二甲醚燃料和二甲醚燃料汽車隨著地球上傳統(tǒng)的能源——煤、石油、天然氣不斷的減少，能源問題越來越被人們所關注。能源的來源和清潔能源成為能源領域兩大重要課題。能源危機一直威脅著人類，我國雖然是產(chǎn)油大國，但也是石油進口大國，國內石油開發(fā)和生產(chǎn)不能適應經(jīng)濟和社會發(fā)展的需要，供需矛盾日益突出；另一方面，我國又是煤炭和天然氣資源的大國，充分利用這類能源是我們的根本。二甲醚能從煤、煤層氣、天然氣、生物質等多種資源制取。二甲醚作為一種新型二次能源具有巨大的發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬?，它能實現(xiàn)高效清潔燃燒，可廣泛用于汽車、燃氣輪機、鍋爐、小型熱電冷聯(lián)供、發(fā)動機熱泵、燃料電池及家庭灶具、熱水器等。我國煤炭儲量豐富，是世界第一煤炭生產(chǎn)與消費國。我們可以構想，在未來，將污染嚴重的煤炭，轉化為潔凈的二甲醚，供給本地的能源消費，來改善西部地區(qū)環(huán)境，保護生態(tài)；同時用油罐車運輸二甲醚到資源匱乏的東部地區(qū)，形成一個新的二甲醚能源經(jīng)濟(DMEEconomy)。二甲醚有望成為替代石油，解決我國油品短缺矛盾和能源安全問題。一、二甲醚運用的優(yōu)勢1．1環(huán)保優(yōu)勢二甲醚(DME)與液化石油氣(LPG)的物理性質很相似。是一種無色氣體，具有輕微的醚香味，室溫下蒸氣壓力約為0.5MPa。常壓下致冷到-25°C或在常溫下加壓到0.5?0.6MPa,即被液化。二甲醚具有惰性、無腐蝕性、無致癌性、幾乎無毒。與二乙醚不同，二甲醚在?？諝庵虚L期曝露不會形成過氧化物。二甲醚的飽和蒸氣壓低于液化氣，儲存運輸比液化石油氣更安全，并且燃燒性能好，熱效率高，燃燒過程中無殘渣、無黑煙，CO、NO排量低。1．2二甲醚理化特性優(yōu)勢二甲醚還可摻入石油液化氣、煤氣或天然氣混燒并能提高熱量。純度高于95％的二甲醚可替代液化氣用作燃料?？傊?，二甲醚比柴油干凈，比氫方便，比天然氣安全，可以作為燃料被廣泛應用。二甲醚可溶于水，并具有卓越的溶解能力，這些特點使其成為在全球都廣受歡迎的氣霧劑、拋射劑，尤其是在殺蟲劑、發(fā)泡劑等方面的應用。二甲醚具有較高的十六烷值，可直接用作汽車燃料替代柴油．據(jù)試驗了解二甲醚的燃油性能和機械能更好。爆發(fā)力大。能滿足并提高發(fā)動機的熱效率和功率。1．3二甲醚的經(jīng)濟優(yōu)勢隨著近年來石油價格的不斷上漲，從2002年的26美元／桶上升至目前的67美元／桶左右，二甲醚的成本優(yōu)勢不斷凸現(xiàn)。二甲醚最大的需求市場是在燃料行業(yè)及動力行業(yè)。要推動二甲醚的需求市場必須在這一個市場打開缺口，因此，其經(jīng)濟成本就顯得尤為重要。據(jù)行業(yè)人士分析，二甲醚的廣泛運用必須滿足兩大條件：(1)在燃料領域，二甲醚的生產(chǎn)成本必須小于LPG的市場價格。(2)在替代柴油市場，二甲醚的生產(chǎn)成本必須小于柴油的市場價格。而LPG與柴油的石油的市場價格完全受制于石油價格的波動。據(jù)測算，當石油的市場價格穩(wěn)定在45美元／桶以上。即已經(jīng)滿足了上述兩大條件。按現(xiàn)在石油價格來講，二甲醚的廣泛運用時代已經(jīng)來臨。