So sánh MTBE và ETBE

Thread Content

So sánh MTBE và ETBE: Các chất làm tăng chỉ số octan của xăng (chất phụ gia) là một khía cạnh của công nghệ tạo ra xăng có chỉ số octan cao. Có ba loại chất phụ gia được sử dụng để cải thiện chất lượng xăng theo quy định của Hoa Kỳ, đó là: a) MTBE (metyl tert-butyl ether), b) ethanol (EtOH), và c) ETBE (ethyl tert-butyl ether). ETBE, ethanol và MTBE đều là những chất cải thiện nhiên liệu xăng, hay còn gọi là chất phụ gia. Trộn chúng vào xăng theo một tỷ lệ nhất định không chỉ giúp cải thiện chất lượng xăng mà còn góp phần bảo vệ môi trường. (Không chì, không gây ô nhiễm). (1) MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether): Eter metyl-terti-butyl – Lượng MTBE có thể được sử dụng tối đa là 15% về thể tích. Đây là một loại ether thuộc nhóm aliphatic; công thức phân tử của nó là C5H12O, khối lượng phân tử là 88,14. Độ đặc của nó ở nhiệt độ 20°C là 0,741; độ nhớt ở cùng nhiệt độ này là 0,27. MTBE có mùi giống ether. Methyltert-butyl ether (MTBE) là chất cải thiện chỉ số octan thuộc nhóm ether được phát triển và ứng dụng sớm nhất. Kể từ năm 1979, khi Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ phê duyệt việc sử dụng MTBE làm chất phụ gia trong xăng không chì, nó đã được sử dụng rộng rãi tại Hoa Kỳ để pha chế xăng. Điểm sôi của MTBE khá thấp; việc cho MTBE vào xăng sẽ làm giảm nhiệt độ trong dải chưng cất của xăng. Hiệu ứng này mang lại lợi ích kinh tế lớn cho các nhà máy lọc dầu sản xuất xăng có chỉ số octan cực cao. Hiện nay, MTBE (ether metyl tert-butyl) là chất được sử dụng phổ biến. Do khó sản xuất, nhiều quốc gia, kể cả nước tôi, đều phải nhập khẩu chất này. Trong những năm gần đây, các nghiên cứu khoa học đã phát hiện ra những nhược điểm của MTBE: chất này khó bị phân hủy, và gây ô nhiễm cho nước ngầm ； Nó có mùi hôi nhẹ, khiến người lái cảm thấy khó chịu, có thể gây buồn nôn, đau mắt và xuất hiện các phát ban. Mỹ gần đây đã thông qua một “đạo luật nhiên liệu sạch”, theo đó MTBE sẽ bị cấm sử dụng trong vòng 4 năm tới. Phần lớn sự tăng trưởng về sản lượng ethanol ở châu Âu dự kiến sẽ đến từ dạng ethyl tert-butyl ether (ETBE). (2) ETBE (Ethyl Tertiary Butyl Ether): Etyl tert-butyl ether – Lượng có thể được thêm vào là tối đa 17% về thể tích. Nó được tạo ra bằng cách trộn ethanol 47% với isobutylene 53%. Cũng giống như MTBE, việc thêm ETBE vào xăng cũng tương đương với việc thêm ethanol vào xăng. ETBE không chỉ hiệu quả hơn MTBE trong việc nâng cao chỉ số octan của xăng, mà còn có thể được sử dụng như chất dung môi phụ. ETBE có điểm sôi cao, không tạo thành hợp chất đồng sôi khi trộn với các hydrocarbon. Như vậy vừa có thể giảm lực cản khí bên trong động cơ, vừa giúp giảm mức độ tổn thất do quá trình bay hơi. ETBE có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật hiếu khí, nhưng MTBE thì không. ETBE không chỉ giúp nâng cao chỉ số octan của xăng, mà còn khiến cho tính kinh tế và độ an toàn của xăng tốt hơn so với xăng chứa MTBE. Do đó, ETBE có tiềm năng thị trường rất lớn. Kết luận so sánh: A. So với MTBE, ETBE không chỉ giúp nâng cao chỉ số octan của xăng mà còn có thể được sử dụng như chất hòa tan phụ. Hơn nữa, nó giúp tăng tính kinh tế và độ an toàn của xăng, so với xăng chứa MTBE. B. ETBE có điểm sôi cao; khi trộn với các hợp chất hydrocarbon thì không tạo thành hợp chất đồng sôi. Như vậy vừa có thể giảm lực cản khí bên trong động cơ, vừa giúp giảm mức độ tổn thất do quá trình bay hơi. C. Phạm vi chưng cất của ETBE và isooctane khá hẹp; điều này giúp cải thiện chỉ số khả