Avtomobil benzinlari uchun oksigenatli qo‘shimchalarning fizik – kimyoviy tahlili

Oksigenatlar kislorodli birikmalardir (lotinchadan Oxygenium - kislorod). Benzinga qo‘shimcha sifatida ishlatilishi mumkin bo‘lgan kislorodli birikmalar qiziqish uyg‘otadi. Hatto benzinni oksigenatlar bilan qisman almashtirish ham dvigatelning mahalliy qizib ketishini deyarli yo‘q qilishga imkon beradi, bu avtomobil chiqindi gazlarining ekologik xususiyatlarini sezilarli darajada yaxshilaydi va eng katta issiqlik manbayi effektiga ega bo‘lgan azot oksidi emissiyasini kamaytiradi [1]. Bugungi kunda barcha rivojlangan mamlakatlarda oksigenatlar benzinga metallorganik va amin qo‘shimchalariga asosiy muqobil yoqilg‘i sifatida qaraladi. Bugungi kunda ular: metanol, etanol, metil tert-butil efir (MTBE), etil tert-butil efir (ETBE), metil tert-amil efir (MTAE) va boshqalardan foydalaniladi. Benzin tarkibiga kislorodli birikmalarning kiritilishi ularning antidetonatsion xossasini yaxshilanishiga imkon beradi, chunki yoqilg‘ida kislorodli birikma konsentratsiyasining oshishi havo-yonilg‘i aralashmasining yonish issiqligini pasaytiradi va natijada peroksid radikallarining parchalanishi sekinlashadi, yonish kamerasidan issiqlikni tezroq chiqib ketishi sodir bo‘ladi va buning natijasida maksimal issiqlik harorati pasayadi [2]. Bundan tashqari, oksigenatlar chiqindi gazlardagi toksik moddalarning tarkibini kamaytiradi, yoqilg‘ilarning to‘liq yonishini ta’minlaydi. Misol uchun, 2% kislorodni oksigenatlar bilan yoqilg‘i tarkibiga kiritish chiqindi gazlardagi karbon monoksit (uglerod oksidi) va yonmay qolgan uglevodorodlar miqdorini 7-10% ga kamaytiradi, shu bilan motor yoqilg‘ilarining ekologik xususiyatlarini yaxshilaydi. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №3/2025 106 Кимё ва кимёвий технологиялар Ushbu bo‘limda faqat yuqori va samarali avtomobil benzinlarini ishlab chiqarish uchun oksigenatlar tavsiya etiladi, ularning tasnifi 1-rasmda keltirilgan. 1-jadvalda ularning asosiy fizikkimyoviy xossalari keltirilgan. 1-rasm. Avtomobil benzinlari uchun kislorodli birikmalarning tasnifi: MTBE — metiltretbutil efir; ETBE — etil tret-butil efir; MTAE - metil-tret-amil efir; DIPE - diizopropil efir 1-jadval. Oksigenatlarning fizik-kimyoviy xossalari Asosiy benzin Izopropanol Izobutanol* Ko‘rsatkich i-Butanol* uchlamchiButanol* ikkilamchiButanol* Metanol MTAE MTBE Etanol ETBE DIPE 20 °C da zichlik, kg/m3 700780 791,4 789,3 789 810 802 806 787,7 746 770 742 726 Oktan soni: motor usulida 7585 94 92 95 94 96 98 95 102 99 105 100 tadqiqot usulida 7595 111 108 117 99,6 108 НО 106 118 112 118 НО Harorat, °C: boshlang‘ich qaynash harorati 35205 64,7 78,4 82,4 117,5 108,1 99,5 82,5 55,2 86,3 73 68 Qotishi -60+ -80 -93,9 -114,1 -89,5 -90,2 -108 -114,7 -25,5 -108 — -97 -86,2 Issiqlik, kJ/kg: bug‘lanishi 180306 1183 839,3 672 591,2 578,4 562,4 535,4 337 326 315 314 yonish 42500 2315 6945 3470 5520 5520 5520 5520 8220 9392 9262 9344 Kislorod miqdori, % — 49,9 34,7 26,6 21,6 21,6 21,6 21,6 18,2 15,7 15,7 15,6 To‘yingan bug‘ bosimi, kPa. bosimi 45100 35 17 13 8,4 8,5 9,7 14 61 22 20,7 47 *To‘yingan bug‘ bosimi - 38°C, kPa Benzinlarda metanol va etanol uchun faza stabilizatorlari sifatida ishlatiladi Barcha oksigenatlar uchun umumiy holat bu benzinning antidetonatsion xossasini chiziqli o‘sishi, undagi spirtlar yoki efirlar miqdori ortishiga bog‘liq [3]. Benzinga spirt va efirlarning qo‘shilishi past haroratda qaynaydigan benzin fraksiyalarining “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №3/2025 107 Химия и химические технологии oktan sonini sezilarli darajada oshishini ta’minlaydi va benzinning detonatsiyaga chidamliligini fraksiyalar o‘rtasida o‘zgaruvchan ish rejimlarida notekis taqsimlanishiga yordam beradi, bu esa benzinda havo-yonilg‘i aralashmasining yonish jarayonini yaxshilaydi. Oksigenatlarni benzin qo‘shimchalari sifatida ishlatishning kamchiliklari ularning past fazali barqarorligini va ularning ba’zilarining korroziyaviyligini o‘z ichiga oladi [4]. Benzinga metanol va etanol qo‘shilganda, u fizik (faza) barqarorligini yo‘qotadi va suv tarkibiga kirganda yoki harorat pasayganda uglevodorod va spirt komponentlariga ajraladi. Benzin-spirt aralashmalaridan amaliy foydalanish sharoitida ajratish hodisasining mexanizmi quyidagicha. Barcha uglevodorodlar havo bilan kontaktlashganda undan namlikni o‘zlashtiradi, bu esa ularda erigan suv shaklida asta-sekin ma’lum bir konsentratsiya chegarasiga qadar to‘planadi, bu turli tuzilishdagi uglevodorodlar uchun farqlanadi. Aromatik uglevodorodlar namlikni singdirishga eng moyil, alkenli uglevodorodlar esa moyilligi kamroq [5]. Haroratning oshishi bilan uglevodorodlardagi erigan suvning maksimal konsentratsiyasi oshadi va haroratning pasayishi bilan u kamayadi. Shu sababli, havo haroratining kunlik va mavsumiy tebranishlari natijasida benzinda erigan suv erkin suv holatiga o‘tadi, u tomchilar shaklida cho‘kib, sisternalar, temir yo‘l baklari va avtomobil yonilg‘i baklari tubida to‘planadi, cho‘kindi suvini to‘kish uchun qurilmalar bilan jihozlangan bo‘lishi kerak [6]. Spirtlar uglevodorodlardan farqli jihati, suv bilan kimyoviy gidratsiya reaksiyasiga kiradi, shuning uchun suv cheklovsiz spirtda eriydi. Benzin-spirt aralashmasining spirt qismida havodagi erigan suvning haqiqiy konsentratsiyasi chegaradan oshib ketganda, hosil bo‘lgan erkin suv spirtda eriydi va gidratlangan spirt molekulalarining uglevodorod molekulalari bilan o‘zaro ta'siriga yo‘l qo‘ymaydi. Benzin-spirt aralashmasi ajralib chiqadi va foydalanish uchun yaroqsiz holga kelib qoladi [7]. Benzin-spirt aralashmalarining fazaviy barqarorligining ko‘rsatkichi ularning xiralanish harorati 2-rasmda etanol-benzin aralashmalarida xiralanish haroratining suv tarkibiga bog‘liqligi ko‘rsatadi. Ta'kidlanishicha, aralashmadagi etanol va etanoldagi suv miqdori qancha ko‘p bo‘lsa, xiralanish harorati shunchalik yuqori bo‘ladi va faza barqarorligi shunchalik yomon bo‘ladi. Ushbu muammoni izopropanol, butanollar, sirt faol moddalar va boshqalar kabi benzin-spirt tarkibidagi stabilizatorlardan foydalanish