Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 2- GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM MTBE

CHƯƠNG 2- GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM MTBE

Tải bản đầy đủ - 0trang

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



Nhiệt hóa hơi

337

kJ/kg

Nhiệt hình thành

-314

kJ/mol

Nhiệt cháy

-34,88

MJ/kg

0

Nhiệt độ chớp cháy

-28

C

0

Nhiệt độ bắt cháy

460

C

Giới hạn nổ trong khơng khí

1,65- 8,4

% thể tích

Áp suất tới hạn, PCT

3,43

MPa

0

Nhiệt độ tới hạn, TCT

224,0

C

Tỷ trọng, áp suất hơi và độ hòa tan trong nước cũng như thành phần và điểm sơi của

hỗn hợp đẳng phí giữa MTBE với nước và metanol được đưa ra trong bảng sau.

Bảng 5 : Tỷ trọng ,áp suất hơi bão hòa và độ hòa tan của MTBE

(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry)



Nhiệt độ, 0C



Áp suất hơi,kPa



Tỷ trọng,kg/m3



0

10

20

30

40



10.89

17.59

27.21

40.88

59.69



761.3

751.0

740.7

730.4

720.1



Độ hòa tan

Nước

trong

MTBE

1.19

1.22

1.28

1.36

1.47



MTBE

trong

nước

7.3

5.0

3.3

2.2

1.5



MTBE tạo hỗn hợp đẳng phí với nước hoặc metanol.

Bảng 6 : Hỗn hợp đẳng phí của MTBE

(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry)

Hỗn hợp đẳng phí

MTBE- Nước

MTBE- metanol

MTBE- metanol (1,0 MPa)

MTBE- metanol ( 2,5 MPa)



Điểm sôi, 0C

52,6

51,6

130

175



Hàm lượng MTBE, %kl

96

86

68

54



2.1.2. Tính chất hóa học của MTBE

-



MTBE khá ổn định dưới điều kiện axit yếu, môi trường kiềm hoặc trung tính. Khi

trong mơi trường axit mạnh thì phân hủy thành methanol và iso – buten.



Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 16



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



CH3

CH3



O



C



CH3

CH3



CH3OH



+



C



H2C



CH3



CH3



Nguyên tử O trong phân tử MTBE có một cặp điện tử không chia và các nguyên

tử gốc alkyl -CH3 và -C(CH3)3 có hiệu ứng cảm ứng dương (+I) đã tạo ra cho MTBE (

ete) mang đặc tính của một bazơ. Do đó MTBE tham gia các phản ứng hố học với

các axit.

-



Phản ứng với các axit vô cơ mạnh:



MTBE phản ứng với các axit vô cơ mạnh như HCl, H2SO4 tạo ra muối

CH3OC4H9 + HCl → [ CH3OC4H9]HCl

-



Phản ứng với HI:



MTBE phản ứng với HI , sản phẩm của phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ

+ Ở điều kiện thường

CH3

CH3



O



C



CH3

CH3



+



HI



CH3I



+



CH3



CH3



C



OH



CH3



+ Ở điều kiện nhiệt độ cao (đun nóng )

-



CH3

CH3



O



C



CH3



+ 2HI



CH3I



+



(CH3)3CI



CH3

Phản ứng với Oxi

+ Ở nhiệt độ thấp tạo hợp chất peroxyl không bền, dễ gây nổ.



Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 17



+ H2O



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



CH3

CH3



O



C



CH3

CH3



+ O2



CH3



CH3



C



CH2



O



OH



CH3



+ Ở nhiệt độ cao : phản ứng cháy

CH3 – O – C(CH3)3 + 15/2 O2 5CO + 5CO2 + 6H2O +Q

Trong điều kiện phản ứng ở môi trường axit, MTBE gần như trơ với các tác nhân

khác buten, isobutylen, n-butan, isobutan. Điều này làm giảm các sản phẩm phụ và tăng

độ chọn lọc. Tuy vậy do cân bằng có thể chuyển dịch sang phải tạo iso-butylen và

metanol, dẫn tới làm giảm độ chuyển hố. Do đó ta phải lấy MTBE ra khỏi môi trường

phản ứng liên tục để cân bằng chuyển dịch sang trái.



