Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 12
1.1 Нефтегазовый комплекс мира и России. Альтернативные энергоресурсы. Состояние и перспективы 12
1.1.1 Ресурсы и добыча нефти и газа 12
1.1.2 Альтернативные энергоносители 17
1.1.3 Гидроэнергетика 18
1.1. 4 Атомная энергетика 20
1.1.5 Метан угольных пластов. Сланцевый газ. Битуминозная нефть 21
1.1.5.1 Метан угольных пластов 21
1.1.5.2 Сланцевый газ 22
1.1.5.3 Битуминозная нефть 23
1.1.6 Биоэнергетика 23
ГЛАВА 2. Химмотоллогическая характеристика нефтяных и альтернативных моторных топлив 26
2.1 Химмотологическая характеристика моторных топлив 26
2.1.1 Теплофизическая характеристика топлив 27
2.2 Требования к характеристикам автомобильного бензина и дизельного топлива 29
2.3 Классификация альтернативных моторных топлив 30
2.4 Спирты как альтернатива нефтяным моторным топливам 32
2.4.1Метанол 32
2.4.2 Этиловый спирт 36
2.4.3 Бутиловый спирт 43
2.5 Химмотологические свойства биоспиртов по сравнению с автобензинами 47
2.6 Эфиры 47
2.6.1 Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) 48
2.6.2 Этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ) 53
2.6.3 Диметиловый, диэтиловый и дибутиловый эфиры 55
2.7 Рапсовое масло как биодизельное топливо 58
2.7.1Основы технологии производства биодизельных топлив 60
2.7.2 Химмотологические свойства рапсового масла и его эфира 62
2.8 Катализаторы синтеза эфиров 66
2.9 Химизмы и механизмы каталитических реакций синтеза биоэфиров 72
ГЛАВА 3. Объекты и методы исследований каталитического синтеза эфиров из биоспиртов 76
3.1 Характеристика сырья и реагентов 76
3.2 Методы исследования 78
3.2.1Очистка спиртов 78
3.2.2 Подготовка катализаторов 78
3.2.2.1 Получение воздушно-сухих Н+-форм катионита КУ-2ФПП 78
3.2.2.2 Высушивание до постоянной массы катионита КУ-2ФПП 79
3.2.2.3 Высушивание в вакууме катионита КУ-2ФПП 79
3.3 Методика исследований кинетических закономерностей каталитического синтеза эфиров из биоспиртов 79
3.4 Методика анализа продуктов реакции (эфиров и спиртов) 81
3.5 Критерии оценки эффективности цеолитсодержащих катализаторов и сульфокатионита КУ-2ФПП 82
ГЛАВА 4. Кинетические закономерности каталитического синтеза эфиров из биоспиртов 83
4.1 Теоретические основы синтеза дибутилового эфира из биобутанола.. 83
4.2 Выбор кислотного катализатора синтеза дибутилового эфира 85
4.2.1 Влияние температуры на выход дибутилового эфира 85
4.2.2 Влияние технологических параметров процесса получения ДБЭ на цеолите H-USY и сульфокатионите КУ-2ФПП 86
4.2.3 Влияние скорости подачи сырья на основные показатели процесса получения дибутилового эфира 90
4.3 Получение этил-трет-бутилового эфира (ЭТБЭ) 91
ГЛАВА 5. Разработка принципиальной технологической схемы установки получения дибутилового эфира 94
Основные выводы 99
Литература
- Альтернативные энергоносители
- Требования к характеристикам автомобильного бензина и дизельного топлива
- Получение воздушно-сухих Н+-форм катионита КУ-2ФПП
- Влияние скорости подачи сырья на основные показатели процесса получения дибутилового эфира
Альтернативные энергоносители
Россия – одна из немногих стран мира, которая не только полностью обеспечивает свои потребности в энергоресурсах, но и экспортирует их в другие страны (например, в союзные республики бывшего СССР и страны Западной и Восточной Европы, Китай). В таблице 1.6 приведена динамика добычи нефти и газа по объемам переработки нефти в России и СССР за 1990 – 2008 гг. Добыча и объем переработки нефти за 1990-1995 гг. упали в 1,7 раза. Такое кризисное положение в НГК России обусловливалось, прежде всего, отходом государства от объединяющих и координирующих функций и контроля за деятельностью возникших нефтегазовых компаний, которые, прикрываясь «рыночной экономикой», приобрели за бесценок государственную собственность и природные ресурсы страны. При этом основной целью «хозяев» стало получение максимальной прибыли от экспорта энергоресурсов, а не планомерное развитие НГК в интересах всех россиян. Нефтегазовые компании практически перестали финансировать программы по модернизации НПЗ с целью углубления переработки нефти и повышения качества нефтепродуктов. После распада СССР в России не было построено ни одного НПЗ нового поколения (за исключением около 200 мини-НПЗ). С начала XXI в. Россия интенсивно наращивает добычу нефти, несмотря на ограниченность ее запасов ( 7 млрд.т) [17].
