1598005355-8175385b9c8404424807f40ff9c50b0a (811200), страница 30
Текст из файла (страница 30)
По технологии «Мо)у(1 — МТС» в Новой Зеландии в 1986 г. введен в действие первый в мире завод по производству бензина из метанола, получаемого на базе природного газа. На этом предприятии производительностью около 600 тыс. т в год синтетического бензина применен процесс со стационарным слоем катализатора. Затраты на сооружение завода составили около 1,5 млрд. долл. [1301. Рост потребности в бензинах с повышенным октановым числом сопровождается в настоящее время ужесточением требований к охране окружаюп!ей среды.
Применение в качестве антидетонациопной добавки тетраэтилсвинца, получившего широкое распространение, приводит к выбросу в атмосферу токсичных веществ и отравлению катализаторов дожига выхлопных газов автомобилей. В таких условиях растет потребность в высокооктановых, особенно низкокипящих компонентах бензина. Перспективным нз них следует считать грет-бутнлметнловый эфир (ТБМЭ)в; это соединение имеет октановые числа 102 по моторному и 117 по исследовательскому методам.
Характеристика ТБМЭ: температура кипения 55,3'С и застывания — 108,6'С; плотность 740,4 кг/мз и теплота сгорания 38,22 МДж)кг; полностью смешивается со всеми углеводородами и стабилен при хранении. Получают его из метанола и изобутена по реакции: СНзОН+ (СНз) яС=СНя аь СНз — Π— С(СНз) з Реакция протекает в присутствии кислотного ионообменного катализатора с большой скоростью и отличается высокой селективностью. Из-за обратимости реакции для лучшей конверсии изобутена используется избыток метанола. В то же время отношение метанол; изобутен должно быть достаточно низким, чтобы затраты на извлечение и рецикл непрореагировавшего метанола не были слишком велики.
Необходимо строгое соблюдение температурного режима процесса, что обеспечивается постоянным отводом тепла экзотермической реакции; в противном случае при температуре выше 125'С начинается олигомеризация изобутена. В соответствии со стехиометрией для получения 1 т ТБМЭ требуется затратить 0,4 т метанола и 0,6 т изобутена. В одностадийном процессе легко достигается 90 — 96о(о-я степень конверсии изобутена. Более высокую степень конверсии— до 99Р)о можно достичь в двухстадийном процессе, в котором после первой стадии из реакционной массы отделяется образо- а Называемый ранее в технической литературе метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ).
118 Рпс. 8.8. Схема процесса производства ТБМЭ фирмы "Нй)в"; у — подогреватель; у — реакторы; 3 — колоииа отгоики фракции си 4 — колоииа отгоики метаиала; у — метаиол; ы — фракция со 1ы — вода; гу — пао; у — отработаииая фракция сс у!в лариаит !11; чистый ТБМЭ; У!! — ввоиаит П, тБМЭ при меиыией каиверсии изабу. теиа; Ю11 — ввриаит 1, смесь ТБМЭ с бугаи-бутеиами вавшийся ТБМЭ, а на второйстадии остаточный изобутен вновь взаимодействует с метанолом. Основными источниками изобутена для производства трегбутилметилового эфира служат фракции Са пиролиза и каталитического крекинга (содержание изобутена 35 — 50% и 15— 25% соответственно), которые пока лишь частично используются в качестве сырья для получения нефтехимических продуктов н моторного алкилата.
Первая в мире промышленная установка по производству трет-бутилметилового эфира мощностью 100 тыс. т в год была введена в действие в 1973 г. в Италии, и с тех пор выпуск его в разных странах быстро рос, достигнув в 1985 г. мирового производства ж2,5 млн. т. Суп(ествует несколько вариантов промышленных процессов получения этого продукта.
Наибольшее распространение получили процессы фирм «Бпашргойе111» (Италия) и «Нй!з» (ФРГ) 11311. В процессе фирмы «Бпашргоде(11» трет-бутилметиловый эфир получают в трубчатом реакторе со стационарным слоем катализатора при температуре 40'С и давлении 0,4 МПа. Степень превращения изобутена при использовании фракции Са каталитического крекинга составляет 60 — 80%, а в случае пиролизной фракции Са достигает 97 — 98%. В схеме процесса фирмы «Н01Б» (рис. 3.8) установлены два последовательно соединенные реактора со стационарным слоем катализатора, что обеспечивает более высокую конверсию изобутена и позволяет четко регулировать температуру процесса.
Реакционная смесь содержит около 60% (масс.) трет-бутнлметилового эфира, непревращенпые бутены, а также небольшое количество метанола. Ее можно направить непосредственно на смешение Н9 361 665 О,!71 120 с бензином (вариант 1). Для получения более чистого продукта 1до 98% (масс.)) из реакционной смеси отгоняют бутан-бутены (вариант П). Если же отогнать еще и остаточный метанол н возвратить его в реактор, можно повысить степень конверсии изобутена до 98%, а чистоту трет-бутилметилового эфира — до 98,87а (масс.) (вариант П1).
