Il metil t-butil etere (2-metossi-2-metilpropano), spesso indicato semplicemente come MTBE, è stato ampiamente utilizzato negli ultimi 30 anni per migliorare le caratteristiche di combustione della benzina.
Quando l’olio è distillato, la frazione che può essere utilizzata come benzina (la frazione nafta) è costituita principalmente da alcani a catena lineare da C4 a C10, che hanno un’adeguata volatilità. Tuttavia, questi idrocarburi bruciano in un modo che porta all’esplosione nel cilindro del motore nel momento sbagliato (knock). Se i vapori di benzina e l’aria si accendono nel cilindro del motore dell’auto prima che il cilindro raggiunga la posizione ottimale, si verifica un processo noto come pre-accensione e anche come “knock” del motore. Il termine “knock” è usato per indicare una pre-accensione e può essere sentito. Un forte “knock” può causare gravi danni al motore.
Ci sono tre modi per migliorare le prestazioni della benzina, indicate dal “numero di ottani” della benzina:
Uno consiste nell’aggiungere un composto di piombo volatile, solitamente piombo tetraetile, Pb (C2H5)4 (TEL). Tuttavia, vi è grande preoccupazione che quando i composti di piombo vengono rilasciati nell’atmosfera dallo scarico, danneggino la nostra salute. Inoltre avvelenano i catalizzatori metallici nei convertitori catalitici. L’uso di composti di piombo nella benzina è ora vietato nella maggior parte dei paesi. Il Programma delle Nazioni Unite per l’ambiente (Unep) ha condotto una lunga campagna per eliminare il carburante a base di piombo dai paesi in via di sviluppo. Secondo l’organismo delle Nazioni Unite, la benzina potenziata dal TEL è ora utilizzata solo in sei paesi che includono Afghanistan, Iraq, Yemen e Corea del Nord.
Un altro modo per ridurre il “knock” è aumentare la proporzione di alcani a catena ramificata, cicloalcani (aliciclici) e aromatici nella benzina. Gli alcani a catena ramificata, i cicloalcani e gli aromatici sono prodotti da alcani a catena lineare in una varietà di modi, ad esempio mediante cracking catalitico del gasolio e reforming della nafta. Tuttavia, a causa della sua tossicità, l’uso del benzene, uno degli idrocarburi più efficaci per aumentare il numero di ottani, è limitato.
Un ulteriore modo per migliorare il numero di ottani è aggiungere un composto ossigenato. I composti preferiti sono gli alcoli (metanolo ed etanolo) e uno dei tre eteri tra MTBE (metil t-butil etere), ETBE (etil t-butil etere), TAME (t-amil metil etere).
Un altro motivo per utilizzare un composto ossigenato è che bruciano efficacemente in anidride carbonica e acqua e ci sono pochissimi altri prodotti collaterali, per di più in piccole quantità. Con la normativa antinquinamento molto stringente in diversi paesi, vengono aggiunti composti ossigenati per ridurre la proporzione di idrocarburi nella benzina che a sua volta significa una riduzione complessiva dei gas inquinanti (monossido di carbonio e idrocarburi incombusti) nello scarico.
Usi del metil t-butil etere
Il metil t-butil etere, MTBE, è ampiamente utilizzato come additivo ossigenato per migliorare le caratteristiche della benzina e la sua produzione è cresciuta in 20 anni da quasi zero a circa 16 milioni di tonnellate all’anno nel 2002. Ora c’è stata una drammatica inversione di tendenza negli Stati Uniti, Canada, Giappone e in Europa. Si è scoperto che anche quantità molto piccole di MTBE possono contaminare l’acqua potabile. Eventuali infiltrazioni dai serbatoi di stoccaggio nelle stazioni di servizio, cosa non infrequente, comportano danni al corso d’acqua, questo perché l’MTBE è molto più solubile in acqua rispetto alla benzina e l’eventuale MTBE nel terreno viene trasportato dall’acqua piovana attraverso il suolo mentre la benzina che fuoriesce rimane nei pressi del serbatoio. Molti stati degli Stati Uniti hanno ora vietato l’uso di MTBE nella benzina. Tra i primi c’erano California e New York. Questi due stati rappresentavano il 40% dell’MTBE utilizzato per questo scopo. Altri 23 stati degli Stati Uniti hanno seguito il loro esempio entro due anni. Il bioetanolo (dalla biomassa) è ora l’ossigenato preferito negli Stati Uniti, Canada e Giappone al posto dell’MTBE. Altri due eteri, ETBE e TAME, vengono utilizzati anche negli Stati Uniti e in particolare in Europa. La Cina e molti altri paesi utilizzano ancora l’MTBE come additivo preferito, sebbene in Cina il metanolo venga ora utilizzato di più.
