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1、关于二甲醚替代柴油的技术经济分析及若干建议一、前言二甲醚（DME）是最简单的脂肪族醚，分子式为C2H6O。目前，国内外主要的生产工艺是采用合成气合成甲醇、甲醇再在固体酸催化剂上脱水的两步流程来生产二甲醚，其反应式可表为2CH3OHCH3OCH3+H2O+10KJ/mol近年来，由合成气一步直接合成二甲醚的工艺取得进展，这就不仅可使CO的转化率大大提高、反应压力进一步下降，而且还使生产过程简化、生产成本进一步降低，为二甲醚的生产开拓出新的途径。二甲醚的物理化学性质列于表1中：熔 点 （）-141气化热（-20，KJ/Kg）410.2沸 点 （0.1Mpa，）-24.8自燃温度（）235临界压力（
2、MPa）5.37临界温度（）126.9临界密度（Kg/m3）0.271爆炸极限（）-41相对密度1.59燃烧热（MJ/Kg）31.75密度（0.5Mpa时，Kg/m3）670生成热（KJ/mol）-183表1 二甲醚的物理性质由于二甲醚具有燃料的主要性质，其热值约为58.32MJ/m3且自身含氧，能够充分燃烧，不析碳，它与柴油燃烧性质的对比列于表2中：项目十六烷值点火温度（）低热值（MJ/Kg）理论空气量可燃烧范围二甲醚55-6023528.49.03.4-1.8柴油45-5525042.514.60.6-6.5表2 二甲醚与柴油燃烧性质对比可以看出二甲醚作为燃料的性质与柴油非相近，且具有较高
3、的十六烷值，被看作是柴油发动机的理想燃料。如果这一替代的技术、经济问题得以解决，那么它作为燃料的市场需求增长将会是非常惊人的。以我国的柴油消耗为例，2002年为7662万吨，2005年达到8290万吨，预计2010年将增加至10100万吨。如果二甲醚作为良好的柴油替代燃料，按其对柴油的替代率为10计算，至2010年我国将需二甲醚近1500万吨。国内外对二甲醚替代柴油做燃料的技术经济分析表明，二甲醚市场需求潜力十分巨大，在世界范围内，二甲醚的建设已经成为热点，一些大型二甲醚装置已在筹建之中。如二甲醚开发公司（由道达尔菲纳埃尔夫公司和日本8家公司组成的财团）计划建设能力为75万吨/年的商业化二甲醚
4、装置。日本东洋工程公司完成了在中东建设单系列250万吨/年二甲醚装置的可行性论证。预计该装置可望于20052006年建成。英国石油公司（BP）公司、印度天然气管理局、印度石油公司将投资6亿美元建设180万吨/年商业化二甲醚生产厂，用以替代石脑油、柴油和LPG，建设工作已于2002年开始。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社）组成的合资公司将在澳大利亚建设140240万吨/年的大规模二甲醚装置，定于2006年投产。我国于上世纪90年代前后开展气相甲醇法生产二甲醚工艺技术及催化剂的研究开发。虽然至今其建设规模不大（万吨级左右），但其技术已达到成熟、可靠的程度，完全有条件建
5、设大型生产装置， 目前总产量已达到15万吨/年的生产规模，大多用于作气雾剂，替用柴油在技术上、经济上尚有许多问题。二、二甲醚替代柴油的技术经济分析1、二甲醚替代柴油的技术分析二甲醚替代柴油作为柴油发动机燃料，可以通过两种途径来实现，一是二甲醚与柴油按一定比例掺合，调制成柴油二甲醚油品来替代柴油使用。二是直接以二甲醚作柴油发动机燃料而替代柴油。（1） 二甲醚与柴油按一定比例掺合，调制成柴油二甲醚油品美国能源开发署（DOE）等机构研究表明。添加10左右二甲醚到柴油中，其综合输出功率与等量柴油相当，而且在全负荷的情况下还可以节省8的柴油，同时在污染物的排放方面具有明显优势。 然而目前实现二甲醚与柴油
