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 масса | 88,146 |
| Цвет | Бесцветная прозрачная жидкость с эфирным запахом |
| Температура замерзания | — 108,6 ˚С |
| Температура кипения | 55,2 ˚С |
| Плотность при 20 ˚С | 0,7405 г/см3 |
| Коэффициент преломления при 20 ˚С | 1,369 |
| Удельная теплоемкость | 2,1кДж/кг.К |
| Теплота парообразования | 332,5кДж/кг |
| Температура вспышки | -27 ˚С |
| Температура самовоспламенения | — 443 ˚C |
| Концентрационные пределы воспламенения | 1,4 — 10% |
| Предельно-допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны | 100 мг/м3 |
| Предельно-допустимая концентрация в атмосфере населенных мест | 0,1 мг/м3 |
| Октановое число по исследовательскому методу | 115-135 |
| Октановое число по моторному методу | 100-101 |
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
| Показатели | МТБЭ | ЭТБЭ | ИПТБЭ | ТАМЭ | ДИПЭ | примечание |
| ОЧИ | 117 | 119 | 120 | 112 | 110 | |
| ОЧМ | 103 | 105 | 106 | 98 | 100 | |
| Содержание эфира в бензине, % об. | 11 | 12,7 | 14,4 | 12,7 | 12,7 | обеспечивает 2% кислорода в бензине |
| 15,1 | 17,2 | 19,4 | 17,2 | 17,2 | обеспечивает 2,7% кислорода в бензине | |
| Tкип., ˚C | 55 | 73 | 87 | 86 | 68 | |
| Растворимость в воде, %, при 20 ˚C | 4,8 | 0,1 | 0,05 | 0,2 | 0,2 |