2.2. Ứng Dụng của MTBE

2.2.1. Ứng dụng làm phụ gia cao octan trong xăng nhiên liệu

Hiện nay hơn 95% MTBE sản xuất được dùng làm phụ gia pha trộn vào xăng ,vai

trò chính của nó là làm tăng trị số Octan cho xăng.

Tùy thuộc vào thành phần xăng gốc cần pha trộn ,khi có mặt MTBE với một lượng

thích hợp thì trị số Octan đối với RON có thể đạt được từ 115-125 ,MON có thể đạt được

từ 90-120 .

Sự pha trộn đạt hiệu quả cao nhất khi MTBE trộn với xăng giàu làm lượng paraffin

và ngược laị khi trộn với xăng giàu hàm lượng olefin thì áp xuất hơi bão hồ của xăng

giảm .Hàm lượng chì và hợp chất thơm cũng ảnh hưởng đến trị số Octan của xăng pha

trộn MTBE,bởi vì điểm sơi của MTBE khá thấp .

Ngồi mục đích tăng trị số octan cho xăng . Khi tăng MTBE vào xăng sẽ làm giảm

áp xuất hơi bão hồ của xăng do đó làm giảm tính bay hơi đồng thời khi cháy tạo khí CO

giảm hàm lượng Hydrocacbon không cháy hết . Mặc dù MTBE có nhiệt cháy thấp hơn

một chút so với xăng nhưng khi trộn khoảng 20%V thì nó khơng làm giảm công suất của



Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 18



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



động cơ và tiêu hao nhiên liệu . . Đồng thời có tác dụng làm khởi động động cơ dễ dàng

lúc nhiệt độ thấp và ngăn cản q trình đóng băng bộ chế hòa khí.

Xăng được pha trộn với MTBE thì khơng làm ảnh hưởng đến các chi tiết trong

động cơ như :đệm cao su ,kim loại trong bộ chế hòa khí ,các miếng zoăng .

2.2.2. Những ứng dụng khác

MTBE cũng được sử dụng làm nguyên liệu hoặc các hợp chất trung gian trong

công nghiệp tổng hợp hưũ cơ hoá dầu . MTBE bị bẻ gãy tạo Metanol . Ngồi ra MTBE

còn được làm ngun liệu để sản xuất các hợp chất quan trọng khác như Metacrolein ,

axit Metacrylic , isopren , dùng làm dung mơi trong q trình phân tích và làm dung mơi

triết



2.3. Ưu nhược điểm của MTBE khi sử dụng

2.3.1 Ưu điểm

-



Trị số octan cao.

Độ bay hơi thấp.

Khả năng pha trộn với xăng tốt.

Giảm tạo CO và cháy hết Hydrocabon.

Tính kinh tế khơng phụ thuộc vào sự trợ giá.

Sản phẩm có thể thay thế một chất khác có giá trị tương đương.

Được chấp nhận trên thị trường.



2.3.2. Nhược điểm

-



Nguyên liệu isobutylen khó tìm và đắt tiền.

Độc hạt với mơi trường nước.

Tuy vậy hiện giờ phụ gia MTBE vẫn được đánh giá là một trong những phụ gia được

sử dụng rộng nhất trên thế giới để thay thế cho phụ gia chì



2.4. Chỉ tiêu chất lượng của MTBE.



Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 19



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



Bảng 7: Chỉ tiêu chất lượng MTBE

(MTBE Specifications _Chemistry That Matters_Sabic)



Tồn





Thành phần



Đơn vị



Giá trị



Tiêu chuẩn



Purity



wt %



98 min



ASTM D-5441



C4-hydrocarbons



wt %



0.5 max



ASTM D-5441



C5-hydrocarbons



wt %



1 max



ASTM D-5441



Methanol



wt %



0.7 max



ASTM D-5441



Ter-butyl alcohol



wt %



0.6 max



ASTM D-5441



Di-isobutene



wt %



0.6 max



ASTM D-5441



2.5.