orqali ushbu muammoni hal qilish mumkin [8]. Benzin tarkibidagi aromatik uglevodorodlar miqdorining ko‘payishi, tarkibida etanol bo‘lgan benzinning fazaviy barqarorligini yaxshilashga yordam beradi. Shu bilan birga, benzin tarkibidagi aromatik uglevodorodlarning 35% dan ko‘p bo‘lmagan (shu jumladan benzol 1% dan ko‘p bo‘lmagan) miqdoriga qo‘yiladigan talablarning kuchaytirilishi, ularni spirt saqlagan benzinning fazaviy barqarorligini yaxshilaydigan omil sifatida tasniflashga imkon bermaydi. Metanol va etanol saqlagan benzinning kamchiliklari, shuningdek, bir qator metall materiallarga (va ularning qotishmalariga) korroziyaviligini ham biroz o‘z ichiga oladi, ulardan avtomobil energiya tizimlarining qismlari va neft mahsulotlarini tashish va saqlash uchun texnik jihozlar benzin bilan kontaktda bo‘lganda alohida etibor bergan holda tayyorlanadi [9]. Benzinni tashkil etuvchi uglevodorodlar barcha metallar va ularning qotishmalariga nisbatan butunlay inert bo‘lib hisoblanadi. 2-rasm. Etanoldagi suv miqdorini etanolbenzin aralashmasining xiralanish haro-rati tn ga ta’siri: 1 - 5; 2 - 20; 3 - 40; 4 - 50% (hajm) benzindagi turli xil etanol tarkibida “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №3/2025 108 Кимё ва кимёвий технологиялар Avtomobil yonilg‘i baklari, suv omborlari va boshqalarning metallari va qotishmalariga eng kuchli korroziya shikastlanishi elektrokimyoviy korroziya jarayonlarining rivojlanishi natijasida benzin va erkin (mahsulot ostidagi) suvning fazalari orasidagi chegarada kuzatiladi. Spirtlardagi qutbli gidroksil guruhining mavjudligi ularning uglevodorodlarga nisbatan korroziyaviyligini keltirib chiqaradi, bu esa yoqilg‘ining yonilg‘i filtrlarini yopib qo‘yadigan korroziya mahsulotlari bilan ifloslanishiga va ba’zi hollarda avtomobil yonilg‘i tizimlarining qismlarini korroziyaga uchrab yo‘q bo‘lishiga va ishdan chiqishiga, shuningdek, yonilg‘i baklarida bosimning pasayishiga olib keladi. Bundan tashqari, etanol, hatto erigan suvning past miqdori bo‘lsa ham, yaxshi elektr o‘tkazuvchanligiga ega, bu esa metallarning korroziyasini oshiradi. Avtomobil benzini neft bazalarida rezeruvarlarda uzoq vaqt saqlanishi mumkin, shuning uchun uning eng muhim ekspluatatsion xususiyatlaridan biri spirt-benzin uchun qo‘shimcha faza barqarorligi bilan belgilanadigan saqlashdir. Havo bilan aloqada bo‘lgan turli xil kislorodli benzin namunalarini ikki yillik eksperimental saqlash natijasida, benzinda metanoldan foydalanish, shu jumladan, stabilizatorlar va MTBE bilan metanol saqlagan faza barqarorligining yomonlashishiga olib kelishi ko‘rsatiladi. Benzin, ularning xiralanish harorati erigan suv konsentratsiyasining ortishiga mutanosib ravishda 20 °C yoki undan ko‘proq ortadi. Avtomobil elektr ta’minoti tizimlari va transport, saqlash va benzin bilan yonilg‘i quyish vositalari uchun ehtiyot qismlar ishlab chiqarish uchun turli xil tarkibdagi metall qotishmalarining (po‘lat, bronza, latun, alyuminiy, rux va qo‘rg‘oshin qotishmalari) katta assortimenti qo‘llaniladi, bu esa qulaylikni