Что такое мтбэ в нефтепереработке

Что такое МТБЭ и ТАМЭ и из чего их делают

Требования к октановому числу бензина и его влиянию на экологию постоянно растёт: в нём должно быть мало ароматических углеводородов и вообще не должно быть металлсодержащих антидетонаторов. Такие рамки привели к необходимости вовлечения в состав бензина других веществ, способных повысить его октановое число.

Самыми эффективными компонентами для этой цели стали МТБЭ и ТАМЭ. МТБЭ – это метил-трет-бутиловый эфир, а ТАМЭ – метил-трет-амиловый эфир. Они обладают разными, но довольно схожими характеристиками:

Для производства МТБЭ используются метанол из природного газа и изобутилен, который получают на НПЗ, имеющим установки каталитического крекинга, или на нефтехимических предприятиях.

Процесс получения МТБЭ происходит при 50-80 °С в реакторе, заполненном катализатором. Готовый продукт увеличивает октановое число товарного бензина, не ухудшая других его показателей. Однако, МТБЭ содержит большое количество кислорода, который снижает теплотворную способность, поэтому содержание этого эфира в бензине ограничено 15%.

ТАМЭ, в котором содержание кислорода ниже, производят из метанола и амилена и пропускают через тот же катализатор, что и МТБЭ. Иногда их катализируют совместно, чтобы получить ВЭК – высокоактивный эфирсодержащий компонент. Октановое число ТАМЭ ниже, чем у МТБЭ, зато он имеет повышенную теплотворную способность.

Благодаря этим эфирам, качество бензина увеличивается и он становится безопаснее для двигателя и окружающей среды.

Подписаться на рассылку

Чтобы не пропускать свежие новости из мира нефтегазовой отрасли, подпишитесь на рассылку от информационного портала «НефтьРегион»

Информация опубликована 22.01.2020

Источник

МТБЭ: Свойства, получение и применение.

Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) является кислородсодержащим октаноповышающим компонентом и применяется для повышения октанового числа автобензинов.

В современном мире встал вопрос экономичной эксплуатации транспортных средств и предотвращения загрязнения атмосферного воздуха выхлопными газами, что требует внедрения новых технологий при производстве топлив.

Необходимость обеспечения качественной окружающей среды привела к принятию правительствами многих стран законодательных мер. К примеру, в странах ЕС было запрещено потребление в качестве присадки бензинов высокотоксичного тетраэтилсвинца. В США — введены поправки в Закон о чистом воздухе с ужесточением нормативов к качеству топлив. И во всем мире произошли аналогичные действия. Это привело к появлению понятия «экологически чистое моторное топливо».

Также в США появилось определение «реформулированные бензины» — это бензины, которые прошли дополнительную обработку и относятся к новому поколению топлив, удовлетворяя современным и будущим требованиям к качеству топлива.

Вне зависимости от этапов развития нефтепереработки вопрос обеспечения высоких показателей детонационной стойкости остается открытым в связи с новыми требованиями к неэтилированным бензинам новых поколений, которые исключают применение таких октаноповышающих компонентов, как олефины, бензол и другие ароматические углеводороды, олефины.

Для обеспечения конкурентоспособности любого нефтеперерабатывающего предприятия России необходимо строго соответствовать требованиям мирового рынка, предъявляемым к эксплуатационным и экологическим свойствам автобензинов. Причем, одного выпуска просто неэтилированных бензинов недостаточно, поскольку экологически чистые топлива подразумевают и исключение из топлива тетраэтилсвинца, и уменьшение содержания олефинов, концентрации ароматики с заменой их на изопарафиновые углеводороды. Помимо этого, положительное воздействие на качество топлива оказывает введение кислородсодержащих октаноповышающих добавок (МТБЭ, МТАЭ, ИПТБЭ, ДИПЭ). Во-первых, это улучшение параметров детонационной стойкости. Во-вторых, снижение содержания в выхлопных газах окиси углерода и углеводородов. В результате важно ещё и повысить их дорожное октановое число (

С развитием автомобильной техники и выходом России на зарубежные рынки возникает необходимость значительно улучшить технологии и оборудования, основные процессы в комплексе технологических систем выпуска и компаундирования автомобильных бензинов.

