二甲醚作為工業(yè)燃料應(yīng)用研究報(bào)告

1、二甲醍作為工業(yè)燃料的應(yīng)用研究 北京清華同仁科技有限責(zé)任公司 2008年10月 目錄 、二甲瞇簡(jiǎn)介 、二甲醴主要用途4 1、用途4 2、使用優(yōu)勢(shì)4 三、二甲瞇物理性質(zhì) 5 四、二甲瞇的燃燒性質(zhì)6 1、燃燒性質(zhì)6 2、二甲瞇燃燒基理分析6 五、二甲瞇化學(xué)性質(zhì) 8 六、二甲瞇工業(yè)燃料的應(yīng)用 9 1、用于工業(yè)爐窯9 2、用于工業(yè)切割氣9 3、多種工業(yè)原料經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較10 七、二甲瞇作為工業(yè)原料所需的設(shè)備 12 八、結(jié)論 12 九、附錄：二甲瞇標(biāo)準(zhǔn)13 一、二甲醸簡(jiǎn)介 二甲醛又稱甲醴，簡(jiǎn)稱DME,分子式CH30CH3,在常壓下是一種無(wú)色氣體 或壓縮液體，具 有輕微瞇香味。相對(duì)密度20 0 0.661,熔

2、點(diǎn)-141.5 C,沸 點(diǎn)-24.9 C,室溫下蒸氣壓約為05MPa,與石油液化氣LPG ）相似。溶于水 及醇、乙醸、丙酮、氯仿等多種有機(jī)溶劑。易燃，在燃燒時(shí)火焰略帶光亮。 常溫下DME具有惰性，不易自動(dòng)氧化，無(wú)腐蝕、無(wú)致癌性，但在輻射或加 熱條件下可分解 成甲烷、乙烷、甲醛等。 二甲瞇是瞇的同系物，但與用作麻醉劑的乙瞇不一樣，毒性極低；能溶解各種化學(xué)物 質(zhì)；由于其具有易壓縮、冷凝、氣化及與許多極性或非極性溶劑互溶特性，廣泛用于氣霧 制品噴射劑、氟利昂替代制冷劑、溶劑等，另外也可用于化學(xué)品合成，用途比較廣泛。 二甲醯作為一種新興的基本化工原料，由于其良好的易壓縮、冷凝、汽化特性，使得二甲瞇 在

3、制藥、燃料、農(nóng)藥等化學(xué)工業(yè)中有許多獨(dú)特的用途。如高純度的二甲醛可代替氟里昂用作 氣溶膠噴射劑和致冷劑，減少對(duì)大氣環(huán)境的污染和臭氧層的破壞。由于其良好的水溶性、油 溶性，使得其應(yīng)用范圍大大優(yōu)于丙烷、丁烷等石油化學(xué)品。代替甲醇用作甲醛生產(chǎn)的新原料， 可以明顯 降低甲醛生產(chǎn)成本，在大型甲醛裝置中更顯示出其優(yōu)越性。二甲瞇易壓縮、易貯 存、燃燒效率高、污染低，作為民用燃料氣其儲(chǔ)運(yùn)、燃燒安全性、預(yù)混氣熱值和理論燃燒溫 度等性能指標(biāo)均優(yōu)于石油液化氣，可作為城市管道煤氣的調(diào)峰氣、液化氣摻混氣。作為車川 燃料二甲醯具有較高的十六烷值，可以 替代柴油成為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的理想燃料，與甲醇燃料汽車相比，不存在汽車?yán)?啟動(dòng)

4、問(wèn)題。它還是未來(lái)制取低碳烯桂的主要原料之一。 作為工業(yè)用燃料，二甲醸的發(fā)展?jié)摿薮?，?yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越多：國(guó)內(nèi)陶瓷業(yè) 已經(jīng)廣泛采用 二甲醛做燃料，燒制出的陶瓷潔白純凈；替代乙烘作為切割氣主體，切割質(zhì)量好、成本 低、安全、環(huán)保；在日本也用于發(fā)電燃料。 由于石油資源短缺及人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，二甲瞇作為清潔燃料而日益受到重視，成為近 年來(lái)國(guó)內(nèi)外競(jìng)相開(kāi)發(fā)的性能優(yōu)越的碳一化工產(chǎn)品。其在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生破壞環(huán)境的氣體， 且能便宜而大量地生產(chǎn)，因此被期望成為21世紀(jì) 的能源之一。 二甲醸特有的理化性能奠定了其在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)地位，是目前國(guó)際、 國(guó)內(nèi)優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。 二、二甲醸主要用途 1用途： 、可以

