Как компании зарабатывают деньги. Производство метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ)

ПАО «Нижнекамскнефтехим». Фото ПАО «СИБУР»
Сегодня завершаем обзор продуктов НКНХ. Последним в списке продукции на продажу — метил-трет-бутиловый эфир, известный под ёмким сокращением МТБЭ.
МТБЭ — один из важнейших представителей класса простых эфиров — соединений с функциональным звеном С-О-С (углерод-кислород-углерод). МТБЭ находит широкое применение как высокооктановая антидетонационная присадка к автомобильным бензинам. Эфир производится производится из изобутилена и метанола по обратимой реакции: iС4Н8 + СН3ОН ↔ СН3ОС(СН3)3.
Причем этот процесс идет настолько селективно, что изобутилен нет нужды выделять из сырьевых смесей (бутан-бутиленовой фракции — продукта каталитического крекинга), поскольку метанол реагирует только с изобутиленом. Это обстоятельство используется для удаления изобутилена из углеводородных смесей «с пользой» — получением ликвидного продукта.
Действующие производства МТБЭ в РФ однотипны, технологические схемы различаются в небольших деталях, отдельных конструктивных узлах. Технология производства МТБЭ состоит из следующих основных стадий:
— синтеза МТБЭ;
— выделения МТБЭ-ректификата (дебутанизацию);
— отмывку возвратной изобутановой фракции от метанола;
— выделения метанола из метанольной воды, в отдельных случаях термического обезвреживания.
В качестве сырья — фракции С4 — используется бутан-бутиленовая фракция  — её НКНХ закупает на нефтеперерабатывающих заводах. Метанол также покупной — производства этого продукта на НКНХ нет. Дозировку метанола устанавливают в зависимости от содержания изобутилена в нефтяном сырье.
Смешанный поток метанола и фракции С4 подогревается в теплообменнике до температуры 20-60 °С и поступает в параллельно работающие трубчатые реакторы синтеза МТБЭ.
Синтез МТБЭ протекает в жидкой фазе при давлении 7-13 атм. и температуре не более 70 °С в присутствии твердого кислотного катализатора. Катализатором обычно выступает сульфированная ионообменная смола. В качестве катализаторов используют выпускаемые в промышленности ионообменные смолы типа «Пьюролайт», «Амберлист», «Леватит», КУ-2ФП и др. Реакция синтеза МТБЭ является обратимой и экзотермической, поэтому для сдвига химического равновесия в сторону образования продуктов от реакционной зоны отводят тепло. Для снятия тепла реакции и поддержания температурного режима синтеза в межтрубное пространство реактора синтеза МТБЭ подается охлажденный до 40-65°С паровой конденсат (тёплая вода, говоря по-бытовому).
Реакционная смесь из нижней части реактора синтеза МТБЭ подается в ректификационную колонну, где верхом отгоняют пары С4 углеводородов, содержащие метанол в виде азеотропной (нераздельнокипящей) смеси, которая охлаждается в конденсаторах оборотной водой до температуры 35°С. Образующийся углеводородный конденсат частично возвращается в ректификационную колонну в виде флегмы (орошения), а избыток подается на водную отмывку фракции С4 от метанола в колонну отмывки. Несконденсированные углеводороды поступают в сепаратор, откуда газовая фаза стравливается на факел. Кубовый продукт ректификационной колонны — товарный МТБЭ, откачивается на склад.

Так выглядит секция ректификации на производстве МТБЭ на другом заводе СИБУРа — «ЗапСибНефтехим» в Тобольске. Фото ПАО «СИБУР»
Отработанные углеводороды С4 поступают в колонну отмывки. Колонна работает под давлением, создаваемым парами углеводородов, которое находится в пределах 3-5 атм. Отмытая от метанола отработанная фракция С4 с верха колонны отмывки поступает в емкость, где происходит отстой унесенной воды, и далее откачивается на склад — теперь в бутан-бутиленовой фракции нет изобутилена, и её можно использовать для производства каких-нибудь полимеров.
Промывная вода из куба колонны отмывки содержит растворённый метанол. Этот раствор подается в колонну на ректификацию, где при давлении верхом отгоняются пары метанола, конденсируются и собираются в емкости, откуда метанол частично подается на орошение колонны, а избыток метанола возвращается в процесс синтеза МТБЭ. На некоторых установках метанольную воду ввиду ее малого количества целесообразно направлять на термическое обезвреживание — стоки сжигают в топке печи, распыляя при помощи форсунок. Дымовыми газами таких топок часто обогревают котёл, вырабатывающий пар — на химическом производстве пар всегда пригодится.

