Universitatea POLITEHNICA BucureştiFacultatea de Chimie Aplicată si Ştiinţa Materialelor

PROCESUL DE OBŢINERE A

ETIL TERŢ BUTIL ETERULUI

Student: Ţurcan Alexandru

Grupa 1141 IIPCB

Coordonator: Conf. dr. ing. Gheorghe Bumbac

Cuprins

I. Documentare tehnică

I.1. Importanţa obţinerii industriale a ETBE-ului.

I.2. Obţinerea industrială şi problematica.

II. Dimensionare tehnologicăII.1. Modelarea şi simularea instalaţiei clasice.

II.2. Rezultate şi discuţii.

I.1. Importanţa obţinerii industriale

a ETBE-ului

Ce este ETBE-ul?

Aditiv al benzinei.

Aditivii îmbunătăţesc calităţile de ardere a combustibililor.

A apărut ca înlocuitor a MTBE-ului, care la rândul lui a înlocuit tetraetilul de plumb.

Recent este produs utilizând resurse regenerabile.

Obţinere

Reacţia are loc între etanol şi izobutenă sau terţ-butil alcool.

ETBE

CO aditivi oxigenaţi

ETBE recomandat ca aditiv

Solubilitate în apă

Configuraţia pieţei

Consumul de ETBE în UE

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

kil

oton

e /

an

Cererea aditivilor în UE

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

2003 2006 2009

kil

oton

e /

an TAEETAME

ETBEMTBE

Materii prime

Izobutena

EtanolulBio

Chimism

CH3

|◘ 2H2C = C i ― C8H16

| (izooctene) CH3

◘ 2CH3― CH2 ― OH H3C ― CH2 ― O ― CH2 ― CH3 + H2O DEE

(dietil eter) CH3 CH3

| |◘ H2C = C + H2O CH3 ― C ― OH | | CH3 CH3 TBA (terţ-butil-alcool)

Termodinamica reacţiei

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

0 20 40 60 80Temperatura,oC

Con

vers

ia

Sundmacher

Zang

Catalizatori

Zeoliţi

Răşini

AMBERLYST, PUROLYTE, VIONIT …

Cinetică

SEtOHSEtOH SIBSIB

SSETBESIBSEtOH SETBESETBE

I.2.Obţinerea industrială şi problematica

Schema bloc

EtOH + frC4

ETBE

C4

EtOH recirculat

Reacţie Separare

Problematica

Randament de transformare scazut (la o trecere a reactanţilor prin reactor) datorită limitării termodinamice de atingere a echilibrului chimic.

Consumuri energetice (pentru separarare) ridicate.

Otravirea catalizatorului (prin ineficienta separarii).

Obiective

Analiza procesului prin tehnici de modelare, simulare şi integrare a proceselor.

Gasirea de soluţii pentru recuperarea avansată a etanolului, pentru integrarea procesului (distilare reactivă) si eficientizare economică.

Metode şi instrumente

Modelarea si simularea proceselor folosind simulatorul de proces Aspen HYSYS.

Analiza şi integrarea proceselor (DISTIL, SPRINT).

Evaluarea costurilor economice ca elemente de decizie în adoptarea solutiilor de retehnologizare (CAPCOST)

Caracteristici de bază ale procesului

Capacitatea de producţie: -2900 kg/h ETBE (98% mas.)

Materii prime: -fracţia C4 din rafinărie (izobutenă 19% mas.)-bioetanol (99% mas.)

Utilitaţi: -abur saturat 4 bar, 12 bar.-apă de răcire.-energie electrică.-catalizator

Schema de proces

P-5P-6

AS-1

P-11

S-13

S-12

Etanol

V-1F-2

V-2

P-16

C-1 C-2 C-3

V-11

V-12

V-13

S-15

S-17

P-17

P-10

S-2

S-4

S-14 S-16

P-3

P-27

S-5P-5

P-3ETBE

C-4

Etanol recuperat

Izobutan-butene

S-1

F-1

P-4

II.1. Modelarea şi simularea instalaţiei

clasice

Modelarea proprietăţilor fluidelor

Se formează azeotropi(apa-etanol, ETBEetanol).