6、直接掺合的关键技术是二甲醚还不能稳定、均匀地掺合到柴油中。 近年来不少研究开发、机构对这一技术难点进行了大量研究工作，提出了一些有希望前景的方案，包括：化学掺合方法： 柴油的最佳掺合物为醛醇缩合物，特别是甲醇与甲醛的缩合物，这是比较成熟的技术， 在欧洲已有工业生产； 利用二甲醚（甲醇）合成系列衍生化合物，这些液体含氧化合物与柴油具有很好的互溶性，按一定比例（10， 相当于整个体系中含氧4）掺合，则同样达到等量柴油的功率，同时其污染物排放也减低了28左右； 选用合适的乳化剂，表面活性剂，高碳醇醚和稳定剂等将一定比例的二甲醚和柴油调制成均一的油品； 以二甲醚为原料氧化偶联合成具有低挥发性并与柴油能
7、相溶的高碳含氧化合物作为柴油添加剂， 如甲缩醛（DMM）, 原甲酸三甲酯（TMM）, 二甲氧基二甲醚（DOMDEM）等高碳含氧化合物，这些新的合成过程尚需进一步的研究。化学掺合的方法在应用上最易推广，但这些化合物的合成和应用关键在于化学工艺上取得突破，使产品的生产具有经济上的可行性。为此，在研究开发上尚需有较大的投入。物理方法：根据二甲醚的气化特性，在油箱和加油系统进行技术改造，并提供相应的压力系统。在加压的条件下使二甲醚液化与柴油混合。通过加压使二甲醚与柴油按一定比例掺合作为代用燃料对于我国现阶段甚至中期内解决柴油短缺和提高柴油使用率是一个很有价值的方案。因为我国柴油使用面较大，除了中小型柴
8、油机载货车、柴油机车等运输主体外还有大量的农用运输和机械车辆在大量使用柴油。在解决油箱加压及进油系统改造的基础上，不改变现有发动机系统即可应用。但这一途径的推广牵涉到车辆的改造，难度较大，需要多方面的配合试点才能推广。（2） 直接以二甲醚作为柴油发动机燃料直接以二甲醚作为柴油发动机燃料时，目前亦存在着一些尚需进一步解决的问题，如美国一些机构的研究结果表明：在中型载货车进行的燃烧性能的对比研究结果显示，二甲醚和柴油在热效率、碳氢化合物和CO的排放量上与常规柴油机相近，其氮氧化物的排放量比柴油低约25因此在环保上是有利的。纯二甲醚发动机的研究开发是一个重要而长远的研究方向需要较长时间的研究，以及对
9、现有柴油发动机及加油系统进行逐步改造方能见效。2. 二甲醚替代柴油的经济分析从现实的角度讲，二甲醚替代柴油的可行性并不完全取决于技术上所存在的需进一步解决的问题，主要还是取决于其经济性，即价格。从煤基甲醇脱水制备二甲醚的生产成本主要制约于甲醇的生产与成本。不同装置规模、煤价和甲醇成本之间的关系描绘于图1中。图1 不同装置规模、煤价和甲醇完全成本的关系（神华集团公司数据）从上图可以看出，甲醇的生产成本不仅取决于作为原料的原煤的价格而且取决于其合成装置的规模。甲醇生产的规模越大，其生产成本越低（如当煤价为100元/吨时，180万吨规模甲醇的成本为650元/吨，80万吨规模甲醇的成本则为760元/吨
