Содержание

1.Теоретические основы процесса получения МТБЭ……………………………

1.1. Химизм и механизм процесса………………………………………………..

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

1.3. Пути промышленного применения основного и побочных продуктов……

2. Технологические основы процесса…………………………………………….

2.1. Требования к исходному сырью……………………………………………...

2.2. Обоснование выбора реактора……………………………………………….

2.3. Эскиз технологической схемы……………………………………………….

3. Технико-экономическая оценка процесса……………………………………..

3.1.Доступность, стоимость исходного сырья……………………………………

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

3.3. Технико-экономические показатели процесса………………………………

3.4. Узкие места данной технологии……………………………………………..

Введение

МТБЭ ( метил-трет-бутиловый эфир) - малотоксичное вещество, наиболее широко применяемое для повышения детонационной стойкости бензинов: температура кипения 55°С, октановое число смешения 115 - 135 по исследовательскому, 98 - 110 по моторному методу. Добавка в бензин до 15 % объемных МТБЭ снижает содержание СО и углеводородов в отработавших газах. Недостатками МТБЭ являются: относительно низкая теплота сгорания ( 35 2 против 43 МДж/кг у бензина), растворимость в воде ( 5 % масс.).

Метил-трет-бутиловый эфир:

-наиболее эффективен, широко используется в высокоразвитых странах;

-в количестве 10-15% повышает октановое число на 6-12 единиц, что позволяет получать неэтилированные бензины с высокой детонационной стойкостью и хорошими экологическими характеристиками;

-МТБЭ – кислородсодержащая добавка, что облегчает процесс сгорания топлива, повышая экономичность двигателя и снижая содержание в выхлопе неполного сгорания;

-продукты сгорания не включают окислов металлов и серы, а значит лояльны к окружающей среде;

-бесцветная, подвижная(t_кип.=55°С), нерастворимая в воде легко-воспламеняющаяся жидкость с характерным запахом;

-с воздухом образует взрывчатые смеси;

-нетоксичен;

-пары раздражают слизистые оболочки глаз, носа, горла.

1.Теоретические основы процесса получения мтбэ

1.1 Химизм и механизм процесса

Технология производства МТБЭ чрезвычайно проста. Его получают в одну стадию, присоединяя метиловый спирт CH₃OH к изобутилену (2-метилпропену) C₄H₈. При этом требуются температура ниже 75°С и давление ниже 1,2 МПа. Наиболее эффективными катализаторами оказались ионообменные смолы при 50-100°С. При этом в качестве сырья можно использовать бутеновые фракции, освобожденные от бутадиена-1,3, поскольку в описанных условиях н-бутены не способны к реакции с метанолом.

Синтез МТБЭ в присутствии кислотного катализатора осуществляется путем алкилирования метанола изобутиленом по обратимой реакции:

iС₄Н₈ + СН₃ОН ↔ СН₃ОС(СН₃)₃,

Реакция протекает в жидкой фазе с выделением тепла. Тепловой эффект реакции составляет 41,8 кДж/моль. Равновесие реакции смещается вправо при повышении давления и снижении температуры.

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

CH₃-C=CH₂ + H⁺A ↔ CH₃-C⁺-CH₃ +A^-

| |

CH₃ CH₃

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

CH₃ CH₃

| |

CH₃-C⁺-CH₃ + CH₃OH ↔ CH₃-C-OH⁺-CH₃ ↔ CH₃-C-O-CH₃ +H⁺.

| |

CH₃ CH₃

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 протекают следующие побочные:

-димеризация изобутена с образованием изооктилена;

-гидратация изобутилена водой, содеражщийся в исходном сырье с образованием изобутилового спирта(триметилкарбинола);

-дегидроконденсация метанола с образованием диметилового эфира: 2CH₃OH ↔ CH₃OCH₃ + H₂O;

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

— если в метаноле содержится этанол, то образуется этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ)

- При наличии в сырье нормальных бутиленов возможно образование метил-втор-бутилового эфира.

1.2 Роль термодинамики и кинетики в выборе условий процесса

Процесс синтеза МТБЭ ведут при температуре от 50 до 100 °С и давлении, необходимом для поддержания реагентов в жидкой фазе. При правильно подобранных режимах побочные реакции можно практически полностью подавить, обеспечив селективность процесса 98 % и выше.

Активность трет-олефинов в реакции с метанолом снижается в ряду: бутен > пентен > гексен. Активность спиртов уменьшается с увеличением массы и степени разветвленности их молекул.

При разработке технологии учитывается также возможность протекания побочных реакций:

-за счет присутствия влаги в сырье - образование трет-бутанола;

-при низком соотношении метанол: изобутилен и/или повышении температуры - димеризации изобутилена;

-при повышении температуры и определенной концентрации реагентов - межмолекулярная дегидратация метанола,

-гидратация изобутилена и в присутствие в сырье н-бутенов возможно образование незначительных количеств метил-втор-бутилового и метилбутиленовых эфиров.

• протекает в жидкой фазе с выделением тепла (≈60 кДж/моль);

• по цепному карбений-ионному механизму;

• равновесие реакции смешается в сторону образования

продуктов при ↑ давления и ↓ температуры;

• конверсия изобутилена (изоамилена) 99,5%.

• Температура:

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.

• Давление:

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.

• Расход сырья/соотношение сырьевых компонентов:

Низкий расход сырья (ББФ и метанола) увеличивает время контакта, приводит к увеличению выхода МТБЭ и снижению остаточного изобутилена в отработанной ББФ, однако селективность снижается.

Избыток метанола по отношению к изобутилену ведет к повышению скорости целевой реакции относительно скоростей побочных реакций, способствует стабилизации температурного режима. Избыток метанола также способствует повышению степени извлечения из ББФ изобутилена и замедлению его димеризации. Повышение содержания метанола увеличивает долю жидкой фазы в слое катализатора

• Качество сырья:

Присутствие в сырье воды, продуктов коррозии оборудования, щелочи, азотистых и сернистых соединений приводит к образованию побочных продуктов и к значительному снижению активности катализатора.

Наибольшее распространение полу­чили сульфированные ионообменные смолы. В качестве полимерной матрицы сульфокатионов используются полимеры различного типа.

Основные трудности, возникающие при использовании сульфокатионитов в про­мышленном синтезе МТБЭ, связаны с большим гидродинамическим сопротивлением катализаторного слоя. С целью получения необходи­мой совокупности катализирующих, массообменных и гидродинамичес­ких свойств разработан отечественный высокоэффектив­ный формованный ионитный катализатор КИФ-2, имеющий большие размеры гранул и высокую механическую прочность.