摘　要: 論述了二甲醚替代石油液化氣,替代柴油的燃料特性;從燃料毒性、燃料替代對象、適用發動機、尾氣中甲醛含量等方面對比了甲醇燃料和二甲醚燃料的共同特點和不同優勢;介紹了四川天一科技股份有限公司開發的甲醇氣相法生產二甲醚的工藝特點、設備優勢和生產應用情況。

      關鍵詞: 煤基醇醚燃料;二甲醚;甲醇氣相催化脫水法

      “缺油、少氣、富煤”是我國的能源自然資源現狀。我國是能源消費大國,社會經濟處于較快發展階段,能源需求持續增長。不合理的能源結構制約了我國經濟的發展。2006年,我國石油對外依存度已經超過45% ,發展替代能源是當務之急。根據我國的能源現狀,煤基醇醚燃料是最主要的替代能源。二甲醚不僅無毒,而且具有環境特性、燃燒特性的優勢,預計將成為我國市場前景最好的替代能源。

      二甲醚作為新型燃料的特性

      二甲醚簡稱DME,亦稱甲醚、木醚,分子式為H3 COCH3 ,是一種無色、無毒、基本無味的化工產品,爆炸極限下限為3. 7% ,常溫下蒸汽壓為0. 5MPa左右。

      二甲醚替代石油液化氣的特性

      二甲醚具有與石油液化氣(LPG)相似的物理特性,詳見表1。

      二甲醚作為民用燃料,既可單獨使用,又可以一定比例摻入液化氣中一起燃燒。二甲醚不僅物理性質與液化石油氣十分相似,而且其燃燒性能優于液化石油氣。

      (1) 環保性　二甲醚溶于水,雨、雪可將大氣中的二甲醚吸收。在自然狀態下,二甲醚可在1～2天內降解,不會對環境造成危害,而液化氣在自然狀態下的降解卻十分緩慢。

      (2) 安全特性　二甲醚的蒸汽壓力比液化氣低,二甲醚容器的設計壓力為1. 2MPa,而液化氣容器的設計壓力為1. 77 MPa。由于二甲醚在空氣中爆炸下限比LPG高1倍,故二甲醚在貯存、運輸、輸送和使用過程中比液化氣更安全。

      (3) 熱效率　由于二甲醚是含氧化合物,在完全燃料時,每公斤燃燒所需的空氣量比液化氣低,其相對損失的熱量就比液化氣少,熱效率高。每公斤二甲醚燃燒所需氧量為1. 46 m3 ,每公斤液化氣(以丙烷計,丁烷或以上需氧量更多)燃燒所需氧量為2. 55 m3。

      (4) 潔凈性　二甲醚燃料成分簡單,且含有氧原子,空氣混合要求低,燃燒完全,潔凈無黑煙。二甲醚燃料中主要雜質為甲醇(CH3OH,也含氧) 、水和甲烷(CH4 ) 。液化石油氣燃料中含有不飽和烴和長碳鏈烴類,與空氣混合不好時,因氧化不完全而析碳,產生黑煙。

      (5) 摻燒特性　二甲醚做燃料分為與液化氣摻燒和單獨做燃料2種方式。單獨做燃料時,二甲醚與液化氣的替代比約為1. 3∶1。與液化氣摻燒時,若民用摻燒比例不超過25%,工業用摻燒比例不超過12%,則二甲醚與液化氣的替代比約為1∶1,并可沿用原有石油液化氣燃燒器和貯存、運輸、輸送裝備。

      二甲醚替代柴油的燃料特性上海交大、西安交大以及國外已完成以二甲醚作為汽車用燃料的行車試驗,試驗顯示二甲醚燃料熱效率高、污染小、噪聲小。其主要特性如下。

      (1) 二甲醚分子結構中無C—C鍵,只有C—O和C—H鍵,且含34. 78%的氧,燃燒后生成的碳煙微粒少,并容許采用較大的EGR,降低了NOx排放。

      (2) 二甲醚的十六烷值高于柴油,自燃溫度低,滯燃期比柴油短,NOx排放與燃燒噪聲均比柴油低。

      (3) 二甲醚的熱值比柴油低,僅為柴油的64. 7%,但二甲醚與空氣的理論混合氣熱值比柴油高5%,因此,二甲醚發動機的功率可以高于柴油機。

      (4) 二甲醚的汽化潛熱大,為柴油的1. 64 倍,采用直噴燃燒方式可大幅度減低柴油機缸內最高燃燒溫度,改善NOx排放。

      (5) 二甲醚在常壓下- 24. 9 ℃汽化成氣體。為保證二甲醚在燃油系統不汽化,造成輸送管道內氣阻,必須對燃油加壓。

      (6) 二甲醚對金屬無腐蝕性,故對燃油系統的材料沒有特殊的要求。

      (7) 二甲醚對許多橡膠和塑料都有溶脹作用。選用聚四氟乙烯塑料和丁基橡膠做密封材料可解決此問題。丁腈橡膠是不適用于二甲醚的密封材料。

      從以上二甲醚在民用和車用方面的特性可知,二甲醚是比較理想的液化石油氣和柴油的替代燃料。

      甲醇燃料與二甲醚燃料的對比

      共同特點

      (1) 含氧化合物,燃燒需氧(空氣)量少,與空氣混合要求低,熱效率高。

      (2) 無C—C鏈,燃燒過程不產生黑煙(析碳) 。

      (3) 燃燒尾氣NOX、CO等有害成分含量比汽油、柴油都低。

      (4) 生產原料可利用我國相對豐富的煤炭。

      (5) 煤基當量燃料的生產成本已有很強的市場競爭力。

      對比分析

      無論從生產制造還是對環境影響的角度看,甲醇和二甲醚作為替代能源都是很合適的。那么,甲醇和二甲醚哪種更適合作為替代燃料呢? 甲醇燃料與二甲醚燃料的對比見表2。

      由表2可知,甲醇主要替代對象是汽油,目前國內汽油消費量約5 000 萬t/ a。二甲醚主要替代對象為柴油和液化石油氣,目前國內柴油年消費量約12 000 萬t,液化氣消費量約2 200萬t/ a。因此從替代對象的消費量看,二甲醚遠大于甲醇。從毒性、環境特性、燃燒特性方面分析,作為替代燃料,二甲醚也優于甲醇。