Россия, экспортируя более половины произведенной нефти, все более становится нефтегазосырьевым придатком развитых стран. Большинство отечественных месторождений нефти ныне находится на стадии исчерпания активных рентабельных запасов. Непрерывно растет обводненность нефтяных месторождений, которая, в среднем по России составляет 82%. Низок среднесуточный дебит одной скважины (около 7 т). Только высокая цена нефти на мировом рынке позволяет временно считать такие дебиты рентабельными. Высока изношенность оборудования нефтегазового комплекса страны. В ближайшем будущем Россия обречена работать с трудноизвлекаемыми и малодебитными месторождениями нефти. Из-за недальновидного свертывания геолого-разведочных работ (так, объем разведочного бурения с 1990 по 2005 гг. упал в 4 раза) очень мала вероятность ввода в разработку новых крупных Западно-сибирских высокодебитных месторождений в ближайшие два-три десятилетия. В этой связи нельзя считать оправданной проводящуюся руководством страны и нефтяными компаниями политику резкого ускорения темпов добычи нефти без компенсации восполнения ее ресурсов (прирост запасов нефти упал до 0,6 т на 1 т добычи нефти против 1,5 т/г в годы бывшего СССР), что приведет к хищнической выработке остаточных запасов и серьезным негативным последствиям для экономики следующих поколений россиян. Назрела необходимость для законодательного установления ограничительных квот как на добычу, так и экспорт нефти и газа [18].
Мировые потенциальные запасы углей (бурых и каменных) оцениваются в 11 трлн. т, из которых 826 млрд. т относят к промышленно извлекаемым (таблица 1.7). Четыре страны мира – США, Россия, Китай и Индия – владеют 68% ресурсами углей. На 8 стран мира приходится около 90% от общемировых запасов углей: кроме США, России, Китая и Индии, еще Южная Африка, Австралия, ЮАР, Украина и Казахстан. В десятку обладателей крупных ресурсов углей входят Германия и Польша.
По запасам углей Россия занимает 2-е место в мире после США. Из общих запасов более 90% составляют энергетические угли и менее 10% – дефицитные коксующиеся угли, необходимые для металлургии[19].
После 2000 г. в условиях снижения и стабилизации нефтедобычи мировая добыча угля, хотя и медленно, но непрерывно возрастала. К 2009 г. она достигла 7,0 млрд. т/г. Как видно из таблицы 1.8, более половины мировой добычи угля приходится на две великие державы мира США и Китай 58%. По объемам добычи угля Россия находится на 5-м месте после Китая, США, Индии и Австралии. Более 100 млн. т угля добывается в ЮАР, Германии, Польше и Индонезии [19].
Из таблиц 1.7 и 1.8 следует вывод о том, что при нынешнем уровне добычи угля и прогнозах его добычи в XXI веке разведанные на 01.01.2010 г. запасы угля будут исчерпаны до конца нынешнего века [19].
