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甲基叔丁基醚(MTBE)曾有一段時間被認為是不可替代的高辛烷值汽油組分,被稱為80年代“第三代石油化學品”。但MTBE極易溶于水,不易被土壤吸附,不易從水中揮發和萃取,被污染的地下水十年間滲透幾百米而基本上不降解,比苯的降解時間還長。且其對人體黏膜及呼吸道有刺激作用,會引起嘔吐、惡心、頭暈等不適癥狀;對腎和肝臟有傷害作用,被人體吸收后可能導致癌癥,被美國環保局暫定為致癌物質。對我國而言,MTBE并沒有被限制,但國內煉油廠在繼續使用MTBE的同時,也應根據當前的實際情況考慮其被禁止使用后的替代品。
乙基叔丁基醚(ETBE)是一種性能優良的高辛烷值汽油調和組分,不僅能提高汽油辛烷值,還能作為共溶劑使用。具有沸點高、易分解、與烴類物質相混不生成共沸化合物等優點。其既可以減少發動機內的氣阻,又可降低蒸發損耗,使汽油的經濟性和安全性都得以改善。因此ETBE是一種具有很大市場潛力的優良添加劑。隨著美國加州MTBE的逐漸被禁用,ETBE的研究被人們所關注。
過去煉廠生產的汽油辛烷值達不到要求時,可通過添加劑來提高辛烷值,初用四乙基鉛,但后來發現其會污染空氣及擴散鉛,危害人體,已于70年代被辛烷值約116的MTBE所取代。直至1996年美國加州發現地下水遭MTBE污染,且動物實驗證實長期暴露于高濃度的MTBE將誘發各種癌癥,因此開展了尋求替代品的研究。
MTBE的替代品主要可分為醇類(甲醇與乙醇)與醚類(如:TAME與ETBE)等兩種。其中甲醇毒性較高,且車輛的引擎供油系統需經改裝或調整才可使用,而甲基叔戊基醚(TAME)目前全球的產量尚不足,均不適合作為汽油添加劑。生物乙醇作為取代MTBE之汽油添加劑主要有兩種情況:純乙醇和用47%乙醇與53%異丁烯合成ETBE。
在我國,乙醇可利用發酵的方法從甘蔗、玉米等農作物及木質纖維素中得到,缺點是制取能耗大、成本高。ETBE與MTBE同屬醚類,性質相似,可直接替代MTBE而不需修改引擎供油系統。
目前,ETBE由乙醇和異丁烯合成,它避免了使用乙醇所帶來的諸多問題,如使汽油揮發性增高等。ETBE作為含氧化合物調人汽油可使汽油燃燒更清潔。MTBE、ETBE與生物乙醇三者相比較,優缺點各一,具體見表1。
目前ETBE的發展主要體現在歐美和日本等地區,各地區的發展起步時間有所不同,趨勢卻明顯。
歐洲地區所使用的ETBE主要是利用生物乙醇與異丁烯來合成的的,只有極少是直接以純乙醇進行摻配,因此歐洲地區生物乙醇消量的增長主要歸功于ETBE的大量使用。法國率先于1994年將ETBE作為汽油的添加劑,隨后西班牙與德國亦分別于2000年與2004年開始使用。
自20世紀90年代后期在美國加州地區的地下水中發現含MTBE后,MTBE被美國環保局以污染水質為由,被列為可能的致癌物質,并禁止使用。而美國是MTBE消費大國,這將使MTBE產業受到威脅,MTBE裝置本身的生存將受到嚴峻考驗。從而迫切希望一種能代替MTBE用作汽油添加劑,而并不需面臨修改引擎供油系統等問題的物質。ETBE與MTBE同屬醚類,性質較為相似,且MTBE裝置本身不需改造即可轉產ETBE。因此,其應用市場潛力較大,發展趨勢明顯。
2006年初日本政府發表修正日本生物能策略,除定2030年生物乙醇的產量要達600萬公斤的目標外,并提出推廣生物燃料必要的技術發展,包括:降低原料及交通成本、發展資源作物及提高生物燃料轉換率等。日本煉制者協會于2007年初組合進口ETBE之合資企業,并于3月從法國進口3000公斤ETBE,并在日本大的煉油商——日本石油公司的橫濱廠進行摻配,于關東地區的50座加油站中出售。由于日本方面認為ETBE將可解決純乙醇油氣揮發問題,故日本石油協會預計2007~2008年間ETBE摻配總量將達12000公斤,并于2010~2011年推廣到汽油總銷售量20%(中國工業生物技術訊息網)。日本石油公司也于2007年4月宣布,將在半年內開始將年產量10公噸的MTBE制造設備改產ETBE,并于2009年秋季開始生產ETBE。
我國生產ETBE的可行性應從技術、市場、經濟和管理等方面來分析。從技術方面來看:國內有關ETBE生產技術的研究不多,大多處于小試階段。齊魯石化研究院對混合C4中的異丁烯與乙醇催化蒸餾合成ETBE的全流程進行了可行性研究開發。初步研究結果表明,異丁烯轉化率大于99%。楊伯倫等開發了以叔丁醇代替異丁烯,與乙醇在常壓液態下合成ETBE的新工藝路線,用滲透蒸發膜及時分離生成的水以提高ETBE收率;該技術為ETBE合成開辟了新的原料來源,具有一定的技術可行性。
從市場方面來看:ETBE目前尚未發現類似MTBE的環保和對人體傷害等問題,且由于MTBE轉產ETBE的可能性,ETBE的市場應用潛力較大,具有市場可行性;從經濟方面來看:ETBE以乙醇為原料會帶給農民經濟效益,但生產成本高;從財務方面來看:ETBE應用推廣的大阻力是原料乙醇價格昂貴,生產成本高,導致ETBE價格較高,若有政府補貼,ETBE應用推廣是應該是可行的;從管理方面來看:ETBE與MTBE性質近似,不需修改引擎供油系統就可直接生產,節省成本,具有管理可行性。
ETBE具有調和辛烷值高、易與汽油混合、沸點高、能減低汽油的揮發性、對環境污染少、原料乙醇無毒等優點,因而既可使發動機內的氣阻減少,又可使汽油的蒸發損失降低。
我國是一個汽油燃料消費大國,隨著政府投入的加大,國內有關ETBE生產技術的研究深入,不僅可以為終獲得ETBE作為車用燃料添加劑商業許可證提供技術依據,加快我國ETBE作為車用燃料添加劑推向市場的步伐,而且具有重大的經濟社會效益。目前國外ETBE生產技術已經十分成熟,國內應加快這一技術的研究開發,早日實現產業化。