10、）。通常60万吨/年规模以上的煤基甲醇生产厂均建设在煤田的附近或建在公司自主拥有的煤矿附近，这一方面是为保证用以气化的原料煤的合理配置，从而稳定气化工段的生产、另一方面亦是为减少煤炭的运输、降低煤炭的成本。因此，中、大型或超大型煤基甲醇生产原料煤价要比市售煤价低得多。在我国内蒙、陕西、宁夏的煤区的煤炭坑口价格一般在60120元吨，若以120元吨的价格基础计算，80万吨年规模的甲醇生产成本也不会超过850元吨，而以180万吨规模计算，仅为700元吨。即使是将煤炭的价格外推到200元吨，那么在80万吨180万吨年规模的甲醇生产厂的甲醇成本也不超过1000元吨的水平。这与海外甲醇登陆我国的价格大体相
11、当。在表3中又列出了根据50万吨/年规模的二甲醚生产厂所计算出的二甲醚成本与原料甲醇（80万吨年规模）之间的相关性。煤炭价格（元吨）甲醇价格（元吨）二甲醚成本价（元吨）8073022541007702294120820234416087523992001000252415003024200035242100362423003824表3 甲醇价格与二甲醚成本价之间的关系可以看出，采用两步法制取二甲醚时，当甲醇的合成规模大于6080万吨年，而二甲醚的生产规模亦接近50万吨年（甲醇处理量近69.56万吨）时，若所生产的甲醇直接以车间成本进入二甲醚生产系统，其二甲醚的生产成本仅为2500元吨。即使采用
12、市售甲醇进行生产，甲醇价格按2000元吨（含运输费）计时，其生产成本也在3524元左右。根据2006年5月22日国家发展与改革委员会下发的关于调整成品油价格的通知（2cfbtz/tz2006/t20060525_70430.htm）。我国O柴油的市场指导价格调整为5000元/吨左右。供应军队单位的O柴油出厂价调整为4570元/吨。这样一来，如果二甲醚的成本价保持在3524元/吨（甲醇价格允许在2000元/吨以下），那么二甲醚替代柴油做燃料在经济上将是占优势的。三、二甲醚替代柴油的发展对策（或对今后工作的建议）二甲醚在燃料领域已勾画出良好的发展前景和趋向，呈现出潜在的巨大市场需求，这是勿庸置疑的
13、。但是在现今，二甲醚燃料领域还未来得及大力开拓的情况下，替代燃料工程尚存在着一些急待攻克的技术难关的时候，对此亦必须有一个清醒的认识。在加速攻克技术难关的同时应大力开拓市场，才能促进这一替代燃料事业的发展，而技术的进步和市场的开拓往往是相互制约的，因此只有立足于成熟技术的引进和自主创新相结合，立足于大规模甲醇技术的引进和结合国情解决替用技术的攻关相结合才能率先在国内开拓市场从而全面推广。具体提出如下建议：1、 加大对二甲醚与柴油掺合，调制出稳定、均一的油品的研究开发力度，确定二甲醚与柴油掺合的最佳途径与实施方案，制备出性能良好便于储存又适宜于现用发动机的替代油品。在解决规模生产的条件下对掺合燃
14、料的应用进行试点。2、 结合我国国情，二甲醚生产应以煤炭资源为主，为此，应继续开发大型或引进超大型煤基甲醇的合成与生产装置，降低甲醇的生产成本，同时应加强煤基甲醇脱水生产二甲醚的大型工程化的研究开发力度。建设大型二甲醚生产装置，亦可在今后建立的甲醇制烯烃（MTO）厂中同时增设二甲醚生产线，这样既可提高二甲醚的生产水平，进一步降低二甲醚的生产成本，又可以作为MTO过程的补充，扩大产品链，增加对市场的应变能力。3、 大力加强从煤基合成气出发，一步法制取二甲醚的研究、开发 和大型工程化的力度，发展新工艺、新过程，以面对和满足将来替代燃料市场的潜在需求。4、 开展对二甲醚后续化学转化研究， 包括二甲醚制柴油添加剂和精细化学品的新过程。研究出更好更廉价的二甲醚系列柴油添加剂。 参加调研撰写人员：林励吾、王公慰、李文钊、吴迪镛、申文杰、佟丽娜 /