Гидроэнергия – это крупнейший в мире источник возобновляемой энергии, используемый для производства электричества. На 2006 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 88 % возобновляемой и до 20 % всей электроэнергии в мире. Установленная гидроэнергетическая мощность достигает 777 ГВт.
Абсолютным лидером по выработке гидроэнергии на душу населения является Исландия. Кроме не этот показатель наиболее высок в Норвегии (доля ГЭС в суммарной выработке – 98 %), Канаде и Швеции. В Парагвае 100 % производимой энергии вырабатывается на гидроэлектростанциях. Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии. На 2008 год крупнейшими производителями гидроэнергии (включая переработку на ГАЭС) в абсолютных значениях являются следующие страны [20]
Требования к характеристикам автомобильного бензина и дизельного топлива
Метанол в качестве топлива имеет преимущества перед бензином. К преимуществам можно отнести высокое октановое число, отсутствие в отработанных газах оксидов серы и снижение на 1/3 выбросов оксидов азота. Давление насыщенных паров, по Рейду, чистого метилового спирта приблизительно в два раза ниже, чем у бензина, и риск образования паровых пробок минимален. Однако наличие компонентов в метанольном топливе ведет к некоторым осложнениям с холодным запуском двигателя, поэтому к чистому метанолу добавляли небольшое количество более летучих компонентов. В начале прошлого столетия некоторые старые автомобили, например Ford, эксплуатировались на чистом метаноле. Долгие годы метанол использовали в гоночных автомобилях из-за его высокой детонационной стабильности и возможности увеличения мощности за счет повышения степени сжатия [58-60].
Впервые метанол был обнаружен еще в середине XVII в. Робертом Бойлем при изучении продуктов перегонки дерева. Однако в чистом виде метиловый спирт, получаемый этим способом, был выделен только через 200 лет: тогда впервые удалось очистить его от примесей сопутствующих веществ, прежде всего, уксусной кислоты и ацетона. В 1857 г. Марселен Бертло получил метанол омылением метилхлорида.
Исторически известно несколько способов получения метанола: - сухая перегонка древесины и лигнина; - термическое разложение формиатов; - синтез из метана через метилхлорид с последующим омылением; - неполное окисление метана на катализаторах или без таковых под давлением [61].
Современный промышленный метод получения метанола - каталитический синтез из оксида углерода (II) (CO) и водорода (H2) по следующей схеме: СО +2Н2 = СН3ОН +90,72кДж. Остальные технологии (перегонка каменного угля, торфа, шепы и другого сырья) обходятся примерно в 2 раза дороже и имеют второстепенное значение. Современная технологическая схема получения метилового спирта из природного газа включает в себя следующие основные стадии: - очистка природного газа от соединений серы путем их гидрирования до сероводорода с последующей адсорбцией последнего оксидом цинка (ZnO); - конверсия природного газа в синтез-газ (паровая, пароуглекислая, парокислородная или парокислородно-углекислотная); - непосредственно сам синтез метанола на медьсодержащих катализаторах при 200 – 3000С и давлении 4-15МПа. Смесь на выходе из реактора содержит 3 – 5% метилового спирта. После охлаждения смеси и конденсации метанола-сырца оставшийся газ подают обратно в реактор. Метанол-сырец помимо метанола (94 – 99%) содержит также воду, бутиловые, амиловые спирты, пропанол и ряд других примесей; - ректификация метанола-сырца [62 – 64].
Основными потребителями метанола в мире являются промышленно развитые страны. Цены на природный газ имеют принципиальное значение для развития производства метанола. В последнее десятилетие рост его производства происходил главным образом в странах, располагающих дешевым природным газом (например, Тринидад и Тобаго, Чили). В перспективе мощности по производству метанола в странах и регионах с дешевым природным газом будут расти.
В настоящее время метанол является сырьем главным образом для химической промышленности.
В структуре потребления метанола существует три основных направления, на долю которых приходится более 60% общего потребления данного продукта, – это производство формальдегида, кислот и МТБЭ.