Известна способность двигателей внутреннего сгорания работать на низших спиртах. Примером является метанол, на котором и по сей день продолжает ездить транспорт. В США широко популярно использование нового топлива gasohol, представляющего собой смесь бензина и этанола. В Италии с целью увеличения ОЧИ в качестве присадки применяют смесь спиртов (от C₁ до С₅), полученную из оксида углерода и водорода.

Как правило, кислородсодержащие соединения характеризуются высокими октановыми числами, которые по исследовательскому методу достигают 100. Наибольшей уникальностью среди таких веществ отличается метил-трет-бутиловый эфир (2-метил-2-метоксипропан) (CH₃)₃COCH₃, октановое число смешения которого в зависимости от составляющих бензин углеводородов может доходить до 135.

Применение МТБЭ не требует добавления гомогенизатора для предотвращения расслоения водной фазы, поскольку он растворяется только в бензине. А использование метанола и этанола, пусть даже с хорошими показателями детонационной стойкости, приводит к дополнительным затратам в связи с их растворимостью в воде с последующим отслоением в низ резервуара.

Из-за более низкой теплоты сгорания низших спиртов по сравнению с бензинами возникает необходимость большего запаса топлива либо затрат времени на частые заправки. Ещё одним достоинством МТБЭ является их схожие с бензином топливные характеристики, а наличие кислорода ещё и увеличивает экономичность двигателя и способствует уменьшению продуктов неполного сгорания в выхлопах.

Использование метил-трет-бутилового эфира позволяет сократить расход нефти при выпуске указанного количества товарного автобензина, достичь оптимальных октановых характеристик компонентов продукта.

Получение МТБЭ основано на простой одностадийной технологии присоединения метилового спирта CH₃OH к изобутилену (2-метилпропену) C₄H₈ без воздействия высоких температур и давлений. Протекание реакции в специальном катализаторе, чаще с применением ионообменных смол, обеспечивает полную конверсию и высокую селективность, где сырьем является фракция С₄ каталитического крекинга с присутствием изобутилена и н-бутилена (1- и 2-бутены) C₄H₈. Избирательность при образовании МТБЭ заключается в реагировании только изобутилена, что позволяет разделить фракцию С₄ и использовать непрореагировавшие н-бутилены в качестве товарной продукции.

Свойства МТБЭ

По исследовательскому методу МТБЭ характеризуется высокими октановыми числами – 115-135, по моторному методу – 98-100. Растворяется только в бензине, не ядовит.

Получение МТБЭ основано на простой одностадийной технологии присоединения метилового спирта CH₃OH к изобутилену (2-метилпропену) C₄H₈ без воздействия высоких температур и давлений. Протекание реакции в специальном катализаторе, чаще с применением ионообменных смол, обеспечивает полную конверсию и высокую селективность, где сырьем является фракция С₄ каталитического крекинга с присутствием изобутилена и н-бутилена (1- и 2-бутены) C₄H₈.

Благодаря использованию бензина в смеси с МТБЭ:

— увеличивается антидетонационная стойкость топлива;

— снижается температура запуска двигателя и негативное воздействие выхлопных газов на окружающую среду;

— уменьшается износ деталей двигателя, образование нагара и лаковых отложений;

— уменьшается расход топлива.

При производстве бензинов происходит механическое смешение низкооктанового бензина и МТБЭ. Установлено, что наиболее оптимальное содержание МТБЭ в бензинах находится в районе 5-15%. Добавление 10% эфира повышает ОЧИ на 2,1 – 5,8 единиц, исходя из компонентного состава углеводородного сырья.

Физико-химические и топливные свойства МТБЭ

МТБЭ растворим в этаноле, диэтиловом эфире, плохо — в воде (4,6% при 20˚С)

Образует азеотропные смеси:

— с метанолом (МТБЭ — 85% мас.), температура кипения – 52˚C;

— с водой (МТБЭ — 96%мас.), температура кипения — 52,6˚C.

При высоких температурах (460˚C) или использовании катализатора происходит разложение на метанол и изобутилен.

