan polttoaineiden iskunesto-ominaisuuksia. Lisäämällä prosenttiosuuden etyylinestettä bensiiniin voit lisätä sen oktaanilukua 5-10 pisteellä. Tehokkain TPP-pitoisuus on 0,5-0,8 g 1 kg bensiiniä kohti. Suuremmat pitoisuudet lisäävät polttoaineen myrkyllisyyttä, kun taas iskunkesto kasvaa hieman. TPP-pitoisuuden kasvaessa moottorin luotettavuus voi myös heiketä johtuen lyijyn kertymisestä palotilaan. Jos polttoaine sisältää rikkiä, lämpövoimalaitoksen hyötysuhde laskee jyrkästi, koska tuloksena oleva lyijysulfidi estää peroksidien hajoamisen. Lyijyllisten bensiinien varastoinnin aikana niiden räjähdyskestävyys heikkenee lämpövoimaloiden hajoamisen seurauksena. Tätä prosessia kiihdyttää vesi, sakka, polttoaineessa olevat hartsit, varastointi korkeissa lämpötiloissa jne.
TPP on kuitenkin erittäin myrkyllinen ja syöpää aiheuttava aine. Se voi tunkeutua ihmisen vereen ihohuokosten kautta ja kertyä vähitellen siihen. On myös mahdollista päästä kehoon hengitysteiden kautta, mikä voi aiheuttaa vakavan sairauden. Ruoassa pienetkin TES-annokset aiheuttavat kuolemaan johtavan myrkytyksen. Moottorista pakokaasujen kanssa poistetut lyijyyhdisteet laskeutuvat maaperään ja laskeutuvat tienvarsikasvillisuuden lehtiin. Lisääntynyttä lyijypitoisuutta havaittiin jopa kaupunkikoirien turkissa.
TPP-pohjaiset nakutuksenestot Venäjän federaatiossa ovat kiellettyjä GOST R 51105-97:ssä, joka säätelee vain lyijyttömän bensiinin tuotantoa. Myös Euroopassa ja muissa kehittyneissä maissa lämpövoimaloista luovuttiin Euro-2- standardien käyttöönoton myötä .
Kaksi mangaanipohjaista yhdistettä ovat tehokkaita nakutuksenestoaineina: syklopentadienyylitrikarbonyylimangaani (CTM) C 5 H 5 Mn(CO) 3 ja metyylisyklopentadienyylitrikarbonyylimangaani (MCTM) CH 3 C 5 H 4 Mn(CO) 3 . Ensimmäinen on keltainen kiteinen jauhe, toinen on läpinäkyvä, matalaviskositeettinen meripihkanvärinen neste, jolla on ruohomainen haju, kiehumispiste 233 ° C, tiheys 1,3884 g / cm 3 ja jähmepiste 1,5 ° C. MCTM liukenee erittäin hyvin bensiiniin ja käytännössä liukenematon veteen.
Nämä molemmat yhdisteet eroavat vähän suoritusominaisuuksiltaan ja niillä on suunnilleen sama tehokkuus. Mangaaniyhdisteet eivät lisäaineiden kokonaismäärällä eroa hyötysuhteeltaan lämpövoimalaitoksista, mutta metallipitoisuudeltaan ne ovat tehokkaampia. Samaan aikaan mangaanilisäaineiden myrkyllisyys on 300 kertaa pienempi. Niiden haittana on kuitenkin hajoaminen valossa, mikä johtaa iskunesto-ominaisuuksien menettämiseen. Korkeasta tehokkuudestaan huolimatta niiden käyttöä rajoittavat ympäristövaatimukset.
Rautapentakarbonyyli, rautapentakarbonyylidi-isobutyleenikompleksi ja ferroseeni ovat kiinnostavia nakutuksenestoaineina . Rautapentakarbonyyli Fe(CO) 5 :n tehokkuus havaittiin vuonna 1924. Se on vaaleankeltainen neste, jolla on tyypillinen haju (tiheys 1,457 g/cm3 , kiehumispiste 102,2 °C, sulamispiste 20 °C). Sitä käytettiin 1930-luvulla Saksassa pitoisuutena 2-2,5 ml/kg. Sitten sen käyttö kuitenkin lopetettiin, koska sen palamisen aikana muodostui rautaoksideja, jotka häiritsivät sytytystulppien toimintaa. Samalla moottorin sylinterin seinämien kuluminen lisääntyi. Oktaaniluvun nousu Fe(CO) 5 :n tapauksessa on 15-20 % pienempi kuin käytettäessä etyylinestettä. Sen haittana on myös taipumus hajota nopeasti valossa liukenemattomaksi karbonyyli Fe(CO) 9 :ksi .
