Метил- трет -бутиловый эфир ( МТБЭ ), также известный как трет- бутилметиловый эфир , представляет собой органическое соединение со структурной формулой (CH3 ) 3COCH3 . МТБЭ представляет собой летучую, легковоспламеняющуюся и бесцветную жидкость, которая плохо растворяется в воде. [1] В основном используемый в качестве топливной добавки, МТБЭ смешивают с бензином для повышения его октанового числа и стойкости к детонации , а также для снижения нежелательных выбросов . [2] [3]
МТБЭ производится посредством химической реакции метанола и изобутилена . Метанол в основном получают из природного газа , [4] где паровой риформинг преобразует различные легкие углеводороды в природном газе (в основном метан) в оксид углерода и водород. [5] Полученные газы затем далее реагируют в присутствии катализатора с образованием метанола. [6] Изобутилен может быть получен различными способами. н -бутан может быть изомеризован в изобутан, который может быть дегидрирован до изобутилена. [7] В процессе Halcon гидропероксид t -бутила, полученный при окислении изобутана, обрабатывается пропиленом для получения оксида пропилена и t -бутанола . t -бутанол может быть дегидрирован до изобутилена.
Производство МТБЭ во всем мире стабильно из-за его положительного влияния на производительность двигателя. [8]
Под давлением лобби биоэтанола [8] производство МТБЭ в США достигло пика в 1999 году в 260 000 баррелей в день [9], а затем упало из-за проблем с окружающей средой и здоровьем до примерно 50 000 баррелей в день и оставалось стабильным, [ 10] в основном для экспортного рынка. После покупки SABIC [11] [12] нефтяной гигант Saudi Aramco теперь считается крупнейшим в мире производителем [13] с предполагаемой производственной мощностью 2,37 миллиона метрических тонн в год (мт/год). [14] Мировая производственная мощность МТБЭ в 2018 году оценивалась в 35 миллионов метрических тонн. [15]
МТБЭ используется в качестве компонента топлива для бензиновых двигателей. Это один из группы химикатов, обычно известных как оксигенаты, поскольку они повышают содержание кислорода в бензине.
В США МТБЭ использовался в бензине в низких концентрациях с 1979 года, заменив тетраэтилсвинец (ТЭС) в качестве антидетонационной (октановой) добавки для предотвращения детонации двигателя . [16] Оксигенаты также помогают бензину сгорать более полно, снижая выбросы выхлопных газов . Оксигенаты также разбавляют или вытесняют компоненты бензина, такие как ароматические соединения (например, бензол ). До появления других оксигенатов и усилителей октанового числа нефтеперерабатывающие заводы выбирали МТБЭ из-за его характеристик смешивания и низкой стоимости.
В качестве добавок к бензину доступны и другие оксигенаты, включая этанол и другие эфиры, такие как ЭТБЭ .
Этанол рекламировался как безопасная альтернатива сельскохозяйственными и другими заинтересованными группами в США и Европе. В 2003 году Калифорния стала первым штатом США, который начал заменять МТБЭ на этанол.
Альтернативой этанолу является ЭТБЭ, который производится из этанола и изобутена. Его производительность в качестве добавки аналогична МТБЭ, но из-за более высокой цены этанола по сравнению с метанолом он дороже.
Более качественный бензин также является альтернативой, поэтому добавки, такие как МТБЭ, не нужны. Используется сам изооктан . Установки МТБЭ могут быть модернизированы для производства изооктана из изобутилена. [17] [18]
MTBE иногда используется в качестве растворителя, [19] [20] [21] хотя он используется реже, чем диэтиловый эфир. Хотя это эфир, MTBE является плохим основанием Льюиса и не поддерживает образование реагентов Гриньяра . Он также нестабилен по отношению к сильным кислотам. Он опасно реагирует с бромом . [22]
МТБЭ образует азеотропы с водой (52,6 °C; 96,5% МТБЭ) [23] и метанолом (51,3 °C; 68,6% МТБЭ). [24] Сообщается, что растворимость воды в МТБЭ составляет 1,5 г/100 г при 23 °C. [23]
В исследовательской медицинской процедуре, называемой контактной терапией растворения, МТБЭ вводится непосредственно в желчный пузырь для растворения холестериновых желчных камней . Из-за опасений токсичности МТБЭ и потенциально серьезных побочных эффектов в случае попадания растворителя в двенадцатиперстную кишку , а также появления методов лапароскопической хирургии эта процедура считается устаревшей. [25] [26] [27]
МТБЭ используется в органической химии как относительно недорогой растворитель со свойствами, сопоставимыми с диэтиловым эфиром, но с более высокой температурой кипения и меньшей растворимостью в воде. Как растворитель МТБЭ имеет одно явное преимущество перед большинством эфиров — он имеет гораздо меньшую тенденцию к образованию взрывоопасных органических пероксидов. Он широко используется в качестве растворителя в промышленности, где по соображениям безопасности и регулирования обращение с диэтиловым эфиром или другими эфирами намного сложнее и дороже. МТБЭ как растворитель используется в нефтеперерабатывающей промышленности в качестве метода депарафинизации парафинистых нефтяных фракций.