Помоги Михалычу найти арматуру на байпасной линии. — Вот же она, Михалыч! Фото ПАО «СИБУР»
Теперь о цифрах. Мощность Нижнекамскнефтехима по производству МТБЭ составляет 100 тыс. тонн/год. Загруженность — в зависимости от потребностей рынка в бензине, поскольку производство товарных бензинов — основной потребитель продукта. Вообще МТБЭ в России производят довольно много, вот есть хорошая табличка по мощностям:

Отмечу лишь:
1. Тобольск-Нефтехим (теперь входит в ЗапСибНефтехим), Сибур-Химпром, Нижнекамскнефтехим — это дочерние компании СИБУР.
2. Уралоргсинтез принадлежит компании Эктос-Волга.
3. Тольяттикаучук — Татнефть
4. Уфимский НПЗ — Башнефть
5. Московский НПЗ и Омский НПЗ — Газпромнефть
6. Ангарская НХК, Куйбышевский НПЗ и Сызранский НПЗ — Роснефть.
Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) представляет собой высокооктановый кислородосодержащий компонент, который используется как добавка в бензины для улучшения ряда их эксплуатационных свойств, в том числе экологических — в выхлопных газах образуется меньше оксида углерода CO. Кроме того МТБЭ является популярным заменителем ароматических присадок к бензинам — значит и канцерогенной ароматики в выхлопных газах меньше. Благодаря добавлению этого компонента происходит компаундирование базовых бензинов и обеспечивается значительное улучшение детонационных свойств моторных топлив, так как МТБЭ — кислородсодержащее соединение, а значит вероятность детонации (неполного сгорания) снижается.
Помимо основной сферы применения как бензиновой присадки, МТБЭ используется в органической химии, как относительно недорогой растворитель со свойствами, сравнимыми с диэтиловым эфиром, но с более высокой температурой кипения и меньшей растворимостью в воде. Как растворитель, МТБЭ обладает одним явным преимуществом перед большинством эфиров — он имеет гораздо меньшую склонность к образованию взрывоопасных органических пероксидов. Он широко используется в качестве растворителя в промышленности, где из соображений безопасности и правил работа с диэтиловым эфиром или другими эфирами намного сложнее и дороже. МТБЭ как растворитель используется в нефтеперерабатывающей промышленности для депарафинизации парафинистых нефтяных фракций, и также в качестве растворителя жиров, масел, восков, отдушек, смол, красителей, камедей и углеводородов.
Максимально допустимая законодательно объёмная доля МТБЭ в бензинах Европейского союза — 15 %, в Польше — 5 %, в России — 15 %. Мировое производство и потребление МТБЭ находится на уровне 20-22 млн тонн/год.
На 2004 год производство в США составляло половину мирового выпуска. 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 этил-трет-бутилового эфира (ЭТБЭ) почти в три раза, ну и к росту производства сырья для его получения (этанола). Если кто ещё не понял — скажу прямо. ЭТБЭ — ближайший химический аналог МТБЭ, и по свойствам (в том числе токсическим) максимально близок к нему. Просто так работает коррупция лоббизм в США — запрещаем Бибу, разрешаем Бобу. Через 40 лет поменять местами. Или раньше, если денег занесут.
В Евросоюзе крупнейшее производство МТБЭ размещено в Роттердаме (Нидерланды) и в Бельгии. Динамика производства в Европе повторяет ситуацию в США. Но в целом МТБЭ — продукт востребованный во всём мире, Россия немало его экспортирует, поскольку он всяко экологичнее, чем присадки к бензинам на основе ароматических аминов.