năng vận hành của chúng (Drivability Index) ； DI) và việc kiểm soát VOC (chất hữu cơ dễ bay hơi) khi pha trộn. D. ETBE có chỉ số octan cao, áp suất hơi thấp, và độ hòa tan trong nước cũng thấp hơn so với MTBE. Do đó, ETBE phù hợp hơn ethanol để được sử dụng làm chất phụ gia chứa oxy trong xăng. Vì vậy, ETBE có tiềm năng thị trường rất lớn. 3. Tình hình hiện tại của công nghệ tổng hợp ETBE (chi tiết xem “Phụ lục 2”). Công nghệ chưng cất xúc tác là hướng phát triển của công nghệ sản xuất ETBE. Ngoài ra, công nghệ thu hồi ethanol cũng là một thành phần quan trọng trong công nghệ này. Hiện nay, công nghệ sử dụng màng khí hóa để thu hồi ethanol có mức tiêu thụ năng lượng thấp, vì vậy triển vọng của công nghệ này khá tốt. Hiện nay, công nghệ sản xuất ETBE ở nước ngoài đã rất phát triển. Các công ty sở hữu công nghệ này trên thế giới bao gồm IFP của Pháp, CDTECH của Mỹ, ARCO, UOP, và Phillips. Ở Trung Quốc, có không nhiều đơn vị nghiên cứu công nghệ sản xuất ETBE; hầu hết các nghiên cứu vẫn còn ở giai đoạn thí nghiệm nhỏ. Khi MTBE dần bị cấm, việc nghiên cứu về ETBE ngày càng nhận được sự chú ý từ mọi người. Hiện nay, công nghệ tổng hợp các hợp chất ether ở nước ngoài đã rất phát triển; MTBE, TAME và ETBE đều được sản xuất trên quy mô công nghiệp. Ở Trung Quốc, chỉ có MTBE được sản xuất trên quy mô công nghiệp lớn. Công nghệ tổng hợp TAME đang trong giai đoạn ứng dụng thực tế, còn công nghệ tổng hợp ETBE vẫn còn ở giai đoạn nghiên cứu. ETBE thường được sản xuất bằng cách cho isobutylene trong hỗn hợp C4 phản ứng với ethanol dưới tác động của chất xúc tác axit. Đây là phản ứng giải phóng nhiệt; trong sản xuất công nghiệp, người ta thường sử dụng chất xúc tác dạng nhựa trao đổi ion có cấu trúc lỗ rộng. Phản ứng phụ chủ yếu là sự dimer hóa và thủy hóa của ethylenedibutene. Xét về hình thức bình phản ứng, công nghệ sản xuất ETBE có thể được chia thành công nghệ giá đỡ cố định và công nghệ chưng cất xúc tác. Sử dụng công nghệ giá thể cố định, thiết bị đơn giản và dễ vận hành. Tuy nhiên, tỷ lệ chuyển hóa isobutylene bị hạn chế bởi cân bằng nhiệt động học; mức cao nhất chỉ đạt 92% (ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao). Hơn nữa, nhiệt sinh ra trong quá trình phản ứng không được tận dụng. Công nghệ chưng cất xúc tác phá vỡ trạng thái cân bằng nhiệt của phản ứng, giúp tỷ lệ chuyển hóa isobutylene đạt trên 99,5%. Sản phẩm C4 sau quá trình ether hóa gần như không chứa isobutylene nữa; vì vậy có thể sử dụng nó để sản xuất các nguyên liệu hóa chất cơ bản như 1-butene, butadiene, v.v. Ngoài ra, nhiệt sinh ra từ phản ứng được sử dụng để tách các sản phẩm ra khỏi nhau, từ đó giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng. Do đó, công nghệ tổng hợp ETBE bằng phương pháp chưng cất xúc tác có tính cạnh tranh cao hơn trong sản xuất công nghiệp; yếu tố then chốt của công nghệ này chính là phương pháp lắp đặt chất xúc tác trong tháp chưng cất xúc tác. Công nghệ chưng cất xúc tác là hướng phát triển của công nghệ sản xuất ETBE. Ngoài ra, công nghệ thu hồi ethanol cũng là một thành phần quan trọng trong công nghệ này. Hiện nay, công nghệ sử dụng màng khí hóa để tách và thu hồi ethanol có mức tiêu thụ năng lượng thấp, vì vậy rất có triển vọng. Hiện nay, công nghệ sản xuất ETBE ở nước ngoài đã rất phát triển. Các công ty sở hữu công nghệ này trên thế giới bao gồm IFP của Pháp, CDTECH của Mỹ, ARCO, UOP, và Phillips. Ở Trung Quốc, có không nhiều đơn vị nghiên cứu công nghệ sản xuất ETBE; hầu hết các nghiên cứu vẫn còn ở giai đoạn thí nghiệm nhỏ.