МТБЭ придает воде неприятный привкус при очень низких концентрациях. МТБЭ часто попадает в водоносные горизонты водоснабжения из-за утечки подземных резервуаров для хранения (ПЗХ) на автозаправочных станциях или разливов бензина. Более высокая растворимость в воде и стойкость МТБЭ заставляют его перемещаться быстрее и дальше, чем многие другие компоненты бензина при попадании в водоносный горизонт. [28]
MTBE биоразлагается под действием бактерий. В подходящем типе биореактора , таком как биореактор с псевдоожиженным слоем , MTBE может быть быстро и экономично удален из воды до неопределяемых уровней. Активированный уголь, полученный из скорлупы кокосовых орехов и оптимизированный для адсорбции MTBE, может снизить MTBE до неопределяемых уровней, [29] хотя этот уровень снижения, вероятно, произойдет только в самых идеальных обстоятельствах. В настоящее время нет известных опубликованных случаев какого-либо метода обработки на месте, который был бы способен снизить концентрацию загрязняющих веществ до базовых (предразработочных) условий в матрице почвы водоносного горизонта.
По данным Международного агентства по изучению рака (МАИР), филиала Всемирной организации здравоохранения , МТБЭ не классифицируется как канцероген для человека . МТБЭ можно почувствовать в воде при концентрации 5–15 мкг/л (5–15 ppb). [30]
Закон об энергетической политике 2005 года , одобренный Палатой представителей США, не включал положения о защите производителей МТБЭ от судебных исков о загрязнении воды . Это положение было впервые предложено в 2003 году и, по мнению некоторых, было приоритетом Тома Делэя и представителя Джо Бартона , тогдашнего председателя Комитета по энергетике и торговле. [31] Этот законопроект включал положение, которое предоставляло производителям МТБЭ, включая некоторые крупные нефтяные компании , 2 миллиарда долларов в качестве помощи в переходный период, в то время как МТБЭ постепенно выводился из обращения в течение следующих девяти лет. [32] Из-за оппозиции в Сенате [33] в отчете конференции были исключены все положения о МТБЭ. Окончательный законопроект был подписан президентом Джорджем Бушем- младшим . [34] Отсутствие защиты ответственности за МТБЭ приводит к переходу на использование этанола в качестве добавки к бензину.
Удаление МТБЭ из грунтовых вод и загрязнение почвы в США оценивалось от 1 млрд долларов США [35] до 30 млрд долларов США [36] , включая удаление соединения из водоносных горизонтов и муниципальных систем водоснабжения и замену протекающих подземных нефтяных резервуаров. В одном случае стоимость очистки МТБЭ для нефтяных компаний в скважинах, принадлежащих городу Санта-Моника, Калифорния, оценивалась в более чем 200 млн долларов США. [37] В другом случае Нью-Йорк оценил стоимость очистки одного скважинного поля в районе Квинс в 2009 году в 250 млн долларов США. [38] В 2013 году суд присяжных присудил штату Нью-Гэмпшир 236 млн долларов США в качестве компенсации за ущерб, причиненный очисткой грунтовых вод, загрязненных МТБЭ. [39]
Многие судебные иски по поводу загрязнения МТБЭ государственных и частных систем питьевого водоснабжения все еще находятся на рассмотрении.
Агентство по охране окружающей среды впервые включило МТБЭ в список в 1998 году в качестве кандидата на разработку национального стандарта максимального уровня загрязняющих веществ (MCL) в питьевой воде. [40] Агентство включило МТБЭ в свой список кандидатов на загрязняющие вещества в 2022 году, но не объявило, будет ли оно разрабатывать MCL. [41] Агентство по охране окружающей среды использует данные о токсичности при разработке MCL для систем общественного водоснабжения . [42]
В 2000 году в Калифорнии была установлена предельно допустимая концентрация МТБЭ на уровне штата — 13 микрограммов на литр. [43]