Метил-трет-бутиловый эфир.Свойства, назначение. Основная реакция процесса получения МТБЭ, побочные продукты

Мети́л-трет-бути́ловый эфи́р (трет-бутилметиловый эфир, 2-метил-2-метоксипропан, МТБЭ) — химическое вещество с химической формулой СН₃—O—C(СН₃)₃, один из важнейших представителей простых эфиров.

Физические свойства

· Температура кипения 54—55 °C при 764 мм рт. ст.;

· d²⁰₄ 0,7578; n²⁰_D 1,37566;

· Растворимость в воде — низкая.

· Азеотропные смеси с водой (52,6 °C) и метанолом (51,3 °C)

Плотность при 20 °С — 0,7405.Коэффициент преломления при 20 °С — 1,3690.Удельная теплоёмкость — 2,1 кДж/кг·К.Теплота парообразования — 332,5кДж/кг.Растворим в этаноле, диэтиловом эфире, плохо — в воде (4,6 % при 20 °С).Образует азеотропные смеси: с метанолом (МТБЭ — 85 % мас.), температура кипения — 52 °С; с водой (МТБЭ — 96 %мас.), температура кипения — 52,6 °С.При нагревании выше 460С, а также при нагревании с катализатором разлагается на метанол и изобутилен.Пероксидных соединений не образует.Температура вспышки минус — 27 °С.Температура самовоспламенения — 443 °С.Концентрационные пределы воспламенения — 1,4 — 10 %.Предельно- допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны −100 мг/м³.Предельно- допустимая концентрация в атмосфере населенных мест — 0,1мг/м³.Хорошо растворяется в бензине в любых соотношениях, практически не растворяется в воде, не ядовит.Топливные характеристики: Октановое число по исследовательскому методу — 115—135. Октановое число по моторному методу — 100—101.

Производство

Получается при взаимодействии метанола с изобутиленом в присутствии кислых катализаторов (например, ионообменных смол).

Синтез МТБЭ в присутствии кислотного катализатора осуществляется путём алкилирования метанола изобутиленом по обратимой реакции: iС₄Н₈ + СН₃ОН ↔ СН₃ОС(СН₃)₃, Реакция протекает в жидкой фазе с выделением тепла. Тепловой эффект реакции составляет 41,8 кДж/моль. Равновесие реакции смещается вправо при повышении давления и снижении температуры. Процесс синтеза МТБЭ ведут при температуре от 50 до 100 °С и давлении, необходимом для поддержания реагентов в жидкой фазе. При правильно подобранных режимах побочные реакции можно практически полностью подавить, обеспечив селективность процесса 98 % и выше.

На 2004 год производство в США составляло половину мирового выпуска, на 1999 год произведено более 8,5 млн т. во время использования его в качестве добавки к топливу. Однако (из-за утечек из подземных хранилищ на территории США) МТБЭ был запрещён различными инстанциями, и с конца 2006 года его производство начало сокращаться. Вообще в США в конце 90-х гг. началась мощная кампания за запрет использования МТБЭ в составе автомобильных бензинов. Особо интенсивно эта кампания проводилась в штате Калифорния, в котором запрет на применение МТБЭ предполагалось ввести в 2003 г., однако позднее эта дата была перенесена на январь 2004 г. При этом сохраняется требование о содержании кислорода в автомобильном бензине на уровне 2 %, что привело к росту потребления этанола с 13,9 тыс. т/сутки в 2000 г до 30,8 тыс. т/сутки в 2005 и 2010 гг., соответственно^[1].Во многих штатах загрязнение водоносного горизонта МТБЭ вызывает серьёзные опасения. Большинство поставщиков бензина отказались от его использования в пользу этил-трет-бутилового эфира в связи с налоговыми льготами производителям.В Евросоюзе на 2003 год произведено около 2,6 млн т, крупнейшее производство размещено в Роттердаме (в 2004 году произведено более 1 млн т. — 90 % производства Голландии), в Бельгии производство составляет около 387 тыс. т. в год. Динамика производства в Европе повторяет ситуацию в США.В целом мировое производство и применение эфира на 2006 год продолжает расти и имеет значительные перспективы.

Применение

Применяется в качестве добавки к моторным топливам, повышающей октановое число бензинов (антидетонатор). Максимально допустимая законодательно объемная доля МТБЭ в бензинах Европейского союза — 15 %, в Польше — 5 %, в России — 15 %^{[источник не указан 1140 дней][2]}. В России в среднем составе бензинов содержание МТБЭ составляет до 6 % для АИ92 и до 15 % для АИ95, АИ98^{[источник не указан 1140 дней]}.

МТБЭ широко применяется в производстве высокооктановых бензинов, при этом выступает как нетоксичный, но менее теплотворный высокооктановый компонент и как оксигенат (носитель кислорода), способствующий более полному сгоранию топлива и предотвращению коррозии металлов. Мировое потребление МТБЭ находится на уровне 20-22 млн т. в год.

Подготовка сырья МТБЭ

Основным сырьём МТБЭ на нефтеперерабатывающих заводах является бутан-бутиленовая фракция (ББФ) после каталитического крекинга, которую необходимо очищать от сернистых соединений. Сернистые соединения в ББФ представлены в основном метил- и этилмеркаптаном, очистка от которых осуществляется их щелочной экстракцией и последующим окислением тиолятов с применением гомогенных или гетерогенных катализаторов в присутствии кислорода воздуха с получением дисульфидного масла.