yaratadi, turli metallar bilan aloqa qilish natijasida korroziya jarayonlarini rivojlantirishni tezlashtirish uchun shartlar. Metanol qo‘shilgan benzin bilan ta’sirlashganda, mis, latun va po‘latning turli sinfiga nisbatan eng chidamli material alyuminiydir. Avtotransport vositalarini metanol saqlagan benzinda sinovdan o‘tkazgandan so‘ng, 12 ming km va 80 ming km masofani bosib o‘tgandan keyin, energiya tizimlarining tarkibiy qismlari va agregatlarining texnik holati va xususiyatlarida hech qanday og‘ish aniqlanmadi. Boshqa ma’lumotlarga ko‘ra, metanol qo‘shilgan benzinda 11-33 ming km masofani bosib o‘tgandan so‘ng, yonilg‘i karterga yonilg‘i quyish natijasida qo‘rg‘oshin bronza bronzalarining korroziyaga uchragan shikastlanishi tufayli asosiy va shatun podshipniklarining ishdan chiqishi qayd etilgan. Dvigatel silindrlarida va karburator qismlarida korroziya ham aniqlangan. Benzin-spirtning korrozivligini aniqlash natijalaridagi mavjud qarama-qarshiliklarga qaramay, yoqilg‘i sifatida etanol va benzin-etanol yoqilg‘isi keng qo‘llaniladigan Braziliyada avtomobillarning yonilg‘i tizimlarida mis va rux hamda nikel qotishmalaridan tayyorlangan barcha qismlar almashtirildi. Metall va qotishmalarga qaraganda kamroq agressiv bo‘lib, spirtli benzinlar kauchuklar va boshqa metall bo‘lmagan polimer materiallarga nisbatan, ulardan avtomobil energetika tizimlarining ko‘plab komponentlari, qistirmalari va muhrlash materiallari, shuningdek, saqlash vositalari, benzinni tashish va avtomobillarga yonilg‘i quyish. Benzinlarning etanol va metanol bilan ishlash xususiyatlarini o‘rganish jarayonida ularning qoniqarsiz fazaviy barqarorligi va yuqori korroziyaga qarshi kurashishning samarali usullari ishlab chiqildi. Spirt-benzin tarkibiga oz miqdorda qo‘shilishi har qanday geografik va iqlimiy foydalanish sharoitida ularning fazaviy barqarorligining zarur darajasini ta’minlaydigan keng turdagi moddalar va qo‘shimchalar topildi. C3-C12 alifatik spirtlar, efirlar va esterlar, aminlar, ketonlar, aldegidlar, karboksilik kislotalar, sirt faol moddalar va boshqalarni etanol va metanol bilan benzin uchun samarali stabilizatorlar sifatida ishlatish mumkin va marganes 20 mg konsentratsiyada 1 litr benzin uchun benzinning xiralanish harorati 4-6 °C ga tushirishga imkon beradi. Shu bilan birga, benzinning oktan soni 2-4 punktda oshadi. Spirt-benzin aralashmasiga 1,3% ruxsat etilgan konsentratsiyada monometilanilinning antidetonatsion qo‘shimchasini kiritish yanada “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №3/2025 109 Химия и химические технологии barqarorlashtiruvchi ta'sirni ta'minlaydi, bunda benzinning xiralanish harorati 10-16 °C ga kamayadi. Spirt saqlagan benzinlarning yuqori korrozivligini uglevodorod benzinlari darajasiga kamaytirish mumkin, shuningdek, turli xil tarkibdagi korroziya ingibitorlari, masalan, trietilamin, piridin, xinolin, 0,05-0,15% konsentratsiyada (to‘yingan bug‘ bosimi) benzin tarkibidagi spirtga qarab. Bundan tashqari, ko‘plab sirt faol moddalarga asoslangan korroziya ingibitorlari