trữ

vận



chuyển MTBE

MTBE là một chất khá an toàn khi tồn chứa và vận chuyển ,khơng gây ăn mòn

thiết bị nó có thể được xử lý như nhiên liệu khác ,hệ thống phân phối hiện nay đều có thể

dùng cho nhiên liệu có chứa MTBE ,do nó có thể hòa tan nước cho dù ở dạng hơi ,nên

cần phải được làm khô thiết bị tồn trữ khi được yêu cầu ,sản phẩm có thể chứa trong các

container khơng kiểm sốt áp suất .Vật liệu của thiết bị tồn chứa có thể làm từ thép

cacbon ,cũng như là nhôm ,đồng ,polyethylene hoặc polypropylene .Teflon ,Buna-N ,cao

su và nhựa nhiên liệu bền có thể được dùng để đóng kín ,làm kín bồn bể chứa .

Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 20



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



MTBE có áp suất hơi 61kPa tại 40°C ,sự bốc hơi ở bồn bể chứa có thể dễ dàng

kiểm soát hoặc ngăn ngừa bằng phương pháp thơng thường .Các biện pháp phòng ngừa an

tồn thơng thường cho chất lỏng dễ bắt cháy phải được sử dụng như việc sử dụng các tác

nhân dập cháy để chống cháy như bình khí CO2 , bọt alcohol bền như Tutogen L được

khuyến khích sử dụng .

Cần chú ý tránh rò rỉ gây ơ nhiễm nguồn nước.



2.6 Nhu cầu và sản lượng MTBE trên thế giới

Ngày nay xã hội phát triển không ngừng, đời sống người dân được nâng cao, các

phương tiện giao thơng tăng nhanh do đó ở các đơ thị lớn tình trạng ơ nhiễm mơi trường

ngày một gia tăng. Trong đó có một ngun nhân do khí thải từ các phương tiện giao

thông, như vậy cần phải giảm nguồn khí thải độc hại từ các phương tiện giao thông, và

người ta đã phải nâng cấp nhiên liệu xăng cho động cơ. Để thực hiện được việc đó cần

phải nâng cao trị số octan của xăng, MTBE là một cấu tử có trị số octan cao được sử dụng

phổ biến nhất hiện nay làm phụ gia nâng cao trị số octan của xăng. Vì thế nhu cầu về sản

phẩm này trên thế giới là rất lớn,dưới đây là bảng nhu cầu về MTBE của một số nước trên

thế giới .

Bảng 8 : Nhu cầu tiêu thụ MTBE của một số nước trên thế giới 1994-1998

(Modeling and simulation of a reactive

distillation unit for production of mtbe; Fahad s. al-Harthi; June 2008 ).



2.7. Yêu cầu về chất lượng MTBE thương phẩm

Do tính chất của sản phẩm chủ yếu được sử dụng là phụ gia trong cầu về độ tinh

khiết của MTBE thương phẩm là 98 – 99 % Wt, còn lại 1 – 2 % bao gồm các sản phẩm

phụ như tert butanol và di-isobuten, metanol dư là các cấu tử ảnh hưởng không đáng kể

đến trị số octan của MTBE trong xăng khi nó được dùng để thay thế phụ gia chì, mà chỉ

Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 21



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



phụ thuộc vào hỗn hợp các Hydrocacbon C 4, và các Hydrocacbon C5 và C6, những cấu tử

này khơng có nhiều lắm trong sản phẩm và phần nhẹ khi được pha vào xăng đảm bảo áp

suất hơi cho xăng, do vậy không cần loại bỏ một cách khắt khe.