二、二甲醚的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)量規(guī)模2．1二甲醚的生產(chǎn)工藝方法二甲醚生產(chǎn)工藝主要包括一步法和二步法以及聯(lián)產(chǎn)法網(wǎng)。甲醇氣相脫水法：其基本原理是在固定床催化反應器中將甲醇蒸汽通過固體酸性催化劑(氧化鋁或結晶硅酸鋁)，發(fā)生非均相反應，甲醇脫水生成二甲醚，脫水后的混合物再進行分離、提純，便能得到燃料級或氣霧劑級的二甲醚。甲醇液相脫水法：該法是以甲醇為原料，在濃硫酸的催化作用下，生成硫酸氫甲酯，硫酸氫甲酯再與甲醇反應生成二甲醚，同時生成CO、CO2、H2、CH2、C2H2等副產(chǎn)物。合成氣氣相一步法合成二甲醚：該法是把合成甲醇和甲醇脫水兩個反應合在一個反應器內進行，其關鍵在于選擇高活性及高選擇性的雙功能催化劑。中國科學院大連化學物理研究所研制出了用于合成氣一步法合成二甲醚的性能良好的雙功能催化劑，并在此基礎上開發(fā)了固定床合成氣一步法合成二甲醚新工藝。合成氣液相一步法合成二甲醚：漿態(tài)床一步法合成二甲醚技術，是目前最新開發(fā)的技術。它可直接利用CO含量高的煤基合成氣，還可在線裝卸催化劑。其突破是甲醇合成過程中熱力學平衡的限制，具有較高的CO單程轉化率和二甲醚產(chǎn)率，使二甲醚在成本上更具優(yōu)勢。(5)CO2加氫合成法：CO2加氫制二甲醚打破了CO2加氫制甲醇熱力學的限制，使CO2轉化率得以提高，而且還能抑制逆水氣變換反應的進行。目前，世界上許多國家都在進行CO2加氫制二甲醚催化劑及工藝研究，但大多處于探索階段，CO2的轉化率及二醚的選擇性均較低。2．2二甲醚的產(chǎn)量規(guī)模據(jù)中國化工網(wǎng)相關資料統(tǒng)計，2008年，我國二甲醚產(chǎn)能繼續(xù)大幅增長，全年共有8個二甲醚新建項目投產(chǎn)，合計年產(chǎn)能147．5萬t。截至2008年底，國內二甲醚產(chǎn)能已達409.65萬t,同比增長56%。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內原計劃2009?2010年投產(chǎn)的二甲醚項共有17個,合計年產(chǎn)能428萬t。其中，自配甲醇的項目有8個,合計年產(chǎn)能135萬t；需要外購甲醇的項目有9個,合計年產(chǎn)能293萬t。預計到2010年，國內二甲醚產(chǎn)能將至少達到837.65萬t。根據(jù)國家《煤化工產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃(征求意見稿)》，到2020年我國將形成黃河中下游、內蒙古東、黑東、蘇魯豫皖、中原、云貴和新疆7大煤化工產(chǎn)業(yè)區(qū)，二甲醚產(chǎn)能將達到2000萬to中國化工網(wǎng)分析師表示，即使按照20%的摻燒比例計算，2010年的二甲醚需求量不過390?520萬t。3、國內外二甲醚汽車發(fā)展動向由于二甲醚燃料可作為柴油機的潔凈代用燃料，實現(xiàn)壓燃式發(fā)動機超低排放，近年來歐美、日韓等發(fā)達國家十分關注二甲醚燃料汽車的市場前景和環(huán)保效益，紛紛開展二甲醚燃料發(fā)動機的研發(fā)。上世紀90年代，丹麥技術大學、HaldorTop—soeA/S、Navistar、AVL、AMOCO公司等開展將二甲醚用作柴油機燃料的研究。