5、替代液化氣，或與液化氣復(fù)合作為民用燃料和工業(yè)燃料。 、作為推進(jìn)劑，溶劑等，用于生產(chǎn)自噴漆、彩帶、發(fā)泡膠等，可以替代氟利 劑，是一種優(yōu)良的精細(xì)化工原料。 、可以替代乙烘作為工業(yè)切割氣。 、可以替代汽、柴油作為車用燃料。 、作為工業(yè)原料用于陶瓷、發(fā)電燃料等。 2、使用優(yōu)勢(shì)： 2. 1二甲瞇作為復(fù)合燃?xì)獾膬?yōu)勢(shì)： 、價(jià)格比液化氣便宜； 、有效減少紅火苗，鍋、壺沒(méi)有黑煙，比液化氣更清潔、更環(huán)保。 、提高燃燒質(zhì)量和熱效率，發(fā)揮兩種氣體的優(yōu)勢(shì)，有效帶動(dòng)液化氣中 上殘液的燃燒，用完后基本無(wú)殘液，使燃燒更充分。 、安全無(wú)毒，壓力比液化氣低，儲(chǔ)存運(yùn)輸比較安全，即使泄露也不會(huì)中毒。 2. 2精瞇在精細(xì)化工領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)

6、 、生產(chǎn)自噴漆溶解性好、揮發(fā)性好、噴到物體上無(wú)麻點(diǎn)，在生產(chǎn)自噴漆上跟 丙丁烷相比具有互溶性強(qiáng)、霧化好和噴涂效果光亮美觀的優(yōu)點(diǎn)。 、生產(chǎn)聚氨脂泡沫填縫劑，主要優(yōu)點(diǎn)是環(huán)保、溶解性好、成本降低。 、生產(chǎn)殺蟲劑及空氣清新劑，主要優(yōu)點(diǎn)是：氣味柔和，霧化效果好、壓力穩(wěn) 潔、成本低。 2. 3二甲瞇作為切割氣主體的優(yōu)勢(shì)： 、切割面光滑，節(jié)省加工時(shí)間，切割速度快。 、揮發(fā)性能好，無(wú)余氣。 、價(jià)格便宜，比乙烘節(jié)約成本60%以上。 、安全、環(huán)保。燃燒時(shí)不產(chǎn)生有害氣體，對(duì)操作工人的身體健康不會(huì)產(chǎn)生職 2. 4二甲醸替代柴油作為車用燃料的優(yōu)勢(shì)： 、十六烷值比柴油高10%-15%o 昂作制冷 80%以 定、環(huán)保清 業(yè)病

7、。 、低溫啟動(dòng)效果好，噪音比柴油發(fā)動(dòng)機(jī)降低2%-3%。 、動(dòng)力足、爬坡能力強(qiáng)。 、燃燒充分清潔、排放好，無(wú)須任何處理即可達(dá)到歐川以上標(biāo)準(zhǔn)。 、比柴油有良好的價(jià)格成本優(yōu)勝。 二甲瞇物理性質(zhì) 分子式：CH30CH3 分子量：46. 07 物理性狀（101.3Kpa, latm：透明無(wú)臭氣體 沸點(diǎn):-249C 熔點(diǎn)：-141. 5C 閃點(diǎn)（開(kāi)杯法：-41.4C 密度（20C ：0. 661 g/ml 臨界壓力：5. 36 atm 臨界溫度：126. 9C 臨界密度:0. 242 g/ml 自燃溫度：350C 爆炸極限（空氣中（體積:3. 4-18.2 %蒸汽壓（20E , Mpa （atm 0. 5