Кроме МТБЭ во всем мире имеет место применение и других топливных оксигенатов. В таблице отражены их основные характеристики.

Основные характеристики эфиров, применяемых в бензинах

Источник

Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ). Технология производства

Перспективы развития производств по выпуску МТБЭ. На данный момент существует тенденция по замене МТБЭ в качестве присадки к топливу метилтретамиловым эфиром(МТАЭ). Особенно наглядно данная тенденция наблюдается в странах Европы и США, где на законодательном уровне ограничивается доля МТБЭ в топливе. Россия, в целом, стремится следовать в общемировом тренде, однако, темпы промышленного развития, интересы крупного нефтяного бизнеса и отсутствие достаточного количества доступного сырья не позволят нашей стране отказаться от использования МТБЭ в ближайшие 100-150 лет.

Химизм и оптимальные условия проведения процесса

Технология производства МТБЭ чрезвычайно проста. Его получают в одну стадию, присоединяя метанол CH3OH к изобутилену (2-метилпропену) C4H8. В промышленных условиях в качестве катализаторов для данных процессов используются ионообменные смолы, а также активированные угли, содержащие функциональные группы, в том числе сульфо- или карбоксилатные. Последние, прежде всего сульфокатиониты, признаны наиболее эффективными и удобными для применения в промышленном масштабе. Их применение приводит к высокой селективности и почти полной конверсии за проход. Более того, в качестве сырья чаще всего используют не чистый изобутилен, а фракцию С4 каталитического крекинга или пиролиза, в которой кроме изобутилена присутствуют и н-бутилены (1- и 2-бутены) C4H8. Селективность образования МТБЭ такова, что из смеси углеводородов в реакцию вступает только изобутилен. Синтез МТБЭ из метанола и изобутана представляет собой равновесную экзотермическую реакцию (44 кДж/моль), протекающую в присутствии катализатора кислотного типа: сульфированного сополимера стирола с дивинилбензолом. Синтез МТБЭ протекает в жидкой фазе в мягких условиях в присутствии твердого кислотного катализатора. Катализатором обычно выступает сульфированная ионообменная смола. Температура реакции поддерживается на низком уровне и регулируется в довольно широких пределах. Основная реакция процесса является экзотермической и необратимой:

Принципиальная технологическая схема производства МТБЭ

Узел ректификации реакционной смеси, синтеза и концентрирования МТБЭ

Источник

Способы, проблемы и возможные решения синтеза МТБЭ

Физико-математические науки

Похожие материалы

Введение

МТБЭ (метил-трет-бутиловый эфир) — присадка к бензину, повышающая его октановое число.

Синтез МТБЭ осуществляется в присутствии высокоактивного, макропористого сульфокатионита по обратимой реакции:

Равновесие реакции сдвинуто вправо условиями проведения процесса.

Реакция протекает в жидкой фазе с выделением теп ла. Тепловой эффект реакции составляет 10 ккал/моль.

В процессе образуются небольшое количество побочных продуктов: димеры изобутилена, триметилкарбинол, диметиловый эфир.

Образования данных продуктов происходит по следующим реакциям:

Межмолекулярная дегидратация метанола:

Конверсия изобутилена — 92,5%

Конверсия метанола — 87,7%

Выход МТБЭ на превращенный изобутилен — 98,6% мол

Выход МТБЭ на превращенный метанол — 99,3% мол

Установка синтеза МТБЭ состоит из одной технологической нитки, включающей в себя следующее основное оборудование:

Форконтактор Р-401; реакторы синтеза МТБЭ Р-148/_I,II,III,IV; колонна выделения возвратной изобутан изобутиленовой фракции (ИИФ) из МТБЭ Кт-29; колона отмывки возвратной ИИФ от метанола Кт-20/_IV; колона по переработке промывных вод Кт-24/_I; колона по переработке некондиционного МТБЭ Кт-24/_II.

В качестве изобутилен содержащего сырья используется изобутан изобутиленовая фракция.

Схема технологического процесса приведена в приложении А.

Характеристика основного технологического оборудования приведена в приложении Б.

