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二甲醚的用途及需求

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二甲醚生产技术及应用

4、二甲醚的用途及需求

二甲醚简称DME是一种无毒醚类化合物，它从煤、天然气等多种 资源中制取。二甲醚是重要的化工原料，可用于许多精细化学品的合 成，如制备低碳稀烃、二甲醚还可羰基化、烃基化、氧化生成一系列 有机化工产品；同时在制药、燃料、农药等工业中有许多独特的用途， 可以用作气雾剂的抛射剂、发泡剂等，代替氟利昂作为致冷剂。由于 二甲醚有优良的燃烧性能，能实现高效清洁燃烧，在交通运输、发电、 民用、燃气等领域有着十分美好的应用前景。

二甲醚含氧量为34.8%,组分单一，碳链短，燃烧性能良好，热效 率高，燃烧过程中无残液，无黑烟，是一种优质、清洁的燃料。二甲 醚可用作汽车燃料、民用燃气。二甲醚有很高的十六烷值可作为汽车 燃料使用，尾气排放能够达到欧 山排放标准，替代柴油时十六烷值比 柴油高10%发动机爆发力大，性能好。二甲醚作为民用燃料可具备燃 烧充分、无残液、不析碳的优点。DMEB前主要应用于气雾剂、发泡剂、 化学中间体和燃料，其中目前民用燃料的用量最大，我国用于民用燃 气的DME勺占总产量的80%以上。

表4.1二甲醚物性参数

项 目 数据

分子式 CH3OCH3

分子量 46.07

物理性状(101.3Kpa, 1atm) 透明无臭气体

沸点[101.3kPa(760mm Hg)]. C -24.9

熔点.C -141.5

闪点「C （开杯法） -41.4

密度(20C) .g/ml 0.661

临界压力.Mpa（atm） 5.36

临界温度.C 126.9

临界密度.g/ml 0.242

蒸气压

21.1 C /70 T 0.434Mpa

54.4C /130 T 1.198Mpa

自然温度.C 350

爆炸极限（空气中）％（体积） 3.4 〜18.2

蒸汽压(20C) , Mpa(atm) 0.53(5.24)

燃烧热（气态）,KJ/mol（Kcal/mol） 1455(347.6)

生成热（气态）,KJ/mol（Kcal/mol） -185.5(-44.3)

熔融热，KJ/Kg(cal/g) 107.3(25.62)

蒸发热(-24.8C) , KJ/Kg(Kcal/g) 467.4(116.64)

生成自由能.KJ/mol(Kcal/mol) -114.3(-27.3)

熵(25C) J/(mol.K)[cal/(mol. C) 266.8(63.72)

表面张力（气相）,mN/m（dyn/cm）

-40. C 21

-20 C 18

-10C 16

气体粘度，卩Pa S（卩P）

0C 82.5

20 C 85.5

介电常数(25 C) , F/m(esn) 5.02

贝壳松脂丁醇值 60

比热 2.37

体膨胀 1 〜324

中国的资源概况是缺油少气，煤炭丰富。按公布的数据证实，中

国煤炭储量为1145亿吨，占全球的11.6 %,至少可开采116年。而中 国石油储量为33亿吨，占全球的2.2 %,可开采年仅为20.2年。目前 在中国已探明的一次能源总量中煤炭占了 96%。2005年中国能源生产

总量为222, 468万吨标准煤，一次能源生产总量 206, 324万吨标准 煤，发电量24, 146亿千瓦小时，均居世界第二位。当年新增发电装 机容量达7000万千瓦。在能源消费结构中，煤品燃料占68.7 %,油品 燃料占21.2 %，天然气占2.8 %，水电、核电和风电占7.3 %。以煤为 主的能源结构是支撑中国发展的主要条件。世界及中国主要一次能源 概况见表：

表4.2 世界及中国主要一次能源概况

能源 类别 单位 证实储量 可米年限 产量 消费量

全球 中国 全球 中国 全球 中国 全球 中国

煤炭 Gt oe 984.211 114.5 227 116 2.1374 0.498 2.186 0.4801

石油 Gt 142.1 3.3 39.9 20.2 3.5896 0.1623 3.5036 0.2269

天然气 GM3 150190 1370 61 49.3 2422.3 27.7 2404.6 24.8

注：G= 109, oe为油当量，1oe= 107kcal,约为2t中国原煤或1.5t国际硬煤

4.1、二甲醚替代柴油

国内外研究表明，目前二甲醚是仅此于氢燃料的清洁燃料，有望

成为主要石油代替产品。二甲醚常温、常压下是气态，加压到 5〜6个

大气压可以变为液体，物理性质类似于液化石油气。二甲醚十六烷值 大于55,高于柴油，可作为理想的柴油替代品。二甲醚低毒、低腐蚀 性，燃烧时有害气体排放量明显低于汽、柴油，能显著缓解城市汽车 尾气污染。