По оценке специалистов, дальнейший активный рост производства метанола будет вызван внедрением новых технологий, предполагающих использование метанола при производстве диметилового эфира в качестве топлива для прямого сжигания, а также для изготовления топливных элементов.
Кроме того, потребление метанола будет расти в связи с ростом химического и мебельного производств. В последние годы в качестве перспективы применения метанола рассматривается коммерческое внедрение технологии «от метанола к олефинам» («МТО») – трансформации метанола в олефины с целью получения пластических масс (полиэтилена и полипропилена) [65,66].
В мире производится метанола свыше 36 млн. т/год, при этом на Россию из них приходится порядка 3 млн. т/год, т. е. 8,3% [60]. Так, в 2006 г. общероссийское производство метанола составило 3150 тыс. т, что на 7,2 % превышает показатель 2005 г. (2936 тыс. т). Мощности по производству метанола в среднем были загружены всего на 85,9 %. Тем не менее в 2007 г. они были увеличены до 4141 тыс. т [68].
Сегодня метанол выпускают девять предприятий [67]. При этом специализируются на производстве данного продукта ОАО «Метафракс» и ООО «Сибметахим». Остальные предприятия выпускают азотные удобрения, и метанол здесь является дополнительным продуктом при производстве аммиака.
Крупнейшим в России производителем метанола является ОАО «Метафракс», находящееся в г. Губаха Пермской области, на долю которого приходится около 25% российского объема производства метанола. Синтез метанола из оксида углерода и водорода проходит на медьсодержащем катализаторе по технологии английской фирмы IСI [64]. Исходными компонентами для получения метанола являются природный газ и пар.
Вторым крупнейшим отечественным производителем метанола является ОАО «Тольяттиазот» (г. Тольятти, Самарская область). В 2006 г. в ОАО «Тольяттиазот» была увеличена выработка метанола на 6 % (до 407 тыс. т), а КФК – на 20 % (до 36,7 тыс. т) по сравнению с 2005 г. В конце 2006 г. была завершена программа модернизации производства метанола. В результате в технологическом процессе стал использоваться диоксид углерода, за счет чего производительность установки увеличилась на 15 % [68].
Третьим в рейтинге мощностей по производству метанола является ООО «Сибирская метанольная химическая компания» (ООО «Сибметахим»), расположенная в г. Томске. Производственные мощности предприятия по выпуску метанола составляют 750 тыс. т в год [68].
В обзорах [69 – 74] указывается, что в условиях дефицита традиционных нефтяных моторных топлив метанол является наиболее вероятным потенциальным заменителем бензина среди других возможных продуктов. Моторные топлива, содержащие до 20 % метанола, обладают хорошими антидетонационными свойствами, пониженным расходом горючего, меньшей эмиссией вредных веществ и улучшенными эксплуатационными свойствами по сравнению с чистым бензином.
Основным недостатком метанола является его сильная токсичность (воздействует на зрение и нервно-сосудистую систему). В организм человека метанол поступает через дыхательные пути, неповрежденную кожу. Действие паров метанола вызывает раздражение слизистых оболочек глаз, высокую подверженность заболеваниям верхних дыхательных путей, головные боли, звон в ушах, дрожание, невриты, расстройства зрения [75]. Он обладает коррозионной активностью по отношению к ряду конструкционных материалов, несовместимостью с резинотехническими материалами [2]. В этой связи применение метанола в качестве компонента моторных топлив запрещено.
Получение воздушно-сухих Н+-форм катионита КУ-2ФПП
Положительное влияние на эти процессы могут оказать подогрев впрыскиваемого топлива (до 70C), увеличение давления впрыскивания топлива ( до 80 МПа), интенсификация турбулизации воздушного заряда (с использованием поршня объемно-настильного типа и др.), что позволит улучшить процессы испарения и смесеобразования.
Кроме того, как и в случае применения биоэтанолов, топливоподающая система дизелей применительно к растительным маслам и их эфирам должна выполняться в антикоррозионном исполнении, а биотоплива должны содержать антикоррозионные, антиокислительные, депрессорные и иные присадки.
