مقایسه MTBE و ETBE

Thread Content

مقایسه MTBE و ETBE: افزودنی‌های بهبوددهنده اکتان سوخت، یکی از جنبه‌های فناوری سوخت‌های با اکتان بالا هستند. سه نوع افزودنی قانونی برای بنزین در ایالات متحده وجود دارد، که عبارتند از: الف) MTBE (استر متیل-تر‌بوتیل)، ب) اتانول (EtOH) و ج) ETBE (استر اتیل-تر‌بوتیل). ETBE، اتانول و MTBE همگی افزودنی‌ها یا تقویت‌کننده‌های این نوع بنزین هستند. مخلوط کردن آن‌ها با بنزین در نسبت مناسب، نه تنها عملکرد بنزین را بهبود می‌بخشد، بلکه محیط زیست را نیز پاکسازی می‌کند. (بدون سرب، بدون آلایندگی). (۱) MTBE (متیل ترتیاری بوتیل اتر): متیل ترتیاری بوتیل اتر – حداکثر مقدار قابل افزودن آن ۱۵ درصد حجمی است. MTBE یک اتر آلیفاتیک است؛ فرمول شیمیایی آن C5H12O، وزن مولکولی آن ۸۸.۱۴ است. چگالی آن در دمای ۲۰ درجه سانتی‌گراد ۰.۷۴۱ و چسبندگی آن در همین دما ۰.۲۷ می‌باشد. این ماده دارای بوی اتر است. اتر متیل-تری‌بوتیل (MTBE) اولین اتر به عنوان ماده‌ای برای بهبود اکتان‌شمار است که توسعه یافت و مورد استفاده قرار گرفت. از زمانی که سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده در سال ۱۹۷۹ استفاده از MTBE به عنوان افزودنی در بنزین بدون سرب را تأیید کرد، این ماده به طور گسترده در ایالات متحده برای تهیه بنزین استفاده شده است. نقطه جوش MTBE نسبتاً پایین است؛ افزودن آن به بنزین، باعث کاهش دمای محدوده تقطیر بنزین می‌شود. این اثر، سودآوری قابل توجهی برای کارخانه‌های تقطیری که بنزین با اکتان بسیار بالا تولید می‌کنند، به همراه داشته است. در حال حاضر، MTBE (اتر متیل-تری‌بوتیل) به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ به دلیل دشواری تولید آن، بسیاری از کشورها، از جمله کشور ما، وابسته به واردات آن هستند. در سال‌های اخیر، تحقیقات علمی معایب MTBE را کشف کرده‌اند: این ماده به راحتی تجزیه نمی‌شود و باعث آلودگی آب‌های زیرزمینی می‌گردد ； بوی کمی دارد که باعث ناراحتی راننده می‌شود و می‌تواند علائمی مانند تهوع، درد چشم و بروز آفت‌های پوستی ایجاد کند. ایالات متحده اخیراً «قانون سوخت‌های پاک» را تصویب کرده است که بر اساس آن، MTBE در ۴ سال آینده ممنوع خواهد شد. انتظار می‌رود بخش عمده‌ای از رشد اتانول در اروپا از طریق اتیل تری‌بوتیل اتر (ETBE) حاصل شود. (۲) ETBE (اتیل ترتیاری بوتیل اتر): اتیل ترتیاری بوتیل اتر – حداکثر مقدار قابل افزودن آن ۱۷ درصد حجمی است و از ترکیب ۴۷ درصد اتانول و ۵۳ درصد ایزوبوتیلن تهیه می‌شود. همانند MTBE، افزودن اتیل ترتیاری بوتیل اتر به بنزین، معادل افزودن اتانول به بنزین است. ETBE نه تنها از نظر بهبود اکتان‌سن بنزین بهتر از MTBE است، بلکه می‌تواند به عنوان حلال مشترک نیز مورد استفاده قرار گیرد. نقطه جوش ETBE بالاست و هنگام مخلوط شدن با هیدروکربن‌ها، ترکیبات مشترک جوش تولید نمی‌کند. به این ترتیب، هم مقاومت هوایی در موتور کاهش می‌یابد و هم اتلاف ناشی از تبخیر کمتر می‌شود. ETBE توسط میکروارگانیسم‌های هوازی قابل تجزیه است، اما MTBE چنین نیست. ETBE نه تنها باعث افزایش شاخص اکتان بنزین می‌شود، بلکه از نظر کارایی و ایمنی نیز بهتر از بنزین حاوی MTBE است؛ بنابراین پتانسیل بازار بسیار خوبی دارد. نتیجه مقایسه: الف. در مقایسه با MTBE، ETBE نه تنها باعث افزایش شاخص اکتان بنزین می‌شود، بلکه می‌تواند به عنوان حلال مشترک نیز استفاده شود. علاوه بر این، از نظر کارایی و ایمنی، بهتر از بنزین حاوی MTBE است. ب. نقطه جوش ETBE بالاتر است و هنگام مخلوط شدن با هیدروکربن‌ها، ترکیبات مشترک جوش تولید نمی‌کند. به این ترتیب، هم مقاومت هوایی در موتور کاهش می‌یابد و هم اتلاف ناشی از تبخیر کمتر می‌شود. ج. محدوده تقطیر ETBE و ایزواکتان