15 Расскажите, используя схему, о процессе процесса метилтретбутилового эфира (мтбэ)

Истощение запасов нефти и увеличение роли нефти как сырья для НХ заставляют обращаться к новым видам топлив (альтернативным). Нефти хватит на 25…50 лет, каменного угля больше и 50% запасов находятся в России. Синтетическое топливо – уголь + газ + растительные остатки. На основе синтез газа СН₄ + Н₂О  СО + Н₂ получают метанол СН₄ + О₂  СН₃ОН. Перспективные виды моторного топлива метанол, пропанол, бутанол, простые эфиры. Они имеют высокое о.ч., применение их в бензине снижает содержание угарного газа СО. За рубежом в состав бензинов вводят 2…3 5 кислорода. Кислородсодержащие добавки к бензинам – оксигенаты – химическая теплота сгорания бензина увеличивается при добавлении. Самый распространённый оксигенат – МТБЭ.

Назначение – получение высокооктановой добавки к товарным бензинам, МТБЭ наряду с высоким о.ч. позволяет снизить содержание СО в выхлопных газах.

МТБЭ получают алкилированием метанола изобутиленом.

В зависимости от прменяемого катализатора получают 2 варианта:

- исп-ние гомогенных жидких катализаторов, в основном это серная кислота;

- применение твердых катализаторов в основном это ионообменные смолы.

Химизм. CH₃OH + C₄H₈ -> C₅H₁₂O (МТБЭ). Реакция протекает по карбоний ионному механизму с выд-ем 66 кДЖ/моль тепла. Конверсия изобутилена более 95 %. Побоч. реакции: 1) гидратация бутилена: C₄H₈ + H₂O -> C₄H₉OH приводят к нерациональному использованию этилена, чтобы предотвратить эту реакцию нужно осушать сырьё. 2) олигомеризация алкена: 2C₄H₈ -> i-C₈H₁₆не допускать перегрева системы 3) алкилирование н-бутиленов: CH₃OH + C₄H₈ -> C₅H₁₂O.

Факторы процесса:

1) кач-во сырья – метанол (осн.источник – конверсия угля), i-бутилен (осн.ист-иком явл-ся ББФ газов КК, ББФ газов пиролиза. (нед-к – присутствие бутадиенов, которые сульфируются при использовании в качестве кт серной кислоты, что яв-ся источником осмоления. Бутадиены предварительно селективно гидрируют). Содержание i-бутилена в ББФ КК-га 15-17 %. Чем жестче условия кат.крекинга, тем выше содержание бутилена. В сырье ограничивают содержание Н₂О, примесей основного характера и серы, вольфрама. Вольфрам снижает кислотную активность кт и разбавляет метанол. С увеличением М массы изоалканов реакционная способность снижается.

2) Каt. кислотного типа - Н₂SO₄, H₃PO₄. Большее распространение получили сульфокислоты (ионнообменные смолы КУ-2, КУ-23). В качетсве основы этих кт исп-ся полимеры различного типа: сополимеры фенола; фенолформальдегидные смолы; сополимеры дивинилбензола.

3) Тем-ра T=60-120 С. Верхний предел ограничивается усилением реакции олигомеризации. Нижний предел – низкой скоростью целевой реакции.

4) Р. Роль давления сводится к тому, чтобы сырьевая смесь находилась в жидкой фазе 0,7-1,1 МПа.

5) Кратность метанол:i-бутилен = 10:1. С увеличением кратности – увеличивается селективность процесса, но при этом уменьшается производительность установки, увеличиваются затраты на регенерацию метанола. Если взять ББФ КК то кратность 4:1, т.к. изобутилена в ББФ 17%.

Описание схемы. Процесс предназначен для получения октанповышающей кислородсодержащей добавки к товарным автомобильным бензинам.

Процесс осуществляется в реакторе 5 со стационарным слоем катализатора, совмещенным с двумя ректификационными колоннами 6 и 7. Как правило, используют два реактора, работающих поочередно.

Сырье бутан-бутиленовая фракция (ББФ) с температурой 80 ºС поступает в реактор 5, под каждый из трех слоев катализатора подается свежий и циркулирующий метанол с температурой 80 ºС.

С куба реактора 5, снабженного кипятильником, отводится целевой продукт МТБЭ. С верха реактора отводится отработанный ББФ, метанол и увлеченный МТБЭ. Продукты конденсируются в конденсаторе-холодильнике 11 и поступают в сепаратор 8, где отделяются газы. Сконденсированные продукты частично поступают в реактор в виде холодного орошения, а балансовое количество в емкость 3, из которой метанол и отработанный ББФ разделяются в экстракторе 6 водой при температуре 40 ºС и давлении 0,9 МПа.

Отработанная ББФ, отводимая сверху экстрактора 6, после охлаждения в конденсаторе-холодильнике 6 и разделении в сепараторе 9 отправляется в товарный парк.

Отгонка циркулирующего метанола от воды осуществляется в ректификационной колонне 7 (температура низа колонны 120 ºС, температура верха 70 ºС). Метанол выводится сверху колонны 7. Часть его используется как орошение колонны, а балансовая часть циркулирует. Вода снизу колонны 7 после охлаждения подается в экстрактор 6 для разделения ББФ и метанола.

Примерный материальный баланс процесса

Взято, % масс.

ББФ 95,00

в том числе

изо-бутилен 10,00

свежий метанол 5,00

Получено, % масс.

МТБЭ 14,00

Отработанная ББФ 85,00

в том числе

изо-бутилен 0,05

Потери 1,00