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新燃料-二甲醚(DME
摘 要
作為LPG和石油類的替代燃料，二甲醚倍受注目，文章介紹了二甲醚的性質(zhì)、制法及其用途。
作為LPG和石油類的替代燃料，目前二甲醚(DME)倍受注目。DME是具有與LPG的物理性質(zhì)相類似的化學品，在燃燒時不會產(chǎn)生破壞環(huán)境的氣體，能便宜而大量地生產(chǎn)。與甲烷一樣，被期望成為21世紀的能源之一。
1 二甲醚
1．1概況
DME的化學式是CH30CH3，是醚的同系物，但與用作麻醉劑的乙醚不一樣，毒性極低；能溶解各種化學物質(zhì)；由于加壓時容易液化，可以用作噴霧劑、致冷劑及特殊燃料。
現(xiàn)在DME是由甲醇在催化劑存在下脫水合成；也可以將甲醇合成時產(chǎn)生的氣體分離精制制造。目前全世界二甲醚的產(chǎn)量不超過10×104t/y。
1．2 DME的物理性質(zhì)與特性
表1列出了DME及其它燃料的性質(zhì)。
表1DME與其它燃料的性質(zhì)比較表
項目二甲醚丙烷 丁烷 甲醇輕油(2號)
化學式CH30CH3C3H8C4H10CH30H-
分子量46.0744.0658.0832.04-
沸點℃-24.9-42.1-0.564.5190-350
液比重(沸點)0.750.580.60--
(20℃)0.670.490.570.790.8-0.88
蒸發(fā)潛熱kJ/kg467126386--
蒸汽壓MPa,20℃0.5100.8330.207--
爆炸極限％3.4-272.2-9.51.9-8.56.2-36-
十六烷值155--545>
低位發(fā)熱量MJ/kg 28.946.545.821.142.5
注1 十六烷值，表示柴油著火性的指數(shù)，該值高表示著火性好。
DME與LPG一樣是無色物質(zhì)，常溫常壓下是氣體。
沸點約-25℃，比C3H8高、比C4H10低。常壓下冷到-25℃或在常溫下加壓到0.5-0.6MPa，容易液化。
在沸點時液體比重比C3H8、C4H10大。
從表1可以知道其特性：
1)液態(tài)時的低發(fā)熱量比C3H8、C4H10低，比CH30H高；
2)十六烷值與輕油近似，具有作柴油引擎燃料的優(yōu)良特性；
3)爆炸極限比C3H8、C4H10范圍寬，但窄于CH30H。
因此說，DME可以作為燃料被廣泛。
2 DME的開發(fā)
界里DME并不存在，必須由原料來制成，天然氣和煤是目前較好的原料。當然在考慮原料時，對礦物燃料的資源量必須同時考慮。
由最近的統(tǒng)計確認的礦物燃料埋藏量的可開采年份是：(至1996年底，BP統(tǒng)計)石油：42年；天然氣：62年：煤：224年。其中，石油資源在21世紀迎來生產(chǎn)顛峰后生產(chǎn)量將逐漸減少。
天然氣可開采年分比石油長20年，還在進行開發(fā)，估計將來的埋藏量可達現(xiàn)在3倍，不用擔心資源的枯竭：煤可開采年份300年。在DME大量生產(chǎn)時主要考慮用天然氣作燃料。
2．1天然氣為原料的DME生產(chǎn)
2．1．1合成工藝
由天然氣生產(chǎn)DME的流程如下：
天然氣→合成氣→甲醇→DME
CH4 CO/H2 CH30H CH30CH3
|---直接法---↑
首先，天然氣凈化后用改質(zhì)催化劑合成以CO、H2比為主要成分的合成氣；這合成氣在銅系催化劑下合成甲醇，再由甲醇脫水生產(chǎn)DME。最近為簡化工程，降低建設(shè)成本，了直接制造DME的工藝(直接法)。
由天然氣經(jīng)由甲醇合成DME的反應(yīng)式如下：
改質(zhì)反應(yīng)
CH4十H20←→CO十3H2-206．3kJ／mo1
C0十H20←→CO2十H2十41.0kJ／mol
甲醇合成反應(yīng)
C0十2H2←→CH30H十90．4kJ／mol
CO十3H2←→CH30H十49．4kJ／mol
脫水反應(yīng)(DME合成反應(yīng))
2CH30H←→CH30CH3+H20+23．4kJ／mol
直接法，就是在上述反應(yīng)中甲醇合成和脫水反應(yīng)在一個反應(yīng)器里進行的。
2．1．2設(shè)備的開發(fā)要點
