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(duì)象、適用發(fā)動(dòng)機(jī)、尾氣中甲醛含量等方面對(duì)比了甲醇燃料和二甲醚燃料的共同特點(diǎn)和不同優(yōu)勢(shì);介紹了四川天一科技股份有限公司開(kāi)發(fā)的甲醇?xì)庀喾ㄉa(chǎn)二甲醚的工藝特點(diǎn)、設(shè)備優(yōu)勢(shì)和生產(chǎn)應(yīng)用情況。

      關(guān)鍵詞: 煤基醇醚燃料;二甲醚;甲醇?xì)庀啻呋撍?/p>

      “缺油、少氣、富煤”是我國(guó)的能源自然資源現(xiàn)狀。我國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó),社會(huì)經(jīng)濟(jì)處于較快發(fā)展階段,能源需求持續(xù)增長(zhǎng)。不合理的能源結(jié)構(gòu)制約了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。2006年,我國(guó)石油對(duì)外依存度已經(jīng)超過(guò)45% ,發(fā)展替代能源是當(dāng)務(wù)之急。根據(jù)我國(guó)的能源現(xiàn)狀,煤基醇醚燃料是最主要的替代能源。二甲醚不僅無(wú)毒,而且具有環(huán)境特性、燃燒特性的優(yōu)勢(shì),預(yù)計(jì)將成為我國(guó)市場(chǎng)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(jiǎn)稱(chēng)DME,亦稱(chēng)甲醚、木醚,分子式為H3 COCH3 ,是一種無(wú)色、無(wú)毒、基本無(wú)味的化工產(chǎn)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(jiàn)表1。

      二甲醚作為民用燃料,既可單獨(dú)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(zhì)與液化石油氣十分相似,而且其燃燒性能優(yōu)于液化石油氣。

      (1) 環(huán)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(tài)下,二甲醚可在1～2天內(nèi)降解,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害,而液化氣在自然狀態(tài)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(shè)計(jì)壓力為1. 2MPa,而液化氣容器的設(shè)計(jì)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(yùn)輸、輸送和使用過(guò)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(shí),每公斤燃燒所需的空氣量比液化氣低,其相對(duì)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(jì),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(jiǎn)單,且含有氧原子,空氣混合要求低,燃燒完全,潔凈無(wú)黑煙。二甲醚燃料中主要雜質(zhì)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(zhǎng)碳鏈烴類(lèi),與空氣混合不好時(shí),因氧化不完全而析碳,產(chǎn)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(dú)做燃料2種方式。單獨(dú)做燃料時(shí),二甲醚與液化氣的替代比約為1. 3∶1。與液化氣摻燒時(shí),若民用摻燒比例不超過(guò)25%,工業(yè)用摻燒比例不超過(guò)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(yùn)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(guó)外已完成以二甲醚作為汽車(chē)用燃料的行車(chē)試驗(yàn),試驗(yàn)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(jié)構(gòu)中無(wú)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(fā)動(dòng)機(jī)的功率可以高于柴油機(jī)。

      (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(jī)缸內(nèi)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(tǒng)不汽化,造成輸送管道內(nèi)氣阻,必須對(duì)燃油加壓。

      (6) 二甲醚對(duì)金屬無(wú)腐蝕性,故對(duì)燃油系統(tǒng)的材料沒(méi)有特殊的要求。

      (7) 二甲醚對(duì)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(wèn)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(chē)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(duì)比

      共同特點(diǎn)

      (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(wú)C—C鏈,燃燒過(guò)程不產(chǎn)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(chǎn)原料可利用我國(guó)相對(duì)豐富的煤炭。

      (5) 煤基當(dāng)量燃料的生產(chǎn)成本已有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

      對(duì)比分析

      無(wú)論從生產(chǎn)制造還是對(duì)環(huán)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(duì)比見(jiàn)表2。

      由表2可知,甲醇主要替代對(duì)象是汽油,目前國(guó)內(nèi)汽油消費(fèi)量約5 000 萬(wàn)t/ a。二甲醚主要替代對(duì)象為柴油和液化石油氣,目前國(guó)內(nèi)柴油年消費(fèi)量約12 000 萬(wàn)t,液化氣消費(fèi)量約2 200萬(wàn)t/ a。因此從替代對(duì)象的消費(fèi)量看,二甲醚遠(yuǎn)大于甲醇。從毒性、環(huán)境特性、燃燒特性方面分析,作為替代燃料,二甲醚也優(yōu)于甲醇。