Подводя итоги, отметим следующие преимущества биодизеля по сравнению с нефтяным дизельным топливом: 1) снижение выбросов вредных веществ на 25 – 50%; 2) высокая биоразлагаемость; 3) отсутствие серы в топливе; 4) хорошо смешивается с нефтяными топливами и не расслаивается даже при наличии растворенной воды; 5) выполняет одновременно роль смазки, что обуславливает более длительный срок службы форсунок; 6) снижение до минимума парникового эффекта; 7) неисчерпаемость ресурсов исходного сырья, а Россия богата землей для выращивания биоресурсов и производства компонентов моторных топлив растительного происхождения.
Синтез эфиров-оксигенатов осуществляют, применяя гомогенные и гетерогенные катализаторы кислотно-основного типа. В качестве катализаторов выступают минеральные кислоты: серная, фосфорная, соляная, борная, катализаторы типа Фриделя-Крафтса, органические сульфокислоты, гетерополикислоты (ГПК) и их соли. Серная кислота – наиболее эффективный катализатор. Так, например, в процессе венгерской фирмы МАФКИ при синтезе МТБЭ с использованием 10 – 50% серной кислоты в интервале температур 50-1200С и давлении 1 – 2 МПа конверсия изобутилена в эфир достигает 93 – 98 % [136].
Фосфорная, борная и органические кислоты более слабые и требуют при синтезе более высокой температуры (до 150С), что неблагоприятно по термодинамическим соображениям, так как с повышением температуры равновесие смещается в сторону разложения эфира. Кроме того, происходит снижение селективности из-за усиления побочных реакций димеризации треталкенов и образования диметилового эфира, обладающих более высокой температурой образования по сравнению с основными реакциями. ГПК и их соли представляют собой комплексные соединения анионного типа, включающие гетерополианионы, построенные из металлокислородных октаэдров МО6 как основных структурных единиц, и один или несколько гетероатомов X, расположенных в центре аниона (центральные атомы). Октаэдры МО6 соединены между собой и образуют каркас гетерополианиона. В качестве катионов могут выступать ионы водорода или металла. С точки зрения практической значимости наибольшее внимание уделяется ГПК структуры Кеггина (ХМ12), Доусона (Х2М18) [137] и Декстера-Сильвертона [138]. Было изучено влияние состава и структуры перечисленных ГПК на их каталитическую активность в жидкофазном синтезе МТБЭ при 135С и давлении 1,5 МПа в течение одного часа. Конверсия изобутилена составила 66 %, а селективность по 95 – 100% [139].
Общими недостатками гомогенных катализаторов являются высокая корозионная агрессивность среды и связанная с этим необходимость использования оборудования из дорогостоящих материалов, а также низкая селективность процесса и трудности выделения катализаторов из реакционных смесей [136].
В качестве гетерогенных катализаторов применяются оксидные катализаторы как кислого (оксиды алюминия, железа, никеля и других металлов в присутствии минеральных кислот [140]), так и основного (оксид магния в присутствии гидроокиси калия) характера, активированные угли с функциональными сульфо- и карбоксильными группами [141], цеолиты [142 – 147], органомолибденовые соединения, минеральные ГПК и их соли на твердом носителе [148], ионообменные смолы [149].
Недостатком оксидных катализаторов является более слабый характер их каталитического действия по сравнению с минеральными кислотами, а следовательно, необходимость применения повышенных температур (около 100С) при синтезе эфиров, что неблагоприятно по термодинамическим соображениям.
Сульфоугли, предварительно активированные обработкой сильной минеральной кислотой, обладают низкой объемной емкостью и слабой механической прочностью [136].