Состав продуктов, получаемых в процессах названных фирм, н основные расходные показатели таковы 11311: Содержание в продуктах «бпатпргояець «НП1з» реакции, «7« (масс.): трет-бузил метил оного 98 — 99 99,35 эфира углеводородов С, 0,1 0,05 метанола 0,1 О,!О диизобутена 0,5 трет-бутанола 0,5 0,20 воды 5.10-« 2.10-« Расход иа 1 т ТБМЭ, кт: метанола 392 изобутена 647 Энергетические затраты на 0,086 1 т ТБМЭ, т у.т. в том числе: пар, т 1,0 0,4 охлаждающая вада, и' 60 26 электроэнергия, кВт ч 18 6 Термический к. п. д., % 90 89 Отработанную фракцию Сь содержащую бутан-бутены, после выделения из нее метанола и дополнительной очистки от примесей можно направить на алкилирование, что позволит за счет получения высокооктанового моторного алкилата расширить ресурсы бензина и улучшить его фракционный состав.
Сернокислотной гидратацией линейных бутенов можно получить втор-бутанол, также являющийся высокооктановой добавкой к бензинам. Сырьевая база производства трет-бутилметилового эфира может быть значительно расширена за счет фракций С4 попутного и природного газов с одновременным получением метанола на основе метана. Для получения изобутена и-бутан следует подвергнуть изомеризации и дегидрированию. Этот путь связан с повышенными затратами из-за большого числа стадий переработки, но при интеграции отдельных установок в единую комплексную схему можно оптимизировать использование многочисленных циркуляционных потоков между стадиями, тем самым обеспечить максимальную реализацию отходящих газов и повысить выход целевых продуктов и термический к.п.д.
их производства. 3.5. ТОПЛИВА ИЗ БИОМАССЫ Использование биомассы в энергетических целях — комплексный процесс, включающий выращивание и сбор биологических веществ, различные методы их подготовки и переработки в жидкие, газообразные и твердые топлива. Биомасса является возобновляемым ресурсом, а переработка сельскохозяйственных, лесных и бытовых отходов способствует охране окружающей среды от загрязнений. Растительная биомасса представляет собой сложную смесь различных соединений. В расчете на сухое вещество в ней содержится 5 — 30% водорастворимых соединений (сахара, крахмал, мочевина, соли), 5 — 40% протеинов, 25 — 90% целлюлозы и гемицеллюлозы, 5 — 30% лигнина, 1 — 13% нерастворимых в воде неорганических соединений (золы). Растительная биомасса характеризуется высоким содержанием кислорода, достигающим 40%, пренебрежимо малым содержанием такого нежелательного элемента, как сера.
К недостаткам биомассы как сырья для получения моторных топлив относятся рассредоточенность ее запасов и необходимость поддержания экологического равновесия. Сырая биомасса отличается высокой влажностью (30 — 90в1а). Энергоплотность сырой биомассы колеблется в пределах 1 — 15 ГДж/мз, н даже после сушки ее теплота сгорания остается относительно низкой — 16 — 24 ГДж/т. Превращение биомассы в топлива, пригодные для непосредственного использования, осуществляется термохнмическими нли биохимическими процессами. К термохимическим процессам переработки относятся прямое сжигание, пиролиз, газификация и экстракция масел, к биохимическим — ферментация и анаэробное разложение.
Перед переработкой биомасса обычно проходит стадии подготовки, включающие измельчение, сушку и др. При переработке биомассы в моторные топлива наибольший интерес представляет газификация с получением синтез- газа (преобразуемого затем в метанол или углеводороды), а также ферментация с получением этанола.
Процесс получения синтез-газа во многом аналогичен газификации угля (см. раздел 3.2). При газификации древесины при 300 С в присутствии кислорода образуется в основном диоксид углерода. При повышении температуры до 600'С получают смесь, в которой помимо СОз присутствуют водород, оксид углерода, метан, пары спиртов, органических кислот и высших углеводородов. Выход газообразных продуктов при этом не превышает обычно 40% (масс.) на сырье. В связи с меньшими энергетической плотностью и теплотой сгорания биомассы газификация ее менее эффективна, чем газификация угля. Поэтому, несмотря на проводимые во многих странах нбследовательские и конструкторские 12! работы в этой области, процессы газификации биомассы пока не получили широкой промышленной реализации.
Ферментация (сбраживание) биомассы известна давно и получила большое распространение во всем мире. Она основана на способности микроорганизмов, прежде всего дрожжей, расщеплять простые сахара в отсутствие кислорода до этанола и диоксида углерода; С6Нм06- 2С~НзОН+2СО,.
Простые сахара в виде сахаровы (димеров глюкозы и фруктозы) непосредственно ферментируются в этанол. Они, однако, содержатся в достаточной концентрации лишь в небольшом числе растений, прежде всего в сахарном тростнике и сахарной свекле. В некоторых сельскохозяйственных культурах (картофеле, кукурузе и других зерновых) довольно много крахмала, представляющего собой олигомер глюкозы. В древесине и растительных сельскохозяйственных отходах сахара содержатся в виде целлюлозы и гемицеллюлозы. Олигомеры н полимеры сахаров перед ферментацией превращают в моносахариды путем гидролиза: (С~НмОД вЂ” жа Н2Π— ~- аСвНиОь Крахмал и гемицеллюлоза гидролизуются в сравнительно мягких условиях с использованием сильно разбавленных кислот, тогда как для разложения целлюлозы требуются более концентрированные кислоты и повышенные температуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