二甲醚作为车用燃料，涉及到方方面面的工作，如发动机的改造， 供应站的建立，环保政策等等，这些除了企业的努力外，更需要国家

政策的扶持，否则是难以推广的。作为国家新兴能源产业，应努力争 取国家有关部门在产业化及配套政策上加以扶持，以促进我国二甲醚 工业的快速、健康发展

汽车发动机特别是柴油发动机的主要环境污染是氮氧化物的排放 和颗粒物质——黑烟的生成。而其中氮氧化物对环境的破坏作用特别 大，它不仅会形成城市及周边地区的酸而，还会严重破坏地球的臭氧

层。

表4.1.1 二甲醚和一些燃料的性质

项 目 DME 甲醇 柴油

分子式 CH — O- CH CHOH CnHl.8n

低热值MJ/kg 28.8 19.5 42.5

液体粘度kg/m 〃 s 0.15 一 2.4

液体密度kg/m3 668 790 840

十六烷值 55 〜60 5 38 〜53

沸点c -25 65 180〜360

理论空燃比kg/kg 9.0 6.5 14.6

自燃温度C 235 450 250

在空气中爆炸极限V% 3.4 〜17 7.3 〜36

表4.1.2二甲醚与汽油性质比较

项 目 DME 汽油 优点或不足

氧含量 有 无 无烟

液体密度kg/m3 20 C 668 840

低热值kcal/kg 6870 10220 输出低

液体粘度kg/m 〃 s 0.15 2〜3 增加

沸点c -25 180〜360 发生气阻

弹性模量N/卅 6.37 X 108 1.49 X 109 燃料喷射压力低

十六烷值 >>55 〜60 无点火装臵，发动机噪音低

化学计量空气/燃料比 8.96 14.7

研究表明，二甲醚是柴油发动机理想的替代燃料。常规发动机代 用燃料液化石油气、天然气、甲醇，它们的十六烷值都小十 lo ，只适 合于点燃式发动机。而二甲醚十六烷值大于 55，具有优良的压缩性，

非常适合于压燃式发动机，可用作柴油机的代用燃料。

普通柴油发动机通过燃烧系统的优化和压力高达 200MPb的高压

燃油喷射，发动机的氮氧化物才可控制在 3.8g／hp-h 左右，若要进一

步将氮氧化物控制在 3.8 g／hp-h 以下，必须采用废气再循环技术和废 气后处理技术，但这些技术目前还有待于完善和发展。

2005年 1 月，国家科技部给山东久泰化工科技股份有限公司下达 了“十五”国家科技攻关计划“清洁汽车产业化关键技术研究与示范” 项目中《二甲醚汽车的应用研究》课题科技攻关计划，由山东久泰化 工科技股份有限公司牵头，联合上海交大、西安交大和吉林大学，进 行二甲醚替代汽、柴油在大型公交车、中巴车和小轿车上的研究，并 且要求在研究成功的基础上， 在山东省临沂市组织不少于 30辆车的公 交和出租车队，向全国示范，于 2007年 4、5月份国家将组织专家验 收。并在示范成功的基础上，向全国推广。由于上海交大、西安交大 和吉林大学均属国内名牌大学，特别是在汽车研究开发方面技术力量 处国内领先位臵，有雄厚的实力，目前研究工作顺利完成，进行鉴定 后即可开展组织示范车队的有关工作。如下图 4.1.1 、4.1.2 和 4.1.3 就是此项目完成样车改装图，分别代表纯二甲醚客车、二甲醚和柴油 混烧小轿车和二甲醚和柴油动力客车。山东省临沂市将在科技部项目 验收完成后进行示范推广，山东久泰化工科技股份有限公司已经得到 临沂帀政府关于在临沂帀推广二甲醚公交车和出租车得批文，这必将

