МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА

Кафедра технологии химических веществ для нефтяной и газовой промышленности.

Оценка

____________________

«____»_____________2005 г.

___________________

^{(подпись)}

«Допущен к защите»

___________________

^{(подпись)}

«____»_____________2005 г.

Курсовая работа

на тему:

Производство метил-трет-бутилового эфира с применением реактора изотермического типа

Руководитель

доц. Трофимов В.А.

^{(должность, фамилия, инициалы)}

________________

^{(подпись)}

________________

^(дата)

Студент гр. ХТ-07-3

___Закаев Д.Р.

^{(фамилия, инициалы)}

________________

^{(подпись)}

________________

^(дата)

Москва 2005

Содержание стр.

	Введение		3
1.	Обзор литературы		6
	1.1.	Химизм и оптимальные условия проведения процесса	6
	1.2.	Сырье процесса получения МТБЭ	8
	1.3.	Особенности технологического оформления процесса	10
	1.4.	Экологические аспекты производства МТБЭ	21
2.	Расчет материального баланса процесса производства МТБЭ в изотермическом реакторе		23
	2.1.	Основы расчета	23
	2.2.	Исходные данные	27
	2.3.	Результаты расчета	28
	2.4.	Описание технологической схемы	31
	Список литературы		32

Введение.

В последнее время произошли важные структурные изменения в автомобильном парке России: увеличилась доля легковых автомобилей в т.ч. зарубежного производства, требующих для эксплуатации высокооктановые бензины типа А-92, Аи-95/98. Доля производства этих бензинов в России требует существенной реконструкции НПЗ, и дальнейший рост доли высокооктановых бензинов возможен лишь при более активном вовлечении в состав бензина высокооктановых кислородсодержащих компонентов и антидетонационных присадок. Переход на применение неэтилированных сортов бензинов связан с введением в их состав вместо тетраэтилсвинца кислородсодержащих соединений, называемых оксигенатами.

На практике в качестве оксигенатов используют: метанол, этанол, трет-бутиловый спирт, метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), метил-трет-амиловый эфир (МТАЭ), этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ), этил-трет-амиловый эфир (ЭТАЭ), диизопропиловый эфир (ДИПЭ), метил-втор-пентиловый эфир (МВПЭ). Их применение позволяет сократить расход нефти на производство товарного бензина и понизить требования к октановым характеристикам традиционных углеводородных компонентов топлива. Оксигенаты характеризуются высоким октановым числом смешения, низкой летучестью, пониженной фотохимической активностью. В некоторых штатах США введение кислородсодержащих соединений в бензины является обязательным. [1]

Кислородсодержащие соединения обладают как антидетонационными, так и моющими свойствами, их применение снижает эмиссию монооксида углерода, образование твердых (сажи) и несгоревших углеводородов, уменьшает расход топлива. Применение оксигенатов позволяет так же снизить неравномерность распределения детонационной стойкости бензинов по фракциям, уменьшить склонность к нагарообразованию и значительно улучшить режим работы двигателя.

Несмотря на все преимущества у оксигенатов имеются и недостатки. В присутствии оксигенатов в 2-4 раза увеличиваются выбросы альдегидов. Как показано выше, оксигенаты способствуют увеличению выбросов NO_x, поэтому во многих странах допущено вводить в бензины лишь не более 7% МТБЭ[1].

Первыми в качестве оксигенатов были исследованы спирты – наиболее дешевые и многотонажные продукты этого класса. В большинстве стран мира для двигателей с искровым зажиганием применяют спиртосодержащие топлива. Так, в США около 40% всех применяемых на основе бензина топлив содержат от 5,7 до 10% этанола (так называемые “газохилы”). Следует отметить, что в плане использования в топливе этанола не отстают и бывшие союзные республики. Правительство Украины 20 июня 2000 г. приняло программу “Этанол”, предусматривающую выпуск как кислородсодержащей добавки к бензинам на базе этанола, получаемого из сельскохозяйственного сырья, так и бензинов, содержащих эту добавку.

