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| 新型清潔燃料二甲醚 |
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二甲醚具有優良的燃燒性能,清潔,十六烷值高,動力性能好,污染少,稍加壓即為液體易于儲存,作為車用替代燃料,具有天然氣、甲醇、丙烷、丁烷、柴油等不可比擬的綜合優勢。常規的發動機代用燃料如LPG、天然氣、甲醇等的十六烷值都小于10,只適用于點燃式發動機。二甲醚的十六烷值(55~60)甚至高于柴油(40~55),具有優良的壓縮性,非常適合于壓燃式發動機,是柴油發動機理想的替代燃料。使用二甲醚燃料,尾氣無需催化轉化處理,氮氧化物及黑煙微粒排放就能滿足美國加州燃料汽車超低排放尾氣要求。丹麥托普索公司從環保角度進行了二甲醚燃料在中型汽車運行時的尾氣排放試驗,結果一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物含量與美國加州頒布的中小汽車尾氣排放標性相比,分別低55%、83%、4%。說明使用二甲醚作汽車燃料,廢氣污染明顯低于目前的優質汽油。日本采用3600毫升四缸DI柴油發動機進行的燃燒試驗表明,煙炱排放為零,NOX極少。西安交通大學也進行了二甲醚作柴油代用燃料的發動機試驗研究,使用二甲醚可使發動機功率提高10%~15%,熱效率提高2%~3%,噪音降低10%~15%,可達到歐洲Ⅲ級排放標準。
二甲醚最早由高壓甲醇生產中的副產品精餾后制得。隨著低壓合成甲醇技術的廣泛應用,副反應大大減少,二甲醚工業生產技術很快發展到甲醇脫水和合成氣直接合成二種工藝。甲醇脫水法包括液相甲醇法和氣相甲醇法。到目前為止,甲醇氣相脫水法仍是二甲醚生產的主要方法。但因其生產成本較高而制約了其應用的拓展。
通過合成氣一步法生產二甲醚技術進展很快,一步法即將合成甲醇和甲醇脫水兩個反應組合在一個反應器內完成,與甲醇脫水法相比,具有流程短、能耗低等優點,而且可得到較高的單程轉化率。開發合成氣一步法工藝典型的公司有丹麥托普索(Topsoe)公司、美國空氣產品和化學品公司及日本NKK公司。合成氣一步法生產二甲醚目前雖處于中試階段,但不久可建設工業化裝置。由于通過天然氣或煤炭生產合成氣的技術已相當成熟,而且規模達到5000噸/天以上,各公司普遍認為建設大型二甲醚裝置在技術上己經成熟。日本NKK公司己成功地完成中試。一次通過轉化率大于50%,DME選擇性大于90%。生成水很少,DME純度大于99.9%,水和甲醇含量小于100PPm。總轉化率大于95%。產品DME組成為:99.5% DME 、0.2%甲醇 、0.3%水。日本新瀉現已建成1萬噸/年合成氣一步法生產二甲醚的半工業化裝置。
我國西南化工研究設計院從20世紀80年代開始研究甲醇二步法合成二甲醚,并于90年代初實現工業化。目前,山西煤化所、大連化物所、清華大學、華東理工大學,浙江大學和西南化工研究設計院均在進行合成氣一步法制二甲醚的研究。湖北田力公司采用浙江大學技術建成1500噸/年裝置。
國外現己有建設大型工業化二甲醚裝置的計劃。日本東洋工程公司(TEC)完成建設單系列250萬噸/年 二甲醚裝置的可行性驗證。采用天然氣生產甲醇再轉化成二甲醚的二步法路線,以中東低價天然氣為原料,生產二甲醚的成本為90~100美元/噸。意味著二甲醚作為清潔燃料可與LPG相競爭,二甲醚與LPG相似,易于貯存在現有的LPG終端和用船舶運輸。TEC的流程組合MFR-Z甲醇工藝和采用專利鋁基催化劑的脫水新技術。裝置設計為10000噸/天甲醇設施,可提供7000~8000噸/天 二甲醚反應器進料。總費用約6.6億美元。可望于2005~2006年建成。BP公司、印度天然氣管理局、印度石油公司合作投資6億美元計劃建設商業規模的二甲醚生產廠,建設工作于2002年開始。擬采用托普索公司二甲醚合成技術,利用24億立方米/天 天然氣,年生產二甲醚180萬噸,用以替代石腦油、柴油和LPG。定于2004年投產,2005年向外供應二甲醚。日本財團(三菱瓦斯化學公司、日揮公司、三菱重工公司和伊藤忠商事各持股25%)成立的合資公司將在澳大利亞建設大規模二甲醚裝置。擬年生產二甲醚140-240萬噸,將于2006年投產。產品銷往日本和東南亞市場。日本NKK公司與幾家其他公司組成聯合體,擬將從不同烴類來源,包括煤氣和天然氣通過合成氣一步法直接生產二甲醚的工藝推向工業化,該工藝因使用低價的烴類和無需甲醇合成步驟,生產費用將低于其他方法。該聯合體計劃將此工藝2006年實現工業化生產,規模為80萬~150萬噸/年。
近年來,我國二甲醚生產也有新的發展。2002年初,山東臨沂魯明化工公司投產了5000噸/年二甲醚裝置,生產工藝達到國內先進水平。在5000噸/年試驗裝置運行成功基礎上,山東華星集團3萬噸/年二甲醚項目在臨沂開建。寧夏銀川正在籌劃年產83萬噸二甲醚項目,初步決定采用美國空氣產品與化學品公司技術。計劃投資47.8億元。寧夏石化集團公司、中煤四達礦業公司、西安交通大學、原化工部第二設計院、中國成達化學工程公司等參與合作。
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