Avem nevoie de modele termodinamice bazate pe activitati) UNIQUAC, Wilson etc.

Introducerea reacţiei

Introducerea cineticii de reacţie în simulator

k1 8.22203107 exp

35474R T

k2 1.117931012 exp

70946R T

KEtOH 0.34276exp11000

R T

Analiza sistemului de reacţie

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 20 40 60 80 100Temperatura, oC

Con

vers

ia

100%

80%

adiabata

izoterma

Tip reactor

Reactor multitubular, strat fix de granule de catalizator (în ţevi), agent termic (apa recirculată) de răcire între ţevi, circulaţie în contracurent.

Curgerea masei de reactie prin stratul catalitic este modelată similar curgerii tip piston.

Comportarea reactorului s-a ales a fi reprezentată în modelul de proces din simulator de un reactor cu deplasare totală (Plug Flow Reactor).

Analiza separării

Analiza separării

Echilibru L-V EtOH-C4 (8 bar)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1x EtOH

y E

tOH

Analiza separării

Echilibru L-V EtOH-H2O (1 bar)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1x H2O

y H

2O

PFD

II.2. Rezultate şi

discuţii

Bilanţ de materiale şi energetic

  Curenţi

Proprietate Intrare reactor Ieşire reactor QF-1

Fr. de vapori 0 0

Temperatura, ºC 35 55

Debit, kg/h 11525 11525

∆H, MJ/kg -2.366 -2.382

Q, MJ/h -27269 -27449 180

Bilanţ de materiale şi energetic

Fr. de vap.

T, ºC Debit, kg/h

∆H, MJ/kg Q, MJ/h

To Condenser 1 52 12346 -1.719 -21228

Reflux 0 46 3718 -2.077 -7721

Vârf_C1 0 46 8628 -2.077 -17916

Feed_C1 0.83 90 11526 -2.048 -23604

To Reboiler 0 135 5895 -3.243 -19117

Boil UP 1 140 2997 -3.011 -9022

ETBE 0 140 2898 -9134

qc_C1 4408

qh_C1 962

Predimensionare m

QA

T K

Predimensionare taler

Analiza integrării termice

Calcul economic

Calcul economic

Protecţia mediului

Concluzii

A fost ales un procedeu similar cu cel dintr-o rafinărie românească, apoi a fost realizată modelarea şi simularea în regim staţionar a acesteia. S-a inregistrat o concordanţă bună între rezultatele simulării si cele din documentaţia de inginerie şi din exploatare.

Bilanţurile de materiale şi energetice obţinute cu simulatorului Aspen HYSYS 7.2. au stat la baza predimensionării utilajelor principale.

Analiza integrării termice a fost făcută aplicand metodologia de integrare a proceselor, bazată pe tehnica pinch, cu ajutorul instrumentului informatic SPRINT. Aceasta analiza a arătat că există un potential important de recuperare de căldura în interiorul procesului, scoţând in evidenţă astfel, necesitatea integrării termice a instalaţiei.

Costul utilajelor şi echipamentelor a fost determinat folosind aplicaţia informatică CAPCOST. Studiul impactului asupra mediului nu a evidenţiat probleme majore în acest sens.

Bibliografie

◙ Halim Hamid, “Handbook of MTBE and Other Gasoline Oxygenates”, Marcel Dekker Inc., 2004.

◙ “ETBE-Why, when and how to use”, http://www.efoa.eu/en/news-events/efoa-presentations-at-past-events.aspx

◙ Hong Yuan, “ETBE as an additive in gasoline: advantages and disadvantages”, Norrköping, Sweden 2006

◙“The current and future role of bio-ETBE in the EU” http://www. lyondellbasell.com/techlit/techlit/3388.pdf

◙ Bumbac G. et al., “Kinetic Studies On The Etherification Of Isobutene To Fuel Ether Etbe” 17th International Congress of Chemical and Process Engineering 2006

◙ Documentaţia tehnică a unei rafinării româneşti

Vă mulţumesc pentru atenţie