spirt saqlagan benzinlarning barqarorligini yaxshilash uchun qo‘llaniladi. Fraksion tarkibi metanol, etanol va MTBE benzin uchuvchanligining yana bir muhim ko‘rsatkichi - to‘yingan bug‘bosimi (TBB) o‘zgarishiga ta’sir qiladi (3-rasm). Bundan tashqari, benzinga spirt qo‘shilgan taqdirda, benzin-spirt aralashmasining bug‘lanishi bug‘lanishning azeotropik xususiyati tufayli Raul qonunidan ijobiy og‘ish bilan sodir bo‘ladi. Natijada, yozgi benzin va 5% metanol aralashmasining TBB si oshadi va qishki benzin uchun talablarga javob beradi. Etanol qo‘shilganda benzinning to‘yingan bug‘ bosimining o‘zgarishi unchalik katta emas va MTBE qo‘shilganda u biroz pasayish tendensiyasiga ega. 3-rasm. Benzindagi kislorod miqdorining qish (a) va yozgi (b) benzinning to‘yingan bug‘ bosimi (TBB) o‘zgarishiga ta’siri: 1 - metanol; 2 - etanol; 3 - MTBE Spirtlarni, ayniqsa, metanolni kiritish bilan benzinning TBB ning oshishi, benzinning avtomobil energiya tizimida bug‘ tiqini hosil qilish tendensiyasini oshiradi, bu esa yozda transport vositalarini ishlatishda tizimning ishonchliligini pasaytiradi. Izobutanol va metanol saqlagan benzinning to‘yingan bug‘ bosimining sezilarli pasayishiga yordam beradi va metanolning salbiy ta’sirini neytrallaydi (4-rasm). Spirt saqlagan benzinlar neft mahsulotlarini yetkazib berish uchun texnik vositalarning ichki yuzalarida hosil bo‘lgan smola yig‘indilani va ifloslantiruvchi moddalarni faol ravishda eritadi. Bunday benzinlarni saqlash va tashish natijasida haqiqiy smolalar va mexanik aralashmalar konsentratsiyasining tez o‘sishi kuzatiladi, bu esa uskunaga yonilg‘i quyishda qo‘shimcha qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi va benzinning benzinli dvigatelning qabul qilish tizimida cho‘kindi hosil qilish tendensiyasini oshiradi. Shu sababli, spirtli benzin partiyalari bilan tovar va transport operatsiyalarini amalga oshirishda saqlash, tashish va yonilg‘i quyish shaxobchalarining tozaligi va texnik holatiga qo‘yiladigan talablarni, shuningdek, ularga texnik xizmat ko‘rsatish va muntazam texnik xizmat ko‘rsatish talablarini 4-rasm. Izobutanol va metanol qo‘shil-gan benzinning to‘yingan bug‘ bosimiga (TBB) ta’siri: 1 - 5; 2 - 10; 3 - 15 % (hajm) “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №3/2025 110 Кимё ва кимёвий технологиялар oshirish zarur, masalan, benzin va spirt bilan to‘ldirilgan barcha rezeruvarlardan kunlik drenaj loyini chiqarib tashlashni tashkil qilish lozim. Spirtli qo‘shimchalar benzinning bir qator ishlash xususiyatlariga salbiy ta'sirini, ayniqsa, ushbu benzinning transport vositalarining energiya tizimlarining konstruktiv materiallari bilan muvofiqligining yomonlashishini hisobga olgan holda, barcha avtomobil kompaniyalari o‘z transport vositalarida spirtli benzindan foydalanishni tavsiya etmaydi. Dunyoning deyarli barcha yirik avtomobil ishlab chiqaruvchilari benzinni metanol qo‘shimchalari bilan ishlatishni tavsiya etmaydi va benzin tarkibidagi etanol va MTBE miqdori mos ravishda 10% va 15% dan ko‘p bo‘lmagan miqdorda