Rautapentakarbonyylin [Fe(CO) 5 ] 3 [C 8 H 16 ] 5 di-isobutyleenikompleksi on neste, jonka tiheys on 0,955 g/cm 3 ja kiehumispiste 27-32 °C, ja joka liukenee helposti bensiiniin. Nakutuksenkestävyydeltään se on lähellä rautapentakarbonyyliä.
Ferroseeni (C 5 H 5 ) 2 Fe on syttyvä oranssi kiteinen jauhe (sulamispiste 174 °C, kiehumispiste 249 °C, hajoamispiste 474 °C). Se liukenee täysin bensiiniin ja sillä on parempi iskunkestävä kuin muilla rautayhdisteillä. Ferroseenia ja sen johdannaisia voidaan käyttää kaikkien merkkien bensiinien koostumuksessa, jonka rautapitoisuus on enintään 37 mg / ml. Ferroseenipitoisuus on rajoitettu kahdesta syystä. Ensinnäkin rautaoksidien muodostumisen vuoksi, jotka jäävät noen muodossa moottorin osiin ja kerääntyvät myös öljyyn. Toiseksi, koska bensiinillä on lisääntynyt taipumus muodostaa purukumia.
Aniliini C 6 H 5 NH 2 on väritön öljymäinen neste, jonka kiehumispiste on 184 °C ja sulamispiste -6 °C. Aniliini on myrkyllinen yhdiste ja sen liukoisuus bensiiniin on rajoitettu. Ilmassa se hapettuu ja tummuu. Alhaisissa lämpötiloissa aniliinin ja bensiinin seokset ovat alttiita segregaatiolle, joten aniliinia puhtaassa muodossaan ei käytetä nakutuksenestoaineena.
Aromaattisilla amiineilla on korkea nakutusta estävä vaikutus, mutta vain monometyylianiliini (N-metyylianiliini) - C 6 H 5 NHCH 3 on sallittu käyttö . Se on keltainen öljyinen neste, jonka tiheys on 0,98 g / cm 3 , liukenee bensiiniin, alkoholeihin ja eettereihin. Tutkimusmenetelmän mukainen oktaaniluku on 280. Aromaattisilla amiineilla on kuitenkin merkittävä haittapuoli - ne ovat alttiita kumien muodostumiselle ja lisäävät moottorin osien kulumista.
Nakutuksenestoaineen kemiallisesta luonteesta riippumatta sen pitoisuus polttoaineessa on syystä tai toisesta rajoitettu, mikä johtaa rajoitettuun oktaaniluvun nousuun. Lisäksi oktaaniluvun nousu riippuu epälineaarisesti lisäaineen pitoisuudesta, ja jokaiselle nakutuksenestoaineelle on maksimipitoisuus, jonka ylittyessä sillä ei enää ole lisävaikutusta.
Nakkumisenestoaineiden vertailuominaisuudet [2]
| Lisäainetyyppi | Max. kons. | Syy rajoitukselle | Max. SP:n kasvu |
| hapettaa | viisitoista% | Suhteellisen alhainen lämpöarvo ja korkea aggressiivisuus kumeja kohtaan | 4-6 |
| Pb:tä sisältävä | 0,17 g Pb/l | Korkea myrkyllisyys ja hiilen muodostuminen palotilassa | kahdeksan |
| Mn:tä sisältävä | 50 mg Mn/l | Lisääntynyt kuluminen, hiilen muodostuminen sytytystulpissa ja palotilassa | 5-6 |
| Fe-pitoinen | 38 mg Fe/l | Lisääntynyt kuluminen, hiilen muodostuminen sytytystulpissa ja palotilassa | 3-4 |
| Aromaattiset amiinit | 1-1,3 % | Moottorin osien ja polttoainejärjestelmän hartsi. Sylinteri-mäntäryhmän osien lisääntynyt kuluminen | 6 |