Теоретические основы процесса получения МТБЭ

Содержание

Введение........................................................................................................... 3

1. Теоретические основы процесса получения МТБЭ.................................. 4

1.1 Химизм и механизм процесса.............................................................. 4

1.2 Роль термодинамики и кинетики в выборе условий процесса........... 5

1.3 Пути промышленного применения основного и побочных продуктов 5

2. Технологические основы процесса............................................................. 7

2.1 Требования к исходному сырью......................................................... 7

2.2 Обоснование выбора реактора............................................................ 8

2.3 Эскиз технологической схемы........................................................... 10

3. Технико-экономическая оценка процесса................................................ 17

3.1 Доступность, стоимость исходного сырья........................................ 17

3.2 Характеристика исходного сырья и продуктов с позиции техники безопасности и охраны окружающей среды........................................................................ 18

3.3 Эскиз технологической схемы........................................................... 19

3.4 Узкие места данной технологии......................................................... 20

Библиографический список........................................................................... 22

Введение

Дефицит и дороговизна бензина, ставшие актуальными в настоящее время, вынуждают искать новые октаноповышающие компоненты топлив.

Оксигенатные добавки используют для улучшения эксплуатационных свойств нефтяных топлив и сокращения расхода нефти на производство топлив для автомобилей. Более того оксигенаты снижают содержание токсичных веществ в выхлопных газах, увеличивая полноту сгорания углеводородов.

Взамен бензина в качестве моторного топлива нашли применение метанол и этанол, которые добавляют в количестве до 5% либо используют целиком вместо бензина. Низшие спирты обладают довольно высоким октановым числом (более 100), что позволяет использовать их в качестве присадок в автомобильном бензине. Однако от спиртов в качестве оксигенатов приходится отказываться вследствие того, что они обладают хорошей растворимостью в воде, которая присутствует в бензинах. Спирт переходит в водную фазу, в результате чего происходит нежелательное расслоение. Также метанол обладает более низкой теплотворной способностью и является весьма токсичным.

На данный момент наиболее высокими антидетонационными свойствами обладает метилтретбутиловый эфир. Он растворим в бензине и не переходит в водную фазу. У МТБЭ октановое число смешения достигает 135 04 в зависимости от углеводородного состава бензина, к которому он добавляется. Наибольшую антидетонационную эффективность эфир проявляет в составе бензинов прямой перегонки и каталитического риформинга. Кроме того, введение МТБЭ позволяет уменьшить нагарообразование и снизить токсичность топлив.[1]

Теоретические основы процесса получения МТБЭ

1.1Химизм и механизм процесса

Реакция синтеза МТБЭ из изобутилена и метанола протекает, как и С- алкилирование, по цепному карбений ионному механизму с выделением 66 кДж/моль тепла, а ее рав­новесие смещается вправо при повышении давления и снижении температуры.

1. Первой стадией О-алкилирования метанола изобутеном явля­ется протонирование последнего гидрид ионом кислотного катали­затора:

2.Образовавшийся третичный бутеновый карбениевый ион всту­пает в реакцию с метанолом (при его избытке):

3.Образовавшийся протон далее реагирует с изобутеном, как и в

стадии 1.

4.Причиной обрыва цепи может стать возврат протона к ката­лизатору Н⁺ + А^- = НА.

Помимо основной целевой реакции О-алкилирования, при син­тезе МТБЭ протекают следующие побочные реакции:

1)димеризация изобутена с образованием изоохтиленд (димера изобутилена);

2)гидратация изобутилена водой, содержащейся в исходном сы­рье с образованием изобутилового спирта;

3)дегидроконденсация метанола с образованием диметилового эфира:

2 СН₃ОН СН₃ОСН₃ + Н₂О;

4)если в углеводородном сырье содержится изоамилен, то при его О-алкилировании с метанолом образуется третичный амиловый эфир (ТАЭ);

5)если в метаноле содержится этанол, то образуется этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ) и т.д.[2]

1.2 Роль термодинамики и кинетики в выборе условий процесса

Важными оперативными параметрами, влияющими на выход и качество МТБЭ, являются температура, давление, объем­ная скорость подачи сырья и соотношение метанол:изобутен. Зако­номерность влияния этих параметров на синтез МТБЭ примерно идентичны влиянию их на процесс С-алкилирования изобутана бутенами. Ниже приводим оптимальные пределы режимных парамет­ров синтеза МТБЭ.

Температура в зоне реакции……..…………………………….60—70 ^o С

Давление….…………………………………………………….0,7—0,75 МПа

Объемная скорость подачи ББФ каталитического крекинга 1,5 ч^-1

Соотношение метанол:изобутан ……………………………………..10:1

Кратность циркуляции

метанола к изобутену…….……………………………………………..9,4:1

При этих условиях в ректификационно-реакторном аппарате конверсия изобутилена составляет …..……………………………99,5 % масс.[2]

При понижении температуры ниже 60°С скорость реакции образования МТБЭ падает.

Повышение температуры более 80°С приводит к увеличению скорости протекания побочных реакций, с образованием повышенного количества третбутанола, а при нехватке в системе метанола, к образования димеров изобутилена.

Дальнейшее повышение температуры в слоях катализатора, свыше 110°С, приводит к спеканию катализатора.

С повышением давления продукта в реакторе растет доля жидкой фазы в реакционной смеси, химическое равновесие реакции смещается в сторону образования МТБЭ.

Оптимальным давлением продукта для процесса синтеза МТБЭ является давление в 1,0 МПа.

Существующий в типовых реакторах противоток жидкой и газовой фаз, способствует быстрому выведению образовавшегося МТБЭ из зоны реакции (со слоев катализатора) для предотвращения обратной реакции, реакции распада МТБЭ на исходные продукты.

1.3 Пути промышленного применения основного и побочных продуктов

Применяется в качестве добавки к моторным топливам, повышающей октановое число бензинов (антидетонатор). Максимальное законодательное содержание МТБЭ в бензинах Европейского союза — 15 %, в Польше — 5 %, в России — 15 %. В России в среднем составе бензинов содержание МТБЭ составляет до 6 % для АИ92 и до 15 % для АИ95, АИ98.

МТБЭ широко применяется в производстве высокооктановых бензинов, при этом выступает как нетоксичный, но менее теплотворный высокооктановый компонент и как оксигенат (носитель кислорода), способствующий более полному сгоранию топлива и предотвращению коррозии металлов. Мировое потребление МТБЭ находится на уровне 20-22 млн т. в год.

Изобутиловый спирт применяется в различных областях и, благодаря низкой стоимости, может служить заменой бутанолу-1. Он используется в качестве растворителя, добавки к нитроцеллюлозе и резинам, осушителя, компонента чернил для печати.

Диметиловый эфир:

· Используется для метилирования ароматических аминов

· Используется для получения диметилсульфата

· Пропеллент для аэрозольных баллонов

· Растворитель и экстрагент

· Хладагент

· Топливо для газовой сварки и резки

· Многоцелевое топливо[3]

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: