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新型清洁燃料二甲醚
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新型清洁燃料二甲醚

  二甲醚具有优良的燃烧性能,清洁,十六烷值高,动力性能好,污染少,稍加压即为液体易于储存,作为车用替代燃料,具有天然气、甲醇、丙烷、丁烷、柴油等不可比拟的综合优势。常规的发动机代用燃料如LPG、天然气、甲醇等的十六烷值都小于10,只适用于点燃式发动机。二甲醚的十六烷值(55~60)甚至高于柴油(40~55),具有优良的压缩性,非常适合于压燃式发动机,是柴油发动机理想的替代燃料。使用二甲醚燃料,尾气无需催化转化处理,氮氧化物及黑烟微粒排放就能满足美国加州燃料汽车超低排放尾气要求。丹麦托普索公司从环保角度进行了二甲醚燃料在中型汽车运行时的尾气排放试验,结果一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物含量与美国加州颁布的中小汽车尾气排放标性相比,分别低55%、83%、4%。说明使用二甲醚作汽车燃料,废气污染明显低于目前的优质汽油。日本采用3600毫升四缸DI柴油发动机进行的燃烧试验表明,烟炱排放为零,NOX极少。西安交通大学也进行了二甲醚作柴油代用燃料的发动机试验研究,使用二甲醚可使发动机功率提高10%~15%,热效率提高2%~3%,噪音降低10%~15%,可达到欧洲Ⅲ级排放标准。

    二甲醚最早由高压甲醇生产中的副产品精馏后制得。随着低压合成甲醇技术的广泛应用,副反应大大减少,二甲醚工业生产技术很快发展到甲醇脱水和合成气直接合成二种工艺。甲醇脱水法包括液相甲醇法和气相甲醇法。到目前为止,甲醇气相脱水法仍是二甲醚生产的主要方法。但因其生产成本较高而制约了其应用的拓展。

    通过合成气一步法生产二甲醚技术进展很快,一步法即将合成甲醇和甲醇脱水两个反应组合在一个反应器内完成,与甲醇脱水法相比,具有流程短、能耗低等优点,而且可得到较高的单程转化率。开发合成气一步法工艺典型的公司有丹麦托普索(Topsoe)公司、美国空气产品和化学品公司及日本NKK公司。合成气一步法生产二甲醚目前虽处于中试阶段,但不久可建设工业化装置。由于通过天然气或煤炭生产合成气的技术已相当成熟,而且规模达到5000吨/天以上,各公司普遍认为建设大型二甲醚装置在技术上己经成熟。日本NKK公司己成功地完成中试。一次通过转化率大于50%,DME选择性大于90%。生成水很少,DME纯度大于99.9%,水和甲醇含量小于100PPm。总转化率大于95%。产品DME组成为:99.5% DME 、0.2%甲醇 、0.3%水。日本新泻现已建成1万吨/年合成气一步法生产二甲醚的半工业化装置。

    我国西南化工研究设计院从20世纪80年代开始研究甲醇二步法合成二甲醚,并于90年代初实现工业化。目前,山西煤化所、大连化物所、清华大学、华东理工大学,浙江大学和西南化工研究设计院均在进行合成气一步法制二甲醚的研究。湖北田力公司采用浙江大学技术建成1500吨/年装置。

    国外现己有建设大型工业化二甲醚装置的计划。日本东洋工程公司(TEC)完成建设单系列250万吨/年 二甲醚装置的可行性验证。采用天然气生产甲醇再转化成二甲醚的二步法路线,以中东低价天然气为原料,生产二甲醚的成本为90~100美元/吨。意味着二甲醚作为清洁燃料可与LPG相竞争,二甲醚与LPG相似,易于贮存在现有的LPG终端和用船舶运输。TEC的流程组合MFR-Z甲醇工艺和采用专利铝基催化剂的脱水新技术。装置设计为10000吨/天甲醇设施,可提供7000~8000吨/天 二甲醚反应器进料。总费用约6.6亿美元。可望于2005~2006年建成。BP公司、印度天然气管理局、印度石油公司合作投资6亿美元计划建设商业规模的二甲醚生产厂,建设工作于2002年开始。拟采用托普索公司二甲醚合成技术,利用24亿立方米/天 天然气,年生产二甲醚180万吨,用以替代石脑油、柴油和LPG。定于2004年投产,2005年向外供应二甲醚。日本财团(三菱瓦斯化学公司、日挥公司、三菱重工公司和伊藤忠商事各持股25%)成立的合资公司将在澳大利亚建设大规模二甲醚装置。拟年生产二甲醚140-240万吨,将于2006年投产。产品销往日本和东南亚市场。日本NKK公司与几家其他公司组成联合体,拟将从不同烃类来源,包括煤气和天然气通过合成气一步法直接生产二甲醚的工艺推向工业化,该工艺因使用低价的烃类和无需甲醇合成步骤,生产费用将低于其他方法。该联合体计划将此工艺2006年实现工业化生产,规模为80万~150万吨/年。

    近年来,我国二甲醚生产也有新的发展。2002年初,山东临沂鲁明化工公司投产了5000吨/年二甲醚装置,生产工艺达到国内先进水平。在5000吨/年试验装置运行成功基础上,山东华星集团3万吨/年二甲醚项目在临沂开建。宁夏银川正在筹划年产83万吨二甲醚项目,初步决定采用美国空气产品与化学品公司技术。计划投资47.8亿元。宁夏石化集团公司、中煤四达矿业公司、西安交通大学、原化工部第二设计院、中国成达化学工程公司等参与合作。

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