Исследования каталитических свойств ГПК и их серебряных и медных солей, нанесенных на твердый носитель (активированный уголь, оксиды кремния, алюминия, магния) , что синтез метилтреталкиловых эфиров на этих катализаторах протекает с высокой селективностью (95 – 100%), хотя конверсия треталкенов в основной реакции невысокая. Так, например, для образца Ag ГПК/С при 500С выход МТБЭ составил 76 %, а селективность - 100 % . Причем, активность самой кислоты значительно выше активности ее солей, а селективность зависит от пористости носителя, которая уменьшается в ряду SiO2 Al2O3 MgO [143]. Таким образом, использование ГПК и их солей в качестве катализаторов синтеза метилтреталкиловых эфиров дает возможность создать высокоэффективное и экологически безопасное производство. Использование этих катализаторов ограничено сложной технологией их приготовления.
Синтез МТБЭ на синтетических цеолитах типа ZSM-5, ZSM-11 проводится как в паровой (давление атмосферное), так и в жидкой фазе (давление 1,4 – 2,1МПа) при температуре 80 – 110С. В паровой фазе выход МТБЭ значительно ниже, чем в жидкой (около 86 – 90 %), однако селективность гораздо выше (это объясняется низкой скоростью реакции изобутилена). С увеличением кислотности цеолита активность реакции синтеза эфиров увеличивается [99]. Недостаточная кислотность устраняется при насыщении цеолитов трифторуксусной кислотой или органической сверхкислотой [151]. Известно, что цеолиты обладают высокой термостойкостью и селективностью. Использование в производстве эфиров не нашло распространения из-за необходимости применения более высокой температуры и в большинстве случаев периодической окислительной регенерации.
В настоящее время наиболее эффективными катализаторами синтеза эфиров являются сульфированные ионообменные смолы. Самыми распространенными катализаторами являются сульфокатиониты со стиролдивинилбензольной матрицей. Среди них отмечаются сульфокатиониты клеевой структуры с невысокой удельной поверхностью (около 1 м2/г), например Дауэкс-50 (аналог отечественного КУ-2), и макропористые с развитой удельной поверхностью (20 – 400 м2/г), такие как Амберлист-15, вофатит, очтион и другие аналоги отечественного КУ-23.
Основные трудности, возникающие при использовании сульфокатионитов в промышленности для получения эфиров, связаны с потерей ими гидродинамических свойств этого катализатора. НИИ мономеров для синтетического каучука (НИИМСК) создал высокоэффективные формованные ионитные катализаторы, имеющие в отличие от стандартных катионитов большие размеры гранул и высокую механическую прочность.
В 1984 г. было предложено использовать модифицированные катиониты и бифункциональные катализаторы. Модификация катионита проводится путем замещения части (10 – 30 %) сульфогрупп катионами металлов Ni, Fe, Cr, Сu, Co, Zn с целью подавления побочных реакций при синтезе эфиров.
Влияние скорости подачи сырья на основные показатели процесса получения дибутилового эфира
По результатам проведенных лабораторных исследований для синтеза ДБЭ в качестве катализатора рекомендуется ультрастабильный цеолит марки H-USY.
Технологическая схема установки синтеза ДБЭ представлена на рисунке 5.1. Установка состоит из следующих технологических аппаратов: одного жидкофазного реактора проточного типа, запасного реактора для регенерации катализатора (на схеме не показан), дегидратора (Д), трубчатой печи (П), ректификационной колонны (К) и сепаратора (С), а также теплообменников, конденсатора-холодильника и центробежных насосов.
Исходное сырье - бутиловый спирт и циркулят, непревращенный бутанол и продукт его дегидратации бутилены, после нагрева в трубчатой печи до требуемой температуры поступают в реактор Р-1 или Р-2. Реакторы работают попеременно, один на реакцию, другой на регенерацию, для регенерации катализатора предполагается реактор Р-2 (на схеме не показан). Реактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат со стационарным слоем катализатора, где осуществляются слабо экзотермические реакции каталитического синтеза. Для поддержания требуемого температурного режима после Р-1 вводится часть циркулята в качестве квенчинга.