上述的工程中，改質(zhì)反應(yīng)是采用了在一般的設(shè)備里有催化劑存在下水蒸氣改質(zhì)法制造甲醇和城市煤氣等的方法。從已有的技術(shù)來看，要與LPG和燃料油競爭必須要規(guī)模大、設(shè)備大型及提高效率以達到低成本生產(chǎn)。
例如，水蒸氣改質(zhì)法，改質(zhì)在反應(yīng)管內(nèi)進行，從熱傳遞和強度來看，以前的方法有尺寸的限制，故有規(guī)模特點的。
但與在合成甲醇時所需的比例相比，用水蒸氣改質(zhì)法得到的混合氣中H2含量是過剩的，這將降低能效。為了改善這些問題，開發(fā)了部分氧化法(用氧的改質(zhì)法)、水蒸氣改質(zhì)法與部分氧化法組合系統(tǒng)或熱交換器型改質(zhì)爐和用陶瓷薄膜的改質(zhì)爐。
在合成甲醇中，采用了在大型裝置里使用淬冷型(用于冷卻的合成氣淬冷反應(yīng)器)，為了放大，提出了回收反應(yīng)熱和提高能效的課題。
最近又開發(fā)了除去反應(yīng)熱，一次轉(zhuǎn)化率高的液相法。DME直接合成法也有同樣的情況，反應(yīng)器的構(gòu)造成了問題。
在各階段里，共同的課題中長壽、高效的催化劑都是不可缺少。從天然氣制造DME還處于50kg／d一5t/d的試驗規(guī)模。
2．2煤作原料生產(chǎn)DME
在亞洲、太平洋地區(qū)有豐富的煤，但大量用作燃料有如下缺點：
1)煤是固體，難以用管道輸送，為彌補這一點，采用煤、油(COM)和煤、水混合物
(CWM)，在輸送、貯藏方面的問題頗多，而且在成本上與石油、LPG、LNG無法競爭。
2)煤中灰分多，會增加運輸成本，且在燃燒后還有灰的處理問題；
3)燃燒時要產(chǎn)生SOx、NOx，且有煤塵產(chǎn)生，必須要投資很大的防止大氣污染設(shè)備；
4)低熱值的褐煤、次煙煤等不能很好的利用。
若能以煤作為原料制成DME，則上述缺點全都克服了。而且炭層甲烷(CMG)也可使用，它的需要量將大大地擴大。
由煤生產(chǎn)DME的過程如下：
煤層甲烷
↓ |-DME
煤→ 氣化→ 精制-調(diào)整→ 反映器|-C02
|-水、甲醇
2．3以減少C02排放量為目的的DME生產(chǎn)1997年防止地球溫室化的京都會議的目標是2010年先進國家的C02等溫室化氣體要比1990年削減5％以上。在成本方面，目前還未考慮以大規(guī)模生產(chǎn)，唯一在進行試驗的是C02的接觸加氫生產(chǎn)DME。
C02接觸加氫是在催化劑存在的情況下，C02與氫反應(yīng)生成乙醇及各種烴類的方法。
氫在地球上大量存在，用便宜的制造方法由水即可制得。現(xiàn)在進行的接觸式加氫都是反應(yīng)條件的開發(fā)、等課題。
3 DME的用途
作為能源，考慮DME有如下用途：
1)代替柴油作運輸用燃料，由于DME的十六烷值高，完全能替代柴油。又由于在成分中含氧，因排放氣造成的環(huán)境污染少。而且已經(jīng)對其進行了作為柴油替代物的燃料規(guī)格、安全性、環(huán)境的考察。
2)作火力發(fā)電的燃料，在用液化天然氣的場合下是不需要大規(guī)模設(shè)備的，在這方面使用在煤與中小氣田制造的DME，將來是大有希望。在大發(fā)電廠可以考慮將DME用來作為調(diào)峰時發(fā)電用燃料。
3)作民用燃料，因其具有與LPG相類似的特性，用作民用燃料的用途相當廣。目前在已有小規(guī)模使用DME作民用燃料的例子。
4 DME的輸送與儲藏
DME與LPG持有相似的物性，國內(nèi)法規(guī)中的高壓氣體安全法規(guī)仍適用。輸送與儲藏系統(tǒng)也與LPG相同。對金屬無腐蝕，對運輸船只、管材、儲槽等與LPG的無太大差別。
大容量儲槽是采用在約-25℃的低溫貯槽儲存。用低溫儲槽，只需要一般的BOG(氣化氣)的再液化設(shè)備，但所要求的壓力可以比IPG的略低。DME的蒸發(fā)潛熱與丙烷的基本相同，這將有利于降低DME的運行成本。
5 結(jié)論
自80年代就開始將DME用作燃料的開發(fā)研究，一部分和研究機關(guān)的試驗已進入實驗室規(guī)模的驗證階段。要真正替代LPG、LNG以及石油燃料，必須要考慮制造成本。在最近的一段時間里應(yīng)格外考慮與LPG的競爭。
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