8、3 （5. 24 燃燒熱（氣態(tài)：1455 KJ/mol 生成熱（氣態(tài)：-185. 5 KJ/mol 熔融熱:107. 3KJ/Kg 蒸發(fā)熱（-24. 8E : 467.4 KJ/Kg 生成自由能：-114.3 KJ/mol 爛（25r : 266.8 J/ （mol.K 表面張力（氣相,mN/m （dyn/cm : -40. T： 21 -20 E: 18 -10C：16 氣體粘度，卩PaS （卩P 0C：82.5 20 r： 85. 5 介電常數(shù)（25E ：5. 02 F/m （esn 貝殼松脂丁醇值：60 比熱:2.37 體膨脹：1-324 四、二甲醸的燃燒性質(zhì) 1、燃燒性質(zhì) 平均熱值：3

9、1450 kj/kg理論空氣量：6. 96 m3/kg理論煙氣量/ : 7.46 m3/kg預(yù) 混氣熱值/： 4219 kj/kg液相低位熱值：28800kJ/kg氣相低位熱值:64580kJ/m3 十六烷值:55 理論燃燒溫度：2250 E 氧含量:34. 8% 2、二甲醸燃燒機(jī)理分析 二甲醸用作燃料替代LPG被市場(chǎng)看好，被譽(yù)為二十一世紀(jì)的新能源”。究其主要原 因，一方面在于能源價(jià)格高企下DME的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，而另一方面則是其燃燒效率高和燃燒產(chǎn) 物排放潔凈的顯著特點(diǎn)。 2. 1 DME燃燒效率分析 二甲醛易燃，燃燒時(shí)火焰略帶光亮，同等質(zhì)量條件下，理論熱值約為汽柴油的6 4%o以質(zhì)量計(jì)，二甲醛本身

10、含氧量高達(dá)34. 8%,理論燃燒溫度可達(dá)2250C,燃 燒性能較 好，熱效率也較高。 因?yàn)楸旧砗酰枰砑拥睦碚摽諝饬縉2量）相應(yīng)減少 DME燃燒反應(yīng)分子式為 C2H60 +3 02 2C02 +3 H20 將其與乙烷燃燒過(guò)程比較： C2H6 +3.5 02 2C02 +3 H20 由上述反應(yīng)方程式可知，1.0摩爾體積的DME與相同摩爾體積乙烷燃燒過(guò)程比較，乙烷所 需要的氧氣量較二甲醍多0. 5摩爾，而DME氣相熱值與乙烷熱值氣態(tài) 低位熱值為 64. 36MJ/m3）基本相同。亦即，假定燃燒效率相同，獲得相同的燃 燒熱量，10摩爾的 DME燃燒時(shí)，混入的氧氣量較乙烷可降低0.5摩爾。我們知道

11、，空氣中1.0摩爾氧氣附帶 3. 76摩爾的氮?dú)夂推渌栊詺怏w，因此，上述DME及乙烷完整的燃燒反應(yīng)方程式應(yīng)為： C2H60 +3 02 +3） 3. 76N2 2C02 +3 H20 +3X3. 76N2 C2H6 +3.5 02+3.5 3飛N2 2C02 +3 H20 +3. 5 X 3. 76N2 上兩式表明，在燃燒溫度不太高的情形下，反應(yīng)前后N2的摩爾數(shù)不變。N2雖然進(jìn)入燃燒 區(qū)，但并未參加氧化反應(yīng)，相反，它帶走DME部分燃燒熱，進(jìn)而影響熱效率。因此，降低 不參與反應(yīng)的N2量空氣量)，則減少了熱損失，相當(dāng)于 提高了 DME的熱效率，這是 DME熱效率高的其中一個(gè)原因。 燃燒狀況改善，