在全国推广二甲醚起到良好得示范作用。

研究表明，现有汽车发动机只需略加改造就能使用二甲醚燃料。

现二甲醚生产成本低于柴油，污染都也远低于液态丙烷等低污染替代 燃料。实验表明，使用二甲醚后可使发动机功率提高 10沧15%热效

率提高2沧3%噪音降低10沧15%与柴油机相比，燃用DME后发 动机完全消除了碳烟排放，氮氧化物排放降低 50%- 70%未燃碳氢排 放降低30% CO排放降低20%排放指标不仅满足欧洲H和皿标准， 而 且接近欧洲于2005年实施排放标准和美国加州超低排放标准。

上海交大、西安交大以及日本已完成以二甲醚作为汽车燃料的试 验，试验显示出二甲醚燃料高效率和低污染的优点，可实现无烟排放, 可降低噪声和减少氮氧化物的排放，说排放废气可达到或低于美国加 州有关重型汽车和客车的尾气排放标准。 图4.1.1纯二甲醚客车 图4.1.2二甲醚柴油混合动力轿车

图4.1.3二甲醚柴油混合动力客车 柴油发动机的主要问题是氮氧化物的排放和颗粒物质一黑烟，其 中氮氧化物是会形成市区酸雨，破坏臭氧层。二甲醚燃料排放指标及 二甲醚燃料在重型卡车中的排放指标分别见下表。

表4.1.3 二甲醚燃料满足加州小型车超低排放指标

排放物（g/hp-h） ULEV标准① DME测定值

CO 1.7 0.6

NOx 0.2 0.24

HC 0.04 0.04

颗粒状物 0.04 0.0

①California1988 尾气超低排放标准值；②总烃

表4.1.4 二甲醚燃料满足加州中型车超低排放指标

排放物（g/hp-h） ULEV标准① DME测定值

CO 7.2 3.2

NOX及非甲烷烃 2.5 2.4

非甲烷烃 1.3 0.21 ②

颗粒状物 0.05 0.033

甲醛 0.025 0.022

①California1988 尾气超低排放标准值；②总烃

表4.1.5 二甲醚燃料满足加州重型卡车的排放指标

排放物（g/hp-h） 欧洲标准 DME测定值

CO 5.0 3.85

NOX 2.0 2.17①

总烃 0.60 0.20

颗粒状物 0.05 0.05 ②

①稍时改进，可符合标准；②估计

使用二甲醚为燃料，仅需对原柴油机的燃油系统稍作改进。在保

持原柴油机的高热效率及同样的输出功率、 扭矩及燃油经济性的同时，

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二甲醚的用途及需求

二甲醚的用途及需求

二甲醚生产技术及应用

4、二甲醚的用途及需求

二甲醚简称DME，是一种无毒醚类化合物，它从煤、天然气等多种资源中制取。二甲醚是重要的化工原料，可用于许多精细化学品的合成，如制备低碳稀烃、二甲醚还可羰基化、烃基化、氧化生成一系列有机化工产品；同时在制药、燃料、农药等工业中有许多独特的用途，可以用作气雾剂的抛射剂、发泡剂等，代替氟利昂作为致冷剂。由于二甲醚有优良的燃烧性能，能实现高效清洁燃烧，在交通运输、发电、民用、燃气等领域有着十分美好的应用前景。

二甲醚含氧量为34.8%，组分单一，碳链短，燃烧性能良好，热效率高，燃烧过程中无残液，无黑烟，是一种优质、清洁的燃料。二甲醚可用作汽车燃料、民用燃气。二甲醚有很高的十六烷值可作为汽车燃料使用，尾气排放能够达到欧Ш排放标准，替代柴油时十六烷值比柴油高10%，发动机爆发力大，性能好。二甲醚作为民用燃料可具备燃烧充分、无残液、不析碳的优点。DME目前主要应用于气雾剂、发泡剂、化学中间体和燃料，其中目前民用燃料的用量最大，我国用于民用燃气的DME约占总产量的80%以上。

表4.1 二甲醚物性参数

项 目 数 据

分子式 CH3OCH3

分子量 46.07

物理性状(101.3Kpa，1atm) 透明无臭气体

沸点[101.3kPa(760㎜Hg)].℃ -24.9

熔点.℃ -141.5 闪点.℃ （开杯法）

-41.4

密度（20℃）.g/ml 0.661

临界压力.Mpa(atm) 5.36

临界温度. ℃ 126.9

临界密度.g/ml 0.242

蒸气压

21.1℃/70℉

54.4℃/130℉

0.434Mpa

1.198Mpa

自然温度. ℃ 350

爆炸极限（空气中）℅（体积） 3.4～18.2

蒸汽压（20℃），Mpa(atm) 0.53(5.24)