cheklangan. Aks holda, avtomobil ishlab chiqaruvchisi sotilgan avtomobil uchun barcha kafolat majburiyatlarini (shu jumladan, kafolatli texnik xizmat ko‘rsatish) rad etadi. Shunday qilib, ekologik toza avtomobil va neftni tejash uchun neftni qayta ishlash korxonalari va yoqilg‘i ishlab chiqaruvchilari hali ham bir qator texnik masalalar bo‘yicha avtomobil ishlab chiqaruvchilar bilan to‘liq tushunishga erisha olishmayapti. Ushbu qaramaqarshiliklarni hisobga olgan holda, EEI (EN 590) 1995-yildan beri avtomobil benzinidagi oksigenatlarning miqdori 2,8% (massa) kisloroddan oshmasligini tavsiya qiladi, bu 3% metanol, 10% etanol va 15% MTBE ga to‘g‘ri keladi. Rossiyada tovar benzinidagi barcha kislorodli birikmalardan faqat MTBE keng qo‘llaniladi. Rossiyada etanol (yiliga 250 ming tonnadan ortiq) va metanol (yiliga taxminan 3 million tonna) gidroliz ishlab chiqarishning sezilarli quvvatiga, shuningdek, Rossiyada spirtli benzinlarni keng ko‘lamli tadqiqotlar va sinovlarga qaramay, barcha zarur me’yoriy-huquqiy baza tayyorlangan bo‘lsa-da, ularni ishlab chiqarish hali ham tashkil etilmagan. 2002-yildan beri benzin tarkibidagi kislorod miqdorini tartibga soluvchi GOST R 51866 standarti “Qo‘rg‘oshinsiz benzin” kuchga kirdi. Bundan tashqari, Rossiyada GOST R 52201-2004 “Etanolli avtomobil dvigatellari uchun etanol motor yoqilg‘isi. Benzanollar. Umumiy texnik talablar” mavjud. Shubhasiz, spirt qo‘shimchalari bo‘lgan benzinlarni ishlab chiqarish va ulardan foydalanishni rivojlantirish uchun davlatning avtotransport vositalarining inson salomatligiga zararli ta’sirini, shu jumladan, avtotransport vositalarining tarkibiy qismlaridan foydalanish orqali kamaytirish istagini tasdiqlovchi qonunchilik choralari va moliyaviy imtiyozlarning moslashuvchan siyosati zarur, qayta tiklanadigan o‘simlik moddalaridan keng ko‘lamda foydalanish tavsiya etiladi. Mamlakatimizda spirt ishlab chiqarishni rag‘batlantirish bo‘yicha amaliy yechimlar hali ham yetishmayapti, shubhasiz, AQSh va Evropa Ittifoqida makkajo‘xori va bug‘doy narxining oshishi bilan bog‘liq so‘nggi davrda yuzaga kelgan katta muammolar buning yorqin misoli. Shunday qilib, oksigenatlarning avtomobil benziniga kiritilishi ularning antidetonatsion xossasini yaxshilaydi, chunki yoqilg‘ida kislorod konsentratsiyasining oshishi bilan havo-yonilg‘i aralashmasining yonish issiqligi pasayadi, issiqlik yonish kamerasidan tezroq chiqariladi va natijada maksimal yonish harorati pasayadi. Bu havo-yonilg‘i aralashmasining siqilish nisbatini oshirish va shu bilan avtomobil dvigatelining samaradorligini oshirish imkonini beradi. Shu bilan birga, oksigenatlar (ayniqsa, spirtlar) benzin bilan aralashtirilganda faza barqarorligi bilan bog‘liq muammolar mavjud. 5-15% miqdoridagi kislorod birikmalar benzinning fraksion tarkibini va uning to‘yingan bug‘ bosimini o‘zgartirishi mumkin. Ammo bu kamchiliklar oksigenatlarning, ayniqsa, bioetanol va MTBE ning keng qo‘llanilishiga to‘sqinlik qilmaydi. Shuning uchun biz eng mashhur oksigenatlarning xususiyatlarini batafsil ko‘rib chiqdik