Синтез МТБЭ

Реактор представляет собой кожухотрубный аппарат, трубное пространство которого заполняется катализатором.

Для предотвращения уноса катализатора, на входном и выходном штуцерах реактора установлены рулонно-сетчатые фильтрующие элементы.

Реакционная шихта подается в верхнюю часть реактора. Расход шихты на каждый реактор регулируется регулятором расхода. Рабочее направление потока сверху вниз. Для предотвращения слеживаемости катализатора, предусмотрена возможность изменения направления потока шихты на противоположное, при возрастании перепада давления в реакторе более 0,2 МПа.

При прохождении шихты через слой катализатора при температуре от 65 до 70 0 С и давлении от 0,8 до 0,9 МПа протекает реакция этерификации метанола с изобутиленом с образованием МТБЭ.

Реакция синтеза МТБЭ протекает с выделением тепла, для снятия которого в межтрубное пространство реакторов подается паровой конденсат насосом Н-158/_III,IV из емкости Е-157/_1,2. Температура на выходе из каждого реактора регулируется регулятором на выводе конденсата из межтрубного пространства реакторов. Конденсат из межтрубного пространства реакторов поступает в теплообменники Т-159/_I–IV охлаждаемые промышленной водой и затем в емкости Е-157/_I,II.

Температура конденсата после теплообменника Т-159/_{I– IV} регулируется регулятором на линии обратной воды после Т-159/_{I– IV}. Для подпитки системы циркуляции конденсата на охлаждение реакторов Р-148, в емкости Е-157/_I,II подается паровой конденсат из емкости Е-153 насосом Н-152. Уровень в емкостях Е-157/_I,II регистрируется.

Расход конденсата, а также температура прямого и обратного конденсата каждого реактора регистрируется.

Реакционная смесь из реакторов Р-148 поступает на колонну Кт-29 для выделения МТБЭ и отгонки возвратной фракции углеводородов С₄.

Перед пуском трубное пространство реакторов заполняется конденсатом из емкости Е-157/_I,II насосом Н-158/_III,IV.

Катализатор загружается в реактор через верхний штуцер. Затем катализатор промывается снизу вверх конденсатом до светлого цвета. Конденсат сливается в лоток и далее в емкость Е-1. Затем реактор продувается азотом со сбросом в конденсатор Т-67/_II.

Для обезвоживания катализатора в реактор подается метанол от насоса Н-502/_I,II. После выдержки в течение 1-2 часов, влажный метанол сливается в емкость Е-30. Данная операция повторяется до содержания воды в метаноле 1-1,5% масс.

Перед выгрузкой отработанный катализатор промывается водой. Вода, содержащая метанол, сливается в емкость Е-30. Затем катализатор пропаривается паром, подаваемым в трубное пространство реактора, а затем высушивается паром, подаваемым в межтрубное пространство реактора. После чего катализатор выгружается в поддон, затаривается в мешки или бочки и вывозится на промотвал. Уровень в реакторах Р-148/_{I– IV} замеряется по месту.

Дебутанизация продуктов реакции (фракции С4), выделение МТБЭ

Реакционная смесь после Р-148 поступает на питание колонны Кт-29. Расход питания на колонну Кт-29 регистрируется. На колонне Кт-29 производится отгонка возвратной фракции С₄ от МТБЭ.

Пары выходящие с верха колонны, конденсируются в дефлегматорах Т-31/_I,II сливается в емкость Е-32, откуда насосом Н-33 частично подается в виде флегмы на колонну, а балансовый избыток откачивается на колонну Кт-24/_IV для отмывки метанола. В емкость Е-32 принимается также некондиционная возвратная фракция С₄ из емкости Е-16_б, продукты аварийного опорожнения от насоса Н-600 и сконденсированные углеводороды от насоса Н-604. Расход флегмы на колонну регулируется регулятором расхода, установленным на линии флегмы. Расход на колону Кт-20/_IV регулируется регулятором расхода с коррекцией по уровню в емкости Е-32.

