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 (

[ИОЧ + МОЧ] / 2) до уровня минимальных требований общеевропейских норм.

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

Структурная формула(СН3)3СОСН3
Показатель
Молекулярная масса88,146
ЦветБесцветная прозрачная жидкость с эфирным запахом
Температура замерзания— 108,6 ˚С
Температура кипения55,2 ˚С
Плотность при 20 ˚С0,7405 г/см3
Коэффициент преломления при 20 ˚С1,369
Удельная теплоемкость2,1кДж/кг.К
Теплота парообразования332,5кДж/кг
Температура вспышки-27 ˚С
Температура самовоспламенения— 443 ˚C
Концентрационные пределы воспламенения1,4 — 10%
Предельно-допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны100 мг/м3
Предельно-допустимая концентрация в атмосфере населенных мест0,1 мг/м3
Октановое число по исследовательскому методу115-135
Октановое число по моторному методу100-101

 

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

ПоказателиМТБЭЭТБЭИПТБЭТАМЭДИПЭпримечание
ОЧИ117119120112110
ОЧМ10310510698100
Содержание эфира в бензине, % об.1112,714,412,712,7обеспечивает 2% кислорода в бензине
15,117,219,417,217,2обеспечивает 2,7% кислорода в бензине
Tкип., ˚C5573878668
Растворимость в воде, %, при 20 ˚C4,80,10,050,20,2