Per quanto riguarda l’Unione Europea, la Danimarca è stata la prima a ridurre l’uso di MTBE, ma la quantità utilizzata nell’UE varia da paese a paese e tra i fornitori. Ad esempio in Finlandia, la proporzione di MTBE nella benzina è compresa tra il 10 e il 15%, con una media del 12%.
La benzina nel Regno Unito utilizza molto meno MTBE, una delle proporzioni più basse in Europa, spesso con l’1-2% di MTBE, in un intervallo compreso dallo 0 al 10%. A quanto pare, gli inglesi sono particolarmente attenti ai prezzi. Poiché l’MTBE è relativamente costoso, viene aggiunto solo in quantità significative alla benzina, dove è necessario un numero elevato di ottani di 98. La benzina con numero di ottano 95, la più utilizzata, non necessita di additivo.In Europa viene utilizzata una quantità sempre maggiore di ETBE (etil t-butil etere), in particolare in Francia (vedi sotto). Un altro etere, TAME (t-amil metil etere) viene utilizzato anche negli Stati Uniti e in Europa.
Produzione annua di MTBE
| Mondo | 15,3 milioni di tonnellate1,2 |
| Cina | 5,6 milioni di tonnellate1 |
For 2013, Merchant Research and Consulting, 2014
Prevista a 15.2 milioni di tonnellate nel 2018
Sintesi del MTBE
MTBE è prodotto da 2-metilpropene (isobutene) e metanolo utilizzando un catalizzatore acido. Il catalizzatore è una resina a scambio ionico anionico e la reazione è condotta a circa 340-360 K e pressione di 8 atm, con eccesso di metanolo. Il metanolo inutilizzato viene recuperato e riciclato.
Il 2-metilpropene è ottenuto da diverse fonti:
- Dal cracking e dal reforming di varie frazioni ottenute dalla distillazione del petrolio.
- Per deidrogenazione del 2-metilpropano, che si forma anche come sottoprodotto in vari processi nell’industria petrolchimica. Il vapore viene fatto passare su un catalizzatore (platino e palladio su supporto inerte).
- Un’altra via dal 2-metilpropano comporta la sua ossidazione a 1,1-dimetiletil idroperossido (spesso chiamato t-butil idroperossido)
Questo processo viene eseguito nella fase liquida, ossigeno puro, sotto pressione, viene fatto passare attraverso il liquido, che è stato riscaldato a circa 400 K.
Il propene viene quindi passato in 1,1-dimetiletile idroperossido liquido sotto pressione a circa 400 K con un sale di molibdeno solubile come catalizzatore:
L’epossipropano (ossido di propilene) è un coprodotto molto pregiato e viene utilizzato, ad esempio, nella produzione di polioli, utilizzati per produrre poliuretani.
L’alcol viene disidratato a 2-metilpropene, facendo passare il vapore su un catalizzatore:
Etil t-butil Etere (ETBE)
L’etil t-butil etere (ETBE, 2-etossi-2-metilpropano) è un’alternativa all’MTBE come ossigenato per aumentare il numero di ottani della benzina. Viene utilizzato principalmente in Europa, in particolare in Francia. Ciò rappresenta oltre il 90% della produzione annuale mondiale di circa 3 milioni di tonnellate. È prodotto a partire dal 2- metil propene e dall’etanolo. È considerato come un’alternativa “più verde”, visto che il bioetanolo è utilizzato per produrre l’etere.
Per gentile concessione di SABIC Europe.
t-amil metil etere (TAME)
Il t-amil metil etere (TAME, 2-metossi-2-metilbutano) è un’altra alternativa all’MTBE. È composto da due alcheni, 2-metilbut-1-ene e 2-metilbut-2-ene prodotti durante i vari processi di raffinazione per produrre petrolio, compreso il cracking catalitico. Gli alcheni vengono miscelati con metanolo e fatti passare su una resina a scambio ionico come un copolimero di un feniletene solfonato e divinilbenzene. I gruppi solfonati, -SO3H, forniscono i gruppi acidi che catalizzano la reazione. Viene utilizzato un “reattore a flusso spina”. La reazione del metanolo con ciascuno dei due isomeri porta allo stesso prodotto, TAME:
Paesi diversi utilizzano ossigenati diversi per sostituire il piombo tetraetile come miglioratore del numero di ottano nella benzina. La figura 2 mostra il consumo mondiale di quelli utilizzati nel 2015.
Dati da: IHS Markit, 2016
Pagina aggiornata l’ultima volta il 31 ottobre 2018
Pagina tradotta da Matteo Nardone e Valter Ballantini il 28 ottobre 2020.