Давление верха колонны Кт-29 выдерживается от 0,45 до 0,5 МПа регулятором, установленным на линии обратной воды после дефлегматоров Т-31/_I,II. Температура верха колонны, 5-ой тарелки, 37-ой тарелки регистрируется. Температура верха колонны Кт-29 от 40 до 45 0 С.

Не сконденсировавшиеся углеводороды из дефлегматоров Т-31/_I,II отдувается в рассольный конденсатор Т-26а. Конденсат из конденсатора Т-26а сливается в емкость Е-32, а не сконденсированная часть отдувается через сепаратор Е-162_б на факел. Температура на сливе конденсата из конденсатора Т-26а в емкость Е-32 регулируется регулятором на линии обратного рассола.

Подвод тепла в колонну Кт-29 осуществляется подачей пара Р — 0,5 МПа через кипятильник Т-30/₃. Температура кубе колонны Кт-29 от 120 до 130 0 С, давление в кубе колонны Кт-29 от 0,5 до 0,6 МПа. Расход пара регулируется регулятором расхода с коррекцией по температуре в кубе колонны Кт-29. При завышении температуры в кубе колонны Кт-29 до 140 0 С или давления до 0,79 МПа срабатывает блокировка — закрывается клапан на линии подачи пара в кипятильник Т-30/₃.

Паровой конденсат из кипятильника Т-30/₃ выводится через сепаратор Е-31а в сборник парового конденсата Е-153. Уровень в сепараторе Е-31а регулируется регулятором на линии вывода конденсата в сборник Е-153.

Кубовая жидкость колоны Кт-29 готовый продукт проходит теплообменники Т-14/_I,II, где отдает часть тепла и далее пройдя через холодильник Т-515а, где захолаживается промышленной водой, выводится в цех И-16₁ или на склад ЛВЖ.

В зимнее время, предусмотрена подача МТБЭ на склад минуя холодильник Т-515а. Уровень в кубе колонны регулируется регулятором на линии вывода МТБЭ из куба колонны после холодильника Т-515а. расход МТБЭ из куба колонны регистрируются. В случае получения некондиционного МТБЭ, кубовая жидкость колоны Кт-29 выводится на колонну Кт-24/_II для доведения до кондиции или в емкости Е-23 цеха И-16₁ с последующим возвратом насосом Н-23а на питание Кт-24/_II. Расход возвращаемого продукта регулируется клапаном на линии в Кт-24/_II.

Переработка некондиционного МТБЭ

Переработка некондиционного МТБЭ производится на колонне Кт-24/_II.

Питание на колонну Кт-24/_II подается из куба колонны Кт-29 или из цеха И-16₁. При подаче питания из куба колонны Кт-29, расход питания регистрируется.

В случае переработки МТБЭ, некондиционного по содержанию димеров и спиртов, пары МТБЭ, выходящие с «верха» колонны конденсируются в дефлегматорах Т-2б/_II,IV, охлаждаемых промышленной водой. Конденсата после дефлегматоров Т-2б/_II,IV сливается в емкость Е-518, откуда насосом Н-519 частично подается в виде флегмы на колонну, а балансовый избыток через холодильник Т-29а/_II не более 70 0 С. Расход флегмы на колонну регулируется регулятором на линии флегмы. Расход МТБЭ на склад ЛВЖ регистрируется. Уровень в емкости Е-518 регулируется клапаном на линии от насоса Н-519.

Не сконденсировавшиеся пары МТБЭ из дефлегматора Т-2б/_II,IV отдуваются в рассольный конденсатор Т-91. Конденсат из конденсатора Т-91 сливается в емкость Е-518, а не сконденсированная часть отдувается через сепаратор Е-162_б на факел.

Давление верха колонны Кт-24/_II не более 0,3 МПа выдерживается регулятором на линии обратной воды после дефлегматоров Т-2б/_II,IV и дополнительно клапаном на линии обратного рассола после конденсатора Т-91. Подвод тепла в колонну осуществляется подачей пара Р — 0,5 МПа через кипятильник Т-25/_IV. Температура куба колонны Кт-24/_II не более 110 0 С выдерживается клапаном на линии подачи пара в кипятильнике Т-25/_IV. Паровой конденсат из кипятильника Т-25/_IV выводится через сепаратор Е-25а в сборник парового конденсата Е-153. Уровень в сепараторе Е-25а регулируется регулятором на линии вывода конденсата в сборник Е-153.