Далее катализат подвергается обезвоживанию в дегидраторе, представляющем собой цилиндрический горизонтальный аппарат, по конструкции, аналогичный применяемым на нефтепромыслах и установках ЭЛОУ НПЗ. Обезвоженный катализат затем нагревается в трубчатой печи и поступает в ректификационную колонну для фракционирования. Часть нагретого катализата подается в нижнюю часть колонны, где легколетучие бутилены используются в качестве испаряющего агента.
С верха К паровая бутиленовая фаза после охлаждения и конденсации в воздушном и водяном конденсаторах поступает в сепаратор, где сверху отводятся образующиеся в процессе побочные газы, а снизу – вода. В сепараторе поддерживается давление 0,7 МПа с целью конденсации паров бутиленов воздухом и водой без применения специальных хладоагентов. Часть конденсата поступает на верх К в качестве острого орошения, а другая часть насосом подается в в реактор Р-1 в качестве квенчинга. Непрореагировавший бутанол выводится из К боковым погоном и вместе с конденсатом из сепаратора направляется на смешение с исходным сырьем.
С низа колонны отводится целевой продукт установки – дибутиловый эфир, который после охлаждения в теплообменнике и холодильнике поступает в товарные резервуары.
Как видно из рисунка 5.1, технология предлагаемой перспективной установки не сложна; как низкотемпературный процесс не требует больших энергетических затрат. Особенно важно, что на установке не потребляется в качестве сырья и реагентов нефтяной энергоресурс. Следовательно, это производство можно организовать на гидролизных предприятиях в любом регионе страны в виде комбинированных установок гидролиза биобутилового спирта и каталитического синтеза ДБЭ. Разумеется, актуальность внедрения подобных производств будет возрастать по мере истощения запасов нефти, особенно в постнефтяном этапе энергетики мира и России. Дибутиловый эфир – достаточно эффективный октаноповышающий компонент (оксигенат) товарных автобензинов. Более эффективно его применение как цетаноповышающий компонент дизельных топлив (вместо нынешних алкилнитратов). Кроме того, очень важно, что при производстве и применении биотоплив в целом не происходит роста содержания в атмосфере парникового газа - диоксида углерода, ограничиваемого в соответствии с
Материальный баланс установки получения топливного дибутилового эфира из биобутанола представлен в таблице 5.1. Таблица 5.1 – Материальный баланс установки получения топливного дибутилового эфира из биобутанола
Технология производства этил-третбутилового эфира как по режимным параметрам, так и по аппаратурному оформлению почти аналогична установке синтеза дибутилового эфира; отличается тем, что в качестве исходного сырья используется смесь спиртов – биоэтанола и биобутанола.
1 Из анализа современного и перспективного состояния топливноэнергетического комплекса мира и России показано, что в связи с исчерпанием ресурсов нефтегазового сырья и всевозрастающим обострением глобальной экологической обстановки наиболее актуальной проблемой становится производство и применение альтернативных моторных топлив из возобновляемых биоресурсов.
2 Показано, что по химмотологическим свойствам наиболее эффективным и экологичным компонентом моторных топлив являются эфиры, получаемые каталитическим синтезом из биоспиртов: биоэтанола и биобутанола.
3 Рассмотрены химизмы и механизмы кислотного катализа реакций синтеза биоэфиров этерификацией спиртов с изобутиленом и межмолекулярной дегидратацией биобутанола и его смеси с биоэтанолом.
4 Разработана и применена лабораторная экспериментальная установка проточного типа для исследований закономерностей синтеза эфиров межмолекулярной дегидратацией спиртов на кислотных катализаторах: модифицированных цеолитах Y и сульфокатионите КУ-2ФПП.
5 Разработаны теоретические и технологические основы каталитического синтеза дибутилового эфира из возобновляемого углеводородсодержащего сырья – биобутанола.
6 Предложены оптимальные параметры проведения синтеза дибутилового эфира на кислотных катализаторах. Наиболее оптимальной областью проведения процесса является интервал температур от 80 до 900С при скорости подачи сырья W=0,5ч-1. На цеолите H-USY достигается максимальный выход дибутилового эфира и составляет 75,3%масс.
