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637-92-3 / 乙基叔丁基醚的发展趋势及可行性分析

甲基叔丁基醚(MTBE)曾有一段时间被认为是不可替代的高辛烷值汽油组分,被称为80年代“第三代石油化学品”。但MTBE极易溶于水,不易被土壤吸附,不易从水中挥发和萃取,被污染的地下水十年间渗透几百米而基本上不降解,比苯的降解时间还长。且其对人体黏膜及呼吸道有刺激作用,会引起呕吐、恶心、头晕等不适症状;对肾和肝脏有伤害作用,被人体吸收后可能导致癌症,被美国环保局暂定为致癌物质。对我国而言,MTBE并没有被限制,但国内炼油厂在继续使用MTBE的同时,也应根据当前的实际情况考虑其被禁止使用后的替代品。

乙基叔丁基醚(ETBE)是一种性能优良的高辛烷值汽油调和组分,不仅能提高汽油辛烷值,还能作为共溶剂使用。具有沸点高、易分解、与烃类物质相混不生成共沸化合物等优点。其既可以减少发动机内的气阻,又可降低蒸发损耗,使汽油的经济性和安全性都得以改善。因此ETBE是一种具有很大市场潜力的优良添加剂。随着美国加州MTBE的逐渐被禁用,ETBE的研究被人们所关注。

1、ETBE发展历程

过去炼厂生产的汽油辛烷值达不到要求时,可通过添加剂来提高辛烷值,初用四乙基铅,但后来发现其会污染空气及扩散铅,危害人体,已于70年代被辛烷值约116的MTBE所取代。直至1996年美国加州发现地下水遭MTBE污染,且动物实验证实长期暴露于高浓度的MTBE将诱发各种癌症,因此开展了寻求替代品的研究。

MTBE的替代品主要可分为醇类(甲醇与乙醇)与醚类(如:TAME与ETBE)等两种。其中甲醇毒性较高,且车辆的引擎供油系统需经改装或调整才可使用,而甲基叔戊基醚(TAME)目前全球的产量尚不足,均不适合作为汽油添加剂。生物乙醇作为取代MTBE之汽油添加剂主要有两种情况:纯乙醇和用47%乙醇与53%异丁烯合成ETBE。

在我国,乙醇可利用发酵的方法从甘蔗、玉米等农作物及木质纤维素中得到,缺点是制取能耗大、成本高。ETBE与MTBE同属醚类,性质相似,可直接替代MTBE而不需修改引擎供油系统。

目前,ETBE由乙醇和异丁烯合成,它避免了使用乙醇所带来的诸多问题,如使汽油挥发性增高等。ETBE作为含氧化合物调人汽油可使汽油燃烧更清洁。MTBE、ETBE与生物乙醇三者相比较,优缺点各一,具体见表1。

乙基叔丁基醚的发展趋势及可行性分析

2、ETBE的发展趋势

目前ETBE的发展主要体现在欧美和日本等地区,各地区的发展起步时间有所不同,趋势却明显。

2.1欧洲地区

欧洲地区所使用的ETBE主要是利用生物乙醇与异丁烯来合成的的,只有极少是直接以纯乙醇进行掺配,因此欧洲地区生物乙醇消量的增长主要归功于ETBE的大量使用。法国率先于1994年将ETBE作为汽油的添加剂,随后西班牙与德国亦分别于2000年与2004年开始使用。

2.2美国

自20世纪90年代后期在美国加州地区的地下水中发现含MTBE后,MTBE被美国环保局以污染水质为由,被列为可能的致癌物质,并禁止使用。而美国是MTBE消费大国,这将使MTBE产业受到威胁,MTBE装置本身的生存将受到严峻考验。从而迫切希望一种能代替MTBE用作汽油添加剂,而并不需面临修改引擎供油系统等问题的物质。ETBE与MTBE同属醚类,性质较为相似,且MTBE装置本身不需改造即可转产ETBE。因此,其应用市场潜力较大,发展趋势明显。

2.3日本

2006年初日本政府发表修正日本生物能策略,除定2030年生物乙醇的产量要达600万公斤的目标外,并提出推广生物燃料必要的技术发展,包括:降低原料及交通成本、发展资源作物及提高生物燃料转换率等。日本炼制者协会于2007年初组合进口ETBE之合资企业,并于3月从法国进口3000公斤ETBE,并在日本大的炼油商——日本石油公司的横滨厂进行掺配,于关东地区的50座加油站中出售。由于日本方面认为ETBE将可解决纯乙醇油气挥发问题,故日本石油协会预计2007~2008年间ETBE掺配总量将达12000公斤,并于2010~2011年推广到汽油总销售量20%(中国工业生物技术讯息网)。日本石油公司也于2007年4月宣布,将在半年内开始将年产量10公吨的MTBE制造设备改产ETBE,并于2009年秋季开始生产ETBE。

3、我国生产ETBE的可行性分析

我国生产ETBE的可行性应从技术、市场、经济和管理等方面来分析。从技术方面来看:国内有关ETBE生产技术的研究不多,大多处于小试阶段。齐鲁石化研究院对混合C4中的异丁烯与乙醇催化蒸馏合成ETBE的全流程进行了可行性研究开发。初步研究结果表明,异丁烯转化率大于99%。杨伯伦等开发了以叔丁醇代替异丁烯,与乙醇在常压液态下合成ETBE的新工艺路线,用渗透蒸发膜及时分离生成的水以提高ETBE收率;该技术为ETBE合成开辟了新的原料来源,具有一定的技术可行性。

从市场方面来看:ETBE目前尚未发现类似MTBE的环保和对人体伤害等问题,且由于MTBE转产ETBE的可能性,ETBE的市场应用潜力较大,具有市场可行性;从经济方面来看:ETBE以乙醇为原料会带给农民经济效益,但生产成本高;从财务方面来看:ETBE应用推广的大阻力是原料乙醇价格昂贵,生产成本高,导致ETBE价格较高,若有政府补贴,ETBE应用推广是应该是可行的;从管理方面来看:ETBE与MTBE性质近似,不需修改引擎供油系统就可直接生产,节省成本,具有管理可行性。

4、结语及展望

ETBE具有调和辛烷值高、易与汽油混合、沸点高、能减低汽油的挥发性、对环境污染少、原料乙醇无毒等优点,因而既可使发动机内的气阻减少,又可使汽油的蒸发损失降低。

我国是一个汽油燃料消费大国,随着政府投入的加大,国内有关ETBE生产技术的研究深入,不仅可以为终获得ETBE作为车用燃料添加剂商业许可证提供技术依据,加快我国ETBE作为车用燃料添加剂推向市场的步伐,而且具有重大的经济社会效益。目前国外ETBE生产技术已经十分成熟,国内应加快这一技术的研究开发,早日实现产业化。