研究結果表明，燃用二甲醚燃料的柴油機，在保持原柴油機高熱效率前提下，碳煙排放為零，氮氧化物和微粒有害排放有較大幅度降低，顯示了二甲醚燃料可作為柴油機的潔凈代用燃料，實現(xiàn)壓燃式發(fā)動機超低排放的前景。歐洲VOLVO汽車公司研制燃用二甲醚燃料的大客車樣車和卡車，到目前為止，已進入第三輪，開始擴大范圍的應用試驗。日本通產(chǎn)省、JFE公司、五十鈴汽車公司和交通公害研究所等分別研制了二甲醚燃料卡車、集裝箱車、小型巴士和城市大客車，目前處于試驗運營階段。韓國、俄羅斯等也研制出各自的二甲醚汽車。在我國，二甲醚燃料的環(huán)保性和作為能源多元化的途徑之一，已經(jīng)引起有關部門的重視。國家科技部、教育部、國家自然科學基金委、中科院和有關部委先后啟動了一批煤基二甲醚制備和二甲醚發(fā)動機、汽車研發(fā)項目。我國陜西、內蒙古、寧夏、四川、山東、新疆和上海將建設一批規(guī)模不等的二甲醚生產(chǎn)基地。預計在2010年，我國將形成年產(chǎn)二甲醚約1000萬t的生產(chǎn)能力。上汽集團按照上海市政府關于開發(fā)二甲醚車的要求，從2005年就著手二甲醚車的研制工作，目前已完成了三輪開發(fā)，達到小批量生產(chǎn)階段，現(xiàn)有10輛二甲醚車上線進行示范運行，見下圖。西安交通大學從1997年起，承擔美國F0rd一中國研究與發(fā)展基金項目，研究二甲醚發(fā)動機的性能，從單缸機研究開始，并逐步完成了將技術向多缸機的轉移取得了一些重要的研究結論。自2000年9月成功開發(fā)了國內第一輛超低排放二甲醚汽車以來，經(jīng)過近4年的努力，二甲醚汽車的性能得到不斷的提高，目前已穩(wěn)定運行近3000km，起動、爬坡、加速、高速等性能優(yōu)于原柴油機動力。使用二甲醚為燃料時，起動容易。在全部工況范圍內消除了氣阻，換擋自如。二甲醚汽車的爬坡、加速性能好，最高車速已超過柴油機達到130km/h(柴油機時120km/h)。無論是起動、加速，還是全速行駛，二甲醚汽車排氣無煙。4、二甲醚城市客車的安全措施二甲醚需要在一定的壓力下儲存，而在常溫、常壓下是一種可燃氣體。因此，在安全方面有特殊的要求，需要在燃油客車的基礎上，增加一定的安全措施。4．1二甲醚的儲存采用的汽車用液化二甲醚鋼瓶以車用LPG鋼瓶為基礎改進設計。盡管在相同溫度下二甲醚的飽和蒸汽壓比LPG低約0.3MPa,但鋼瓶的材料和鋼板的厚度不變，其安全性比車用LPG鋼瓶更高。鋼瓶的公稱工作壓力為2MPa,水壓試驗壓力為3MPa,大于鋼瓶內實際壓力0.264?1.45MPa。鋼瓶設進液單向閥（防止加注后倒流）、安全閥（壓力過高時泄放）及限過充裝置（瓶內留約20％容積的氣相區(qū),為二甲醚升溫留出膨脹空間）。鋼瓶的型式試驗采用LPG鋼瓶的規(guī)范,包括：爆破試驗、氣密性試驗、耐壓試驗、振動試驗、火燒試驗、爆炸沖擊試驗和循環(huán)疲勞試驗。4.2二甲醚的輸送輸送管路分剛性管路和柔性管路。剛性管路采用奧氏體不銹鋼無縫鋼管和雙卡套接頭,與工作壓力為20MPa的CNG汽車管路相同。奧氏體不銹鋼無縫鋼管可耐二甲醚中可能存在的甲醇對管道的腐蝕,也便于安裝卡套。雙卡套接頭則密封性可靠,可多次拆卸。出入發(fā)動機的柔性管路采用不銹鋼波紋管。管路的安裝技術要求采用QC／T247《液化石油氣汽車專用裝置和安裝要求》的有關規(guī)定。4.3輸送管路的截止在車用液化二甲醚鋼瓶出口,除設置手動截止閥外,還設置常閉電磁截止閥。