В России спиртосодержащие моторные топлива не нашли пока широкого применения, в частности, из-за отсутствия нормативной документации на этот вид продукции и из-за технических проблем, возникающих на НПЗ при производстве спиртосодержащих бензинов. Вместо низкомолекулярных спиртов в нашей стране принято использовать метил-трет-бутиловый эфир (2-метил-2-метоксипропан) (CH₃)₃COCH₃.

Данный оксигенат обладает плохой растворимостью в воде, низкой плотностью и хорошо смешивается с углеводородами. Он не ядовит, не вызывает коррозию металлов и не воздействует на эластомеры. Добавка МТБЭ обеспечивает большую полноту сгорания топлива и не требует изменений в конструкции двигателя [2]. Известно, что практически все низшие кислородсодержащие соединения имеют высокое октановое число—до 100 ОЧИ (октановое число по исследовательскому методу). У МТБЭ октановое число смешения доходит до 135 ОЧИ, в зависимости от углеводородного состава бензина, к которому добавляется МТБЭ.

Увеличение октанового числа в зависимости от концентрации МТБЭ

Таблица 1

Концентрация МТБЭ, % масс.	Октановое число ОЧИ (исследовательский метод)
0	70	76
5	72,5	78,1
10	75,6	80
15	78,1	82,3
20	80,5	84,5

Метанол CH₃OH и C₂H₅OH этанол прекрасно растворяются в бензине, имеют неплохие октановые числа смешения, но растворимы и в воде. В резервуарах бензин хранят на водной подушке, следовательно, спирт окажется в водной фазе. Чтобы этого не происходило, требуется добавка гомогенизатора, например, изобутилового спирта C₄H₉OH, а это уже дороже. С МТБЭ этой проблемы нет, он хорошо растворим в бензине, а не в воде.

Низшие спирты имеют значительно более низкую, чем бензин теплоту сгорания. Это значит, что запас топлива в баке автомобиля должен быть увеличен, либо чаще надо терять время на заправку. МТБЭ имеет равную с бензином топливную характеристику. Мало того, наличие в нем кислорода существенно улучшает процесс сгорания топлива в двигателе, повышая экономичность двигателя и снижая содержание в выхлопе продуктов неполного сгорания.

Впервые промышленное производство МТБЭ было организованно в Италии в 1973г. на одном из заводов фирмы «Anech» в г. Равенне. Мощность этой установки в период пуска составила 100 тыс. т/год по целевому продукту.

Период до 1987г. характеризуется интенсивным вводом в строй установок по производству МТБЭ в большинстве промышленно развитых стран.

Общая мощность их к 1987г. в десяти странах Западной Европы достигла 877,5 тыс.т/год. Тогда же сообщалось о ближайшей перспективе ввода в строй в странах Западной Европы еще 15 установок общей мощностью 2,7 млн.т/год.

В нашей стране в 1987 г. получены первые партии МТБЭ по технологии, разработанной НИИМСК. Намечаемое строительство установок каталитического крекинга большой мощности должно было обеспечить в 2002г. получение 0,7-0,8 млн.т. изобутена, на основе которого можно будет вырабатывать более 1 млн.т. МТБЭ.

Использование кислородсодержащих компонентов в бензинах США и ряда других стран является обязательным. Производство только МТБЭ в 2000 г. достигло 23 млн.т/год. Однако в России производство МТБЭ и Фэтерола составляет 0,2% от общего выпуска автомобильных бензинов (за 1997), что в десять раз ниже, чем в странах Западной Европы.

Структура мировых мощностей по производству МТБЭ по основным регионам мира в настоящее время выглядит следующим образом, %:[3]

Северная Америка	57,5
Латинская Америка	6,4
Западная Европа	16,8
Восточная Европа и СНГ	5,9
Ближний Восток и Африка	0,7
Азия	12,7
Всего	100,0

Потребление МТБЭ резко возросло в США в начале 90-х годов благодаря поправкам к закону о чистом воздухе (СААА).[3] Этот законодательный акт предусматривал производство экологически «чистых топлив» для экологически неблагоприятных районов страны - реформулированного бензина с обязательным содержанием оксигената. МТБЭ - самый экономичный оксигенат. Он позволяет легко снижать содержание кислорода в реформулированном бензине до 2%.