Một sản phẩm MTBE thương phẩm thơng thường có thành phần như sau:

Bảng 9 : Thành phần MTBE thương phẩm

(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry )

MTBE



98 – 99 % Wt



Alcol (CH3OH, Tert butanol)



0,5 – 1,5 % Wt



Các Hydrocacbon (C5 và C6)



0,1 – 1 % Wt



Nước



50 – 1500 ppm



Tổng Sunfua



Max 10 ppm



Các chất dư thừa trong hệ bay hơi



Max 10 ppm



-



Về tỷ lệ pha trộn của MTBE vào xăng : Tỷ lệ pha trộn phổ biến là từ 5 -15 % tùy

thuộc vào loại xăng khác nhau và yêu cầu kỹ thuật khác nhau ,nếu tăng tỷ lệ pha

trộn lên quá cao thì sẽ ảnh hưởng đến phẩm chất của nhiên liệu như : nhiệt trị ,áp

suất hơi bão hòa …



Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 22



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



CHƯƠNG 3 : CƠNG NGHỆ TỔNG HỢP MTBE

3.1. Cơ sở lý thuyết tổng hợp MTBE

3.1.1. Cơ sở hóa học

MTBE được tỏng hợp từ phản ứng thuận nghịch của Isobuten và Methanol,phản

ứng được biểu diễn như sau :

CH3

CH3OH + CH3



C



CH2



CH3



CH2



C



O



CH3



CH3



Phản ứng xảy ra trong pha lỏng tại nhiệt độ tương đối thấp (khoảng 50°C ) và áp

suất 0.7÷1.5 MPa trong sự có mặt của xúc tác axit dạng rắn . Có thể sử dụng xúc tác axit

rắn như Betonite, nhưng hay được sử dụng nhất là nhựa trao đổi ion cationit. Trong giai

đoạn gần đây người ta nghiên cứu sử dụng xúc tác zeolit.

Phản ứng là một phản ứng thuận nghịch tỏa nhiệt với ΔH 0298 = -37 kJ/mol ,để tăng

hiệu suất MTBE thì phải dùng dư lượng Methanol hoặc tách sản phẩm liên tục .

Có một vài phản ứng phụ có thể xảy ra trong q trình đó là các phản ứng Hydrat

hóa Isobuten thành Tert –Butyl alcohol ,và q trình dehydrat hóa methanol thành

Dimetyl ete và nước.Tuy nhiên chỉ có một lượng nhỏ những chất này được tạo thành và

hồn tồn có thể khống chế được.

CH3

CH2



CH3



C



+ H2O



CH3 C O H



CH3



CH3



H2SO4



2CH3OH



Vũ Ngọc Đức - 20123024



0



0



t =140



CH3



Page 23



O



CH3 + H2O



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD : PGS.TS.VĂN ĐÌNH SƠN THỌ



3.1.2. Cơ chế phản ứng

Phản ứng tổng hợp MTBE đi từ Isobutene và Methanol chủ yếu dung xúc tác nhựa

trao đổi ion mang tính axit (Amberlyst 15 ) ,cơ chế của phản ứng có đưa ra một các đơn

giản như sau :

Phản ứng xảy ra theo cơ chế ioncacboni ,đầu tiên là proton hóa Isobuten dưới tác dụng

của H+ tạo ion cacboni :

H+



Sau đó Ion cacbonyl này sẽ kết hợp với Methanol:

CH3

CH3



C+ CH3 + CH3OH



CH3



CH3



C



O+ CH3



CH3



H



Và cuối cùng :

CH3

CH3



CH3



C



O+



CH3



H



CH3



CH3



C O CH3 + H+

CH3



Ta có thể biểu diễn dạng tổng quát của cơ chế theo xúc tác Amberlyst 15 :

(CHCH2)n



(CHCH2)n

+

SO3H



CH3OH



CH2



CH3



H3C

CH3

Isobutene



SO3C(CH3)3



Amberlyst 15



Vũ Ngọc Đức - 20123024



Page 24



CH3

O C CH3

CH3



+



Amberlyst 15



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 2- GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM MTBE

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×