12、過(guò)?？諝庀禂?shù)降低 一般情況下，燃燒裝置空氣系數(shù)a空制范圍為：工業(yè)燃燒裝置& 105120；民用日 1.30180。從提高燃燒效率方面講，理想情況下，a 1.0時(shí)，如果能確 ?？諝馀c燃?xì)饣旌铣浞?、燃燒完全，燃燒效率最高。?shí)際燃燒過(guò)程中，取a 1.0 的原因是為了避免不完全燃燒情況發(fā)生，而付出的代價(jià)則是需加熱不參與反應(yīng) 剩余的02、 N2,導(dǎo)致熱效率降低。 對(duì)于DME,其自身含氧，由于改善了燃?xì)馀c空氣的混合效果，且氧氣與氮?dú)庵容^普 通空氣大，屬富氧燃燒”工況，因而改善了燃燒狀況；而另外一方面，氧氣與DME混合 情況趨好，除混入的空氣總量可以相應(yīng)降低外，還可以將 空氣系數(shù)控制在較低位置，a適 當(dāng)朝

13、10方向降低，即減少剩余空氣量，減少不參與燃燒的02、N2量，自然，這是DME 燃燒效率提高的另一個(gè)原因。 民川燃具燃燒效率分析 對(duì)于民用燃具，假定0由150降為1.30,不參與燃燒的02、N2量減少，1.0摩爾 體積的DME燃燒時(shí)減少的02、N2量為：1.50-1.30) X (02 +0. 79 .21) N2)摩爾。 經(jīng)計(jì)算，與同等熱值的乙烷V或其他燃?xì)?比較，減少的這部分熱損失為3. 0 5. 0%左右。 火焰?zhèn)鳠崮芰υ黾?DME燃燒時(shí)，火焰溫度增加，煙氣溫度也隨之升高，增加了分解熱，當(dāng)遇 到低溫表面 時(shí)，將放出大量的分解熱，這就是富氧燃燒火焰具有較大傳熱能力的原因之一。 燃燒裝置內(nèi)有

14、效利用熱得以提高 由于富氧燃燒火焰溫度高，燃燒裝置內(nèi)溫壓增大，輻射換熱量增強(qiáng)，提高了裝置內(nèi)有 效利用熱。 2. 2 DME排放性能分析 DME是一種清潔燃料，燃燒過(guò)程中無(wú)殘?jiān)?、無(wú)黑煙，CO、C02及煙氣排放 1、用于工業(yè)爐窯 作為工業(yè)爐窯用燃料，二甲醸目前己經(jīng)用于陶瓷、玻璃的制造。由于二甲醴為清潔燃 料，不含細(xì)微顆粒、硫等雜質(zhì)，因此燒制出的產(chǎn)品如陶瓷潔白純凈，無(wú)瑕疵，品質(zhì)高。 使用二甲瞇為工業(yè)爐窯用燃料還具有安全、環(huán)保的特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境非常友好 2、用于工業(yè)切割氣 二甲瞇替代乙烘用于工業(yè)切割及焊接，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。與乙烘氣 相比，二甲 醯具有如下優(yōu)勢(shì): 、切割面光滑，節(jié)省加工時(shí)間，切割速度快

15、。 、揮發(fā)性能好，無(wú)余氣。 、價(jià)格便宜，比乙烘節(jié)約成本60%以上。 、安全、環(huán)保。燃燒時(shí)不產(chǎn)生有害氣體，對(duì)操作工人的身體健康不會(huì)產(chǎn) 生職業(yè) 病。 3、多種工業(yè)用燃料技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較 工業(yè)用燃料主要有煤氣、天然氣、重油、乙烘氣等，現(xiàn)就這些燃料與二甲醞做如下比 較。 3. 1理化性能 二甲醛 煤氣 天然氣 重油 乙烘 分子量 46. 07 16. 04 26. 04 液相低位熱 值 vMJ/kg) 28.8 50. 06 4244.5 氣相低位熱 值 661 465 0. 94 0. 62 氣體密度 (kg/m3 2. 06 0. 78 0.91 十六烷值 55 V 10 V10 理論空氣量 m3/ m3) 14. 28 9. 52 爆炸極限體 積分?jǐn)?shù)%) 3.5 17 4. 540 5.3 15 2. 1 80 沸點(diǎn)VC) 25 161.5 83.8 理論燃燒溫 度VC) 2250 2043 3200 氧含量 %) 34.8 0 0 20 C時(shí)的蒸 汽壓 99.9 99 甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 0. 05 0. 5