Синтетические топлива

огромное количество загрязнений, представляющих серьезный риск для здоровья людей и

других живых существ экосистемы.
Нефть невозобновляемый источник энергии, ее ресурсы ограничены.
Чем заменить бензин?

Оксигенаты – самый распространенный способ.

Установлено - частичная замена ископаемого топлива на кислородсодержащие компоненты позволяет практически исключить локальные перегревы двигателя, в результате чего значительно улучшается экологическая характеристика отработанных газов автомобиля, снижается эмиссия оксидов азота, дающих наибольший парниковый эффект.

задачи:









Например, введение 2 % кислорода в топливо снижает содержание СО

и несгоревших углеводородов в отработанных газах на 7-10 %.

осуществляют двумя способами:
1. синтез метанола на цинкхромовых катализаторах при давлении

25…30 МПа и температуре 370…4200С. По этой технологии получают до 20 % метанола в мире. Недостаток – большие затраты
2. Синтез метанола на медьхромалюминиевых катализаторах, давление 3…5 МПа, температура 3800С. Также применяют медьцинкхромовые катализаторы и медьцинкалюминиевые катализаторы.
СО+2Н2↔СН3ОН+90,72 кДж
Мировое производство метанола - 36 млн. тонн в год.
В России – 3 млн. тонн в год

мире - 13 млн. тонн в год. Основные области использования:

микробиологическая промышленность, производство каучука, производство СЖТ, пищевая промышленность.
В настоящее время этанол получают тремя способами:
1 Ферментативный
(С6Н12О6)n → nС6Н12О6 → 2С6Н5ОН + 2СО2↑
 
2 Синтетический способ - прямая гидратация этилена.
С2Н4+ Н2O → С2Н5ОН
Катализаторы применяются кислотные (силикагель, насыщенный фосфорной кислотой)
t = 400-450 °С (работают в паровой фазе) р = 7-8 МПа
 3 Гидролизный
Гидролизный спирт получают на основе целлюлозы, из отходов ЦБК t = 150 °С.

Этанол С2Н5ОН

присутствии кислотных катализаторов.
Процесс проводят при умеренных условиях t = 170..

.190 °С, соотношение вода : пропилен = 0,3 : 1 (моль)
Конверсия (степень превращения) ≈ 5%, селективность ≈ 95...98%.
Обычно в качестве сырья используют пропилен с установок пиролиза, где содержание пропилена больше 98% или ППФ деструктивных процессов переработки нефти.
Экономически оправдана переработка сырья с содержанием пропилена больше 50%.

Изопропанол С3Н7ОН

масел)
Экстрагент в смеси с метанолом при очистке от нефтяных кислот
Добавка

к маслам (антикоррозионная, депрессорная)
В медицине (экстрагент, обеззараживатель, обезвоживотель и др.)
В деревообрабатывающей и мебельной промышленности

Изопропанол С3Н7ОН

оксосинтез:
С = С – С + СО + Н2

→ смесь С4Н9ОН
Содержание изобутанола в смеси может дойти до 20…25%. Катализаторы – карбонилы Со, температура 1500С. Процесс отличается по давлению (Р1 = 5…10 МПа, Р2 = 25…30 МПа).
При производстве вторичного спирта (2БС) обычно в качестве катализатора используют серную кислоту и получают 2БС гидратацией нормального бутилена.
1 стадия – получение алкилсульфата
2 стадия – разрушение алкилсульфата водой с получением спирта.
В основном используют как промышленный растворитель

Бутанолы С4Н9ОН

основе метанола и изобутилена.
МТБЭ имеет следующие преимущества :
-

хорошо перемешивается с бензином,
- не гигроскопичен,
отсутствуют проблемы с расслоением топлива.
В зависимости от применяемого катализатора различают два варианта производства:
1. гомогенные жидкие катализаторы (в основном серная кислота)
2. твердые катализаторы – в основном используют ионообменные смолы.
CH3
|
O
|
СН3ОН + С = С – С → С – С – С (конверсия изобутилена более 95 %)
| |
C C

гидрид ионом кислотного катализатора.


2) Образовавшийся третичный бутеновый карбониевый ион вступает

в реакцию с метанолом (при его избытке):




3) Образовавшийся протон далее реагирует с изобутеном, как и в стадии 1



Причиной обрыва цепи может стать возврат протона водорода к катализатору Н+ + А- ↔ НА.

Химизм процесса

изобутилена водой, содержащейся в исходном сырье с образованием изобутилового спирта;
i-С4Н8

+ H2O ↔ i-С4Н9–OH;
- дегидроконденсация метанола с образованием диметилового эфира;
2СН3ОН ↔ СН3ОСН3 + Н2О;
- если в углеводородном сырье содержится изоамилен, то при его О-алкилировании с метанолом образуется третичный амиловый эфир (ТАЭ);
iC5H10 + СН3ОН ↔ С5Н11–О–СН3;
если в метаноле содержится этанол, то образуется этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ).
iC4H8 + СН3ОН ↔ С4Н9–О–С2Н5;

Химизм процесса
Побочные реакции

влияния на процесс. Обычно при О-алкилировании метанола изобутиленом давление поддерживают

0,7-0,75 МПа.

Температура.
При повышении температуры:
- снижается вязкость метанола и углеводородов;
- интенсифицируются побочные реакции.
Снижение температуры в определенных пределах оказывает благоприятное влияние на селективность реакций, выход и качество МТБЭ.
На практике оптимальный интервал температур при О-алкилировании метанола изобутиленом составляет 60-70 °С.

или ББФ газов КК. В пиролизном сырье содержание i- бутилена

доходит до 50 % и выше, в газах КК примерно 15%.
Так как процесс проводят в присутствии кислотных катализаторов, сырье предварительно подвергается очистке от основных соединений. В сырье ограничивается содержание воды.
 
Соотношение метанол:олефин является одним из важнейших параметров О-алкилирования. Избыток метанола интенсифицирует целевую и подавляет побочные реакции О-алкилирования.
Чрезмерное повышение этого соотношения увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты, поэтому поддерживать его выше 10:1 нерентабельно (если ББФ с КК).

О-алкилирования во многом зависит от конструкции реактора и, поскольку процесс

диффузионный, от эффективности его перемешивающего устройства.
Значение объемной скорости подачи сырья составляет порядка 1,5 ч-1.
 
Катализаторы. Из предложенных гомогенных (серная, фосфорная, борная кислоты) и гетерогенных (оксиды алюминия, цеолиты, сульфоугли и др.) кислотных катализаторов в промышленных процессах синтеза МТБЭ наибольшее распространение получили сульфированные ионообменные смолы (КУ-2, КУ-23, КИФ-2 и др.).

99%
Катализатор – ионнообменная смола
На 1 т МТБЭ расходуется 360 кг

метанола и 680 кг 100% изобутилена
По такой же технологии получают МТАЭ

с проблемой загрязнения грунтовых вод)
В Евросоюзе – потребление сокращается
В перечне

одобренных кислородсодержащих компонентов – МТАЭ, ЭТБЭ, ТБС

изопропанола с пропиленом
- из пропилена и воды
ДИПЭ (10%) в бензине

– идеальное распределение эфира в бензине по фракциям, менее агрессивен к резине, повышает детонационную стойкость и моющие свойства, токсичен, высокая себестоимость, образует азеотропную смесь, на воздухе образует взрывчатые перексиды