燃烧热（气态），KJ/mol(Kcal/mol) 1455(347.6)

二甲醚的工艺流程 和 用途

二甲醚的工艺流程 和 用途

2 工艺技术分析

二甲醚的生产方法有一步法和二步法。一步法是指由原料气一次合成二甲醚，二步法是由合成气合成甲醇，然后再脱水制取二甲醚。

● 一步法

该法是由天然气转化或煤气化生成合成气后，合成气进入合成反应器内，在反应器内同时完成甲醇合成与甲醇脱水两个反应过程和变换反应，产物为甲醇与二甲醚的混合物，混合物经蒸馏装置分离得二甲醚，未反应的甲醇返回合成反应器。

一步法多采用双功能催化剂，该催化剂一般由2类催化剂物理混合而成，其中一类为合成甲醇催化剂，如Cu-Zn-Al(O)基催化剂，BASFS3-85和ICI-512等；另一类为甲醇脱水催化剂，如氧化铝、多孔SiO2-Al2O3、Y型分子筛、ZSM-5分子筛、丝光沸石等。

● 二步法

该法是分两步进行的，即先由合成气合成甲醇，甲醇在固体催化剂下脱水制二甲醚。国内外多采用含γ-Al2O3/SiO2制成的ZSM-5分子筛作为脱水催化剂。反应温度控制在280~340℃，压力为0.5-0.8MPa。甲醇的单程转化率在70-85%之间，二甲醚的选择性大于98%。

一步法合成二甲醚没有甲醇合成的中间过程，与两步法相比，其工艺流程简单、设备少、投资小、操作费用低，从而使二甲醚生产成本得到降低，经济效益得到提高。因此，一步法合成二甲醚是国内外开发的热点。国外开发的有代表性的一步法工艺有：丹麦Topsφe工艺、美国Air Products工艺和日本NKK工艺。

二步法合成二甲醚是目前国内外二甲醚生产的主要工艺，该法以精甲醇为原料，脱水反应副产物少，二甲醚纯度达99.9%，工艺成熟，装置适应性广，后处理简单，可直接建在甲醇生产厂，也可建在其它公用设施好的非甲醇生产厂。但该法要经过甲醇合成、甲醇精馏、甲醇脱水和二甲醚精馏等工艺，流程较长，因而设备投资较大。但目前国外公布的大型二甲醚建设项目绝大多数采用两步法工艺技术，说明两步法有较强的综合竞争力。

2.1 国外主要工艺技术

二甲醚的用途与发展前景分析

二甲醚的用途与发展前景分析

２００２年第４期　煤炭加工与综合利用　ＣＯＡＬ　ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ＆ＣＯＭＰＲＥＨＥＮＳＩＶＥ　ＵＴＩＬＩＺＡＴＩＯＮ　Ｎｏ．４，２００２　

摘　要：论述了以煤、煤层气或天然气为原料生产二甲醚的主要生产工艺，介绍了二甲醚的　性质、主要用途及我国市场的需求预测，展现了二甲醚市场的发展前景，提出了加快二甲醚生产　和应用的建议。　关键词：二甲醚；生产工艺；性质；用途；发展前景　中图分类号：０６２３．４２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００５．８３９７（２００２）０４．００３３．０３　

以煤、煤层气或天然气制取的二甲醚，是一种　重要的有机化工产品，具有广泛的用途。　１二甲醚的生产工艺　早期工业上的二甲醚主要通过甲醇生产中的　副产品获得，产量较低。目前，比较公认的二甲醚　生产工艺主要有两种：一种是甲醇脱水法（两步　法）；另一种是合成法（一步法）。　１）甲醇脱水法　甲醇脱水法分为液相法和气相法。液相法是　将甲醇与浓硫酸混合加热后脱水制得二甲醚。这　种方法设备腐蚀大、操作条件差、污染环境重，产　品后处理也比较困难，现基本被淘汰。气相法是　将甲醇蒸汽在固体催化剂的作用下，气相脱水生　成二甲醚。常用的催化剂有活性氧化铝、结晶硅　酸铝等。目前国内３＇ｂ－－甲醚的生产基本采用这种　方法。采用甲醇脱水法生产二甲醚的厂家主要有　荷兰的艾罗法库、日本的三菱、美国的杜邦等公司　以及我国台湾的康盛、广东的中山、江苏的吴泾等　企业。　

