Оксигенатные топлива

Рассмотренные в предыдущем разделе моторные топлива, содержащие низкомолекулярные спирты (метанол и этанол), также относятся к оксигенатным топли-вам, т.е. топливам, в состав которых входят продукты, содержащие кислород. Однако термин «оксигенатные топлива» первоначально закрепился за топливами, в состав которых включены простые эфиры, начиная с ме-тилтретбутилового (МТБЭ), промышленное производство которого началось в Италии в 1973 г. и в США в 1979 г. В настоящее время производство МТБЭ в мире осуществляется более чем на 170 установках общей мощностью около 33 млн т в год. Производство МТБЭ составляет 25-27 млн т ежегодно, причем 57% этого количества вырабатывается в США [29].

Кроме основного оксигената МТБЭ, в качестве компонентов автомобильных бензинов в большей или меньшей степени нашли применение и другие простые эфиры - метил-третамиловый (МТАЭ), этил-требутиловый (ЭТБЭ), этил-третамиловый (ЭТАЭ), диизопропиловый (ДИПЭ) и метил-вторпентиловый (МВПЭ) [19].

Особое место среди простых эфиров занимает диме-тиловый эфир (ДМЭ), который по своим свойствам является высококачественным дизельным топливом и рассматривается в разделе 3.

Введение оксигенатов в состав моторных топлив позволяет решить, как отмечалось выше, по крайней мере две основные задачи:

- улучшить эксплуатационные свойства нефтяных

топлив, в первую очередь октановое число; - сократить расход нефти на производство моторных топлив - введение оксигенатов эквивалентно экономии примерно двойного количества нефти, поскольку на производство 1 т моторного топлива расходуется от 1,5 до 2 т нефти в зависимости от глубины переработки.

Кроме того, оксигенаты снижают содержание токсичных веществ в отработавших газах, увеличивая полноту сгорания углеводородов - введение 2% кислорода в составе оксигената снижает содержание в отработавших газах СО и [СН] на 7-10%, улучшая таким образом экологические свойства моторных топлив.

Поэтому оксигенатные топлива в определенной степени могут быть отнесены к альтернативным топливам.

Основные физико-химические и эксплуатационные свойства простых эфиров приведены в табл. 22.

Сравнение приведенных в табл. 22 данных показывает, что наиболее высокими антидетонационными свойствами обладает ЭТБЭ, совсем немного уступает ему МТБЭ. Однако если сравнивать стоимость этих продуктов, то МТБЭ существенно дешевле, что связано с более высокой ценой этанола, используемого для производства ЭТБЭ.

Метод производства простых эфиров рассмотрен в разделе 1.3.

Основными производителями МТБЭ в России являются нефтехимические предприятия по производству синтетических каучуков, что связано с наличием на этих предприятиях производства изобутилена. К таким предприятиям относятся ОАО «Нижнекамскнефтехим» (г. Нижнекамск), ОАО «Синтезкаучук» (г. Тольятти), ОАО «Волжский каучук» (г. Волжский), ОАО «Уралорг-синтез» (г. Чайковский) и ряд других, которые вырабатывают около 520 тыс. т МТБЭ в год. Около 140 тыс. т МТБЭ вырабатывают на нефтеперерабатывающих заводах - ОАО «Омский НПЗ», ОАО «Коримое» (г. Москва), ОАО «Башнетехим» (г. Уфа) и др. МТБЭ вырабатывается в соответствии с ТУ 38.103704-90 и ТУ 2435-412-05742686-98.

Введение в базовые бензины до 15% МТБЭ позволяет получать неэтилированные автомобильные бензины разных марок с более высоким содержанием низкооктано­вых компонентов, чем при использовании алкилата [19].

Температура кипения МТБЭ равна 55 °С, что позволяет при его введении увеличить содержание в бензине низкокипящей фракции, улучшить ее октановое число и снизить температуру выкипания 50% бензина, что в свою очередь позволяет вовлекать в состав бензина вы-сококипяшие фракции процессов каталитического крекинга и риформинга. Кроме того, введение МТБЭ позволяет снизить содержание в бензине ароматических углеводородов и тем самым улучшить экологические свойства топлива.

МТБЭ хорошо растворяется в углеводородах и в гораздо меньшей степени по сравнению со спиртами вымывается водой, не выделяется из бензина при низких температурах. Несмотря на пониженную по сравнению с бензином энергоплотность (38,2 и 42,5 МДж/кг соответственно) мощностные характеристики двигателя практически не меняются, при этом расход бензина уменьшается на 7%. Температура холодного запуска двигателя снижается на 8-15 °С, предотвращается обледенение карбюратора, улучшаются моющие и другие эксплуатационные свойства бензина.

Применение МТБЭ в составе автомобильных бензинов было разрешено после тщательных исследований, однако многолетнее применение МТБЭ в составе автомобильных бензинов в США показало, что МТБЭ оказывает отрицательное влияние на здоровье человека. Многочисленные исследования установили, что МТБЭ является причиной более 20 заболеваний, в т.ч. астма, кратковременная потеря памяти, головная боль, раздражение кожи и т.п. В организм человека МТБЭ может попасть через органы дыхания из-за высокой испаряемости, а также через грунтовые воды, а затем и в питьевую воду в результате пролива, утечек из резервуаров, подвергшихся усиленной коррозии при контакте с МТБЭ и т.д. МТБЭ был обнаружен в 49 штатах США. Питьевая вода, содержащая МТБЭ, имеет специфический запах и вкус; особо чувствительные люди ощущают присутствие МТБЭ уже при концентрации в воде менее 10^-4%. Учитывая эти обстоятельства, ПДК МТБЭ в питьевой воде установле­на на уровне 5-10^-7 % [30].

Все это привело к тому, что в США в конце 90-х гг. началась мощная кампания за запрет использования МТБЭ в составе автомобильных бензинов. Особо интенсивно эта кампания проводилась в штате Калифорния, в котором запрет на применение МТБЭ предполагалось ввести в 2003 г., однако позднее эта дата была перенесена на январь 2004 г. [28]. На остальной территории США запрет на использование МТБЭ предполагается осуществить к 2010 г. (рис.10). При этом сохраняется требование о содержании кислорода в автомобильном бензине на уровне 2%, что приведет к росту потребления этанола с 13,9 тыс. т/сутки в 2000 г. до 30,8 и 38 тыс. т/сутки в 2005. и 2010 гг. соответственно [29].

В остальных регионах мира по прогнозам до 2010 г. потребление МТБЭ останется на прежнем уровне, с некоторым снижением в странах Западной Европы, ростом в Восточной Европе и значительным (на 50%) ро­том в Азии (рис.10).

В России МТБЭ допущен к применению до 15% в со­ставе высокооктановых бензинов (с октановым числом по исследовательскому методу не менее 91) и до 8% в бензинах типа АИ-80.

Рис. 10. Прогноз использования МТБЭ

Учитывая определенные экологические трудности с применением МТБЭ в составе автомобильных бензинов, делаются попытки найти замену МТБЭ. В частности, появилось сообщение о разработке биоразлагаемой добавки Envirolene (Инвайролин), которая может заменить МТБЭ в автомобильных, ТЭС в авиационных бензинах и может использоваться в дизельном топливе [27, с. 21]. Инвайролин представляет смесь прямоцепочеч-ных спиртов Ci-С₈ топливного сорта с октановым числом 128; его получают из синтез-газа на установках по произодству метанола при замене катализатора.