باریک‌تر است که می‌تواند شاخص قابلیت رانندگی (Drivability Index) را بهبود بخشد ； کنترل DI) و VOCها (مواد آلی فرار) هنگام مخلوط‌سازی. دی. ETBE دارای اکتان‌شمار بالاتر، فشار بخار کمتر و حلالیت کمتر در آب نسبت به MTBE است؛ بنابراین نسبت به اتانول، گزینه مناسب‌تری برای استفاده به عنوان افزودنی اکسیژن‌دار در بنزین محسوب می‌شود. در نتیجه، ETBE پتانسیل بازار بسیار خوبی دارد. ۳. وضعیت فعلی فناوری سنتز ETBE (برای اطلاعات بیشتر به «پیوست ۲» مراجعه کنید). فناوری تقطیر کاتالیزی، جهت توسعه فناوری تولید ETBE محسوب می‌شود؛ همچنین، فناوری بازیابی اتانول نیز بخش مهمی از فناوری تولید ETBE است. در حال حاضر، فناوری بازیابی اتانول از طریق فیلترهای تبخیر نفوذی، دارای مصرف انرژی کمی بوده و آینده خوبی دارد. در حال حاضر، فناوری تولید ETBE در کشورهای خارجی بسیار پیشرفته شده است. شرکت‌های بین‌المللی که دارای این فناوری هستند عبارتند از: انجمن نفت فرانسه (IFP)، شرکت CDTECH آمریکا، شرکت ARCO، شرکت UOP و شرکت Phillips. تعداد واحدهای داخل چین که در زمینه فناوری تولید ETBE تحقیق می‌کنند، چندان زیاد نیست و اکثر آن‌ها در مرحله آزمایش‌های کوچک قرار دارند. با ممنوعیت تدریجی MTBE، تحقیقات در زمینه ETBE بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. در حال حاضر، فناوری سنتز اترها در کشورهای خارجی بسیار پیشرفته است و MTBE، TAME و ETBE همگی به صورت صنعتی تولید می‌شوند. در چین، تنها MTBE به صورت صنعتی در مقیاس بزرگ تولید می‌شود؛ فناوری سنتز TAME در مرحله پیاده‌سازی صنعتی قرار دارد، در حالی که فناوری سنتز ETBE هنوز در مرحله تحقیقاتی است. ETBE معمولاً از واکنش ایزوبوتیلن موجود در ترکیب C4 با اتانول، تحت تأثیر کاتالیزورهای اسیدی، تولید می‌شود. این واکنش یک واکنش تخلیه‌کننده گرماست و در تولید صنعتی، عمدتاً از رزین‌های تبادل یونی سولفاتی با منافذ بزرگ به عنوان کاتالیزور استفاده می‌شود. واکنش‌های جانبی عمدتاً دوگانه‌سازی و هیدراتاسیون اتیلن بوتیلن هستند. از نظر ساختار راکتور، فناوری تولید ETBE را می‌توان به فناوری بستر ثابت و فناوری تقطیر کاتالیزی شده تقسیم کرد. با استفاده از فناوری بستر ثابت، تجهیزات ساده و کار با آن آسان است؛ اما نرخ تبدیل آیزوبوتیلن تحت محدودیت تعادل ترمودینامیکی قرار دارد و حداکثر تا ۹۲٪ (در شرایط دما و فشار بالا) قابل دستیابی است. علاوه بر این، گرمای حاصل از واکنش نیز استفاده نمی‌شود. فناوری تقطیر کاتالیزی، تعادل ترمودینامیکی واکنش را برهم می‌زند؛ نرخ تبدیل ایزوبوتیلن می‌تواند بیش از ۹۹.۵٪ باشد. C4 پس از اترسازی، تقریباً فاقد ایزوبوتیلن است و می‌توان از آن برای تولید مواد خام شیمیایی مانند ۱-بوتیلن و بوتادیئن استفاده کرد. همچنین، گرمای حاصل از واکنش برای جداسازی محصولات به کار می‌رود و مصرف انرژی را کاهش می‌دهد. بنابراین، فناوری سنتز ETBE از طریق تقطیر کاتالیزی در تولید صنعتی رقابتی‌تر است و کلید این فناوری، روش بارگذاری کاتالیست در برج تقطیر کاتالیزی است. فناوری تقطیر کاتالیزی، جهت توسعه فناوری تولید ETBE محسوب می‌شود؛ همچنین، فناوری بازیابی اتانول نیز بخش مهمی از فناوری تولید ETBE است. در حال حاضر، فناوری بازیابی اتانول از طریق فیلترهای تبخیر نفوذی، دارای مصرف انرژی کمی بوده و پتانسیل خوبی برای استفاده دارد. در حال حاضر، فناوری تولید ETBE در کشورهای خارجی بسیار پیشرفته شده است. شرکت‌های بین‌المللی که دارای این فناوری هستند عبارتند از: انجمن نفت فرانسه (IFP)، شرکت CDTECH آمریکا، شرکت ARCO، شرکت UOP و شرکت Phillips. تعداد واحدهای داخل چین که در زمینه فناوری تولید ETBE تحقیق می‌کنند، چندان زیاد نیست و اکثر آن‌ها در مرحله آزمایش‌های کوچک قرار دارند.