收稿日期：２００２－０６－１２　作者简介：周晓红（１９６８一），女，江苏常州人，中联　煤层气有限责任公司工程师，学士；电话：０１０－　６４２９９９９４。　２）合成气法　合成气一步法，就是由合成气一次合成二甲　醚的方法。合成气（主要成分为ＣＯ和Ｈ２）在一种　兼有甲醇合成及脱水双重功能催化剂的作用下，　同时完成甲醇的合成及脱水两个反应过程，从而　一步合成二甲醚。与两步法相比，一步法转化率　高，投资少，能耗低。　近年来，世界各国对一步法生产二甲醚进行　了大量研究。目前主要有三种典型的生产工艺：　（１）丹麦托普索公司的气相法，以天然气或煤　层气为原料，采用固定床反应器，已完成５０　ｋｇ／ｄ　的试验装置，准备建大型装置。　（２）美国空气产品和化学品公司的液相法，以　煤为原料，采用浆态床反应器，已建立了１５　ｔ／ｄ的　中试装置。　（３）日本ＮＫＫ公司的液相法，以天然气、煤层　气或煤为原料，采用浆态床反应器，正在建设一座　５　ｔ／ｄ的中试装置。据悉，日本三菱瓦斯公司将以　天然气为原料，采用一步法生产二甲醚，在沙特实　现商业化，生产规模为１．８０　Ｍｔ／ａ。现已进入可行　性研究阶段，预计２００５年投产。　２二甲醚的性质　二甲醚（ｃＨ３ＯＣＨ３）在常温、常压下为无色、无　味、无臭的气体；分子量为４６．

二甲醚的生产与燃烧用途

二甲醚的生产与燃烧用途

二甲醚的生产与燃烧用途

[摘要] 本文简要介绍二甲醚的性质、生产工艺和各种用途,讨论了二甲醚作为城镇燃气的可行性与价格问题,同时讨论了二甲醚作为城镇燃气时应注意的事项。

[关键词] 二甲醚 甲醇法 合成气一步法 城镇燃气 燃气价格 密封材料

0引言

我国是世界上的能源消耗大国,社会经济处于快速发展阶段,能源需求持续增长。”缺油、少气、富煤”是我国的基本国情,我国石油需要大量进口,而国际油价又居高不下,能源问题可能严重制约我国社会经济的发展,能源安全将受到严重威胁。寻找替代能源、发展替代能源是目前的当务之急。在我国,煤炭的生产总量和消费总量均占世界第一位。每年以燃烧方式消耗的煤炭达10亿吨 ,占整个煤炭消费的70%,燃烧产生的污染物排放量占全国总排放量的比例很大。煤直接燃烧既浪费能源,又严重污染环境。因此,以煤为原料制取洁净的气体和液体燃料,符合我国的能源政策,有利于环境的改善,目前已受到重视。《 国家发展改革委二甲醚产业发展座谈会会议纪要》(2006.07.04)指出:”发展二甲醚等煤基醇醚燃料有利于迅速缓解石油供应短缺矛盾,是近期替代工作的重点。国家对二甲醚等能源替代产业的发展十分重视。”说明了国家对二甲醚燃料及产业的认同,也确定了二甲醚的主要用途就是充当替代能源。

1二甲醚的性质

二甲醚具有轻微的醚香味,毒性很低。人吸入或经皮肤吸收过量二甲醚会引起麻醉、失去知觉和呼吸器官损伤。二甲醚有较优良的环境性能指标,不致癌,不会对大气臭氧层产生破坏作用。二甲醚为无色易液化气体,燃烧时火焰略带光亮。二甲醚具有良好的混溶性,可以与大多数极性和非极性有机溶剂混溶,如能溶于汽油、四氯化碳、苯、氯苯、丙酮及乙酸甲酯等。

二甲醚是一种易储存与输送的可燃气体,在常温常压下为气态,在常温、0.6MPa压力下为液态。二甲醚与甲烷、丙烷、正丁烷的主要物理化学性质见表1。

表1二甲醚与甲烷、液化石油气的物化性能

二甲醚为含氧化合物,其十六烷值高于柴油,燃烧特性优于液化石油气和柴油,既可作为车用燃料,又可作为民用燃料。