開關接通后,電磁閥開啟,燃料方能從鋼瓶進入粗濾器和輸送泵。發(fā)動機熄火或未啟動，電磁閥關閉，燃料輸送管路截斷。在需要緊急截斷燃料供應時，也可通過切斷電源的方法，將電磁閥關閉。4．4泄漏報警車輛設泄漏報警裝置，儀表臺設報警器，在加注口、鋼瓶安裝區(qū)、壓力控制總成和發(fā)動機噴射泵附近各設一個傳感器。當傳感器周圍二甲醚氣體濃度大于1．2％(著火濃度下限的1／3)時，報警器通過聲、光信號報警。光信號可指示泄漏的部位。4．5滅火裝置除車廂內安裝的2只滅火器外，發(fā)動機艙內設置自動滅火器。當發(fā)動機艙內溫度高于190°C時，滅火器將自動工作。4．6導除靜電裝置燃料加注口面板處設接地線連接樁，可與燃料加注機的接地線連接，以導除燃料加注時可能產(chǎn)生的靜電。5、車用二甲醚燃料應用存在的問題我國車用二甲醚燃料的應用還處于起步階段，大規(guī)模推廣仍面臨著加壓配送體系建立、二甲醚汽車改造、二甲醚車用燃料的規(guī)范和標準等問題的解決。生產(chǎn)工藝有待優(yōu)化。雖然我國已掌握二甲醚生產(chǎn)技術，并建成多套生產(chǎn)裝置，但當前在我國建立以二甲醚為中心的能源系統(tǒng)，所面臨的最大挑戰(zhàn)仍是開發(fā)高效、低耗、環(huán)保的二甲醚生產(chǎn)技術，所以還需要進一步加強高效催化劑的研發(fā)和合成反應器優(yōu)化設計兩個環(huán)節(jié)。物流配送有待發(fā)展。在現(xiàn)有的幾種運輸方式中，由于目前全國尚未建成一條醇醚輸送管道，醇醚產(chǎn)品不可能通過最廉價的管道實現(xiàn)運輸。按照鐵路部門的規(guī)定，二甲醚尚不能通過鐵路裝罐運輸。目、幾前建成、在建和規(guī)劃中的大型醇醚項目80％以上聚集于煤炭資源豐富卻遠離水運便利的北方地區(qū)。因此，絕大多數(shù)醇醚企業(yè)根本享受不到水運的便利。這就決定了當前乃至今后很長一個時期，二甲醚企業(yè)不得不通過成本最高的公路物流完成產(chǎn)品的運輸與銷售。目前二甲醚還沒有較安全成熟的社會供氣站，專門的運輸車，現(xiàn)一般使用液化石油氣槽車進行運輸。所以需要國家統(tǒng)一部署加強二甲醚物流配送體系建設，進一步發(fā)展二甲醚加氣站及運輸配送車輛的研究和應用。標準缺失影響發(fā)展。二甲醚相關標準的缺失也是影響其發(fā)展的重要因素。據(jù)介紹，二甲醚的質量標準目前有兩個：一是2007年4月13日國家發(fā)改委發(fā)布的二甲醚行業(yè)產(chǎn)品標準；二是2007年8月21日原建設部頒布的《城鎮(zhèn)燃氣用戶二甲醚標準》，但這只是行業(yè)標準，并沒有明確的產(chǎn)品名稱和針對液化氣摻燒二甲醚的標準?，F(xiàn)在行業(yè)非常需要一個國家標準以規(guī)范市場。到目前為止，我國在二甲醚生產(chǎn)、儲運、應用方面己開展了部分研發(fā)工作，并取得一定成果。但總體來看，二甲醚的研發(fā)主要是企業(yè)和科研單位的孤立行動，缺乏國家總體部署和統(tǒng)一指導，以及系統(tǒng)的、扎實的研究與應用基礎，需要國家相關部門、大型汽車制造廠商、二甲醚生產(chǎn)企業(yè)以及科研機構的共同努力，以盡早實現(xiàn)二甲醚汽車的產(chǎn)業(yè)化。參考文獻：⑴孫巖，許慎勇，周廣梅。二甲醚的生產(chǎn)技術進展J］。中氮肥，2004,(6)：1?4。［2