Кубовая жидкость колонны (димеры и сперты) насосом Н-520 откачивается через холодильник Т-29а/_I охлаждаемый промышленной водой, в цех И-7а.

Уровень в кубе колонны Кт-24/_II регулируется регулятором на линии от насоса Н-520.

Безопасность эксплуатации МТБЭ

Производство метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) по характеру используемого сырья и получаемых материалов относится, к взрывопожароопасным и вредным условиям труда.

В процессе эксплуатации производства МТБЭ возникновение аварийных ситуаций возможно по следующим причинам:

Отказы (неполадки) в работе оборудования могут быть вызваны:

Внешнее воздействие природного характера — это грозовые разряды, снежные заносы, низкая температура воздуха.

К внешним воздействиям техногенного характера относится попадание производства МТБЭ в зону действия поражающих факторов аварий, которые могут произойти на прилегающих к производству действующих установках.

В зависимости от условий возникновения аварийных ситуаций, образовавшейся взрывоопасной среды, наличия источника воспламенения возможны следующие последствия аварий:

Масштаб поражения определяется количеством энергии, заключенной в технологическом блоке.

Технологический процесс осуществляется при относительно невысоких температурах (до 130 0 С) и умеренных давлениях (до 1,4 МПа).

Реакция синтеза МТБЭ из изобутилена и метанола относится к экзотермическим реакциям.

Выделяющееся при реакции тепло отводится охлажденным паровым конденсатом.

Опасность производства МТБЭ обуславливается наличием сжиженных углеводородов газов и легковоспламеняющихся жидкостей с низкой температурой вспышки и высокой упругостью паров, применение метанола — высокотоксичного продукта.

Завышение давление в реакторах Р-148/_{I– IV} из-за слёживаемости катализатора, забивки фильтрующих элементов также представляет собой опасность

Технологической схемой предусматривается возможность изменения направления потока в реакторах Р-148/_{I– IV} на противоположное.

Причиной завышения давления в реакторах Р-148/_{I– IV} может быть также неисправность системы контроля и регулирования.

Стабильность целевых и побочных продуктов процесса синтеза МТБЭ исключает возможность внутренних взрывных явлений.

Энергетический потенциал взрывоопасности блока синтеза МТБЭ определяется наличием в системе сжиженных углеводородных газов.

Потенциальными источниками нарушения герметичности системы и выбросов в атмосферу пожаро — и взрывопожароопасных паров являются также обвязочные трубопроводы.

Взрыво-пожаробезопасность синтеза МТБЭ зависит от стабильности съема тепла реакции, т.е. от точности и надежности подачи изобутилена, метанола, парового конденсата.

Блоки ректификации характеризуются большой массой перегоняемой жидкости вместе с жатыми парами над её поверхностью. При аварийных условиях происходит одновременное высвобождение энергии, как перегрева жидкости, так и сжатого пара.

Развитие аварии может происходить по модели взрыва парового облака и пожара разлития.

Колонные агрегаты имеют большие энергетические потенциалы, но по характеру находящихся в них веществ не представляют опасности внутренних взрывных явлений. Однако опасность высвобождения энергии существует при внешнем воздействии — механическое повреждение колон и обвязочных трубопроводов.

Важнейшими параметрами процесса ректификации являются температура и давление. Температура регулируется подводом тепла от внешних источников. Повышение давления возможно при перегреве материальных потоков, отсутствия хладагентов, выходе из строя системы контроля и регулирования.

В связи с трудностью реализации всей схемы автоматизации процесса производства, метил-трет-бутилового эфира, рассматриваются несколько технологических параметров, которые значительно влияют на качество МТБЭ.

Список литературы

Завершение формирования электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

Создание электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

Электронное периодическое издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), свидетельство о регистрации СМИ — ЭЛ № ФС77-41429 от 23.07.2010 г.

Соучредители СМИ: Долганов А.А., Майоров Е.В.

Источник