二甲醚作為工業(yè)燃料的應(yīng)用研究

1、PAGE 二甲醚作為工業(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月目錄一、二甲醚簡(jiǎn)介3二、二甲醚主要用途4 1、用途4 2、使用優(yōu)勢(shì)4三、二甲醚物理性質(zhì)5四、二甲醚的燃燒性質(zhì)6 1、燃燒性質(zhì)6 2、二甲醚燃燒基理分析6五、二甲醚化學(xué)性質(zhì)8六、二甲醚工業(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、二甲醚作為工業(yè)原料所需的設(shè)備12八、結(jié)論12九、附錄：二甲醚標(biāo)準(zhǔn)13一、二甲醚簡(jiǎn)介 二甲醚又稱甲醚，簡(jiǎn)稱DME，分子式CH3OCH3，在常壓下是一種無(wú)色氣體或壓縮液體，具有輕微醚香味。相對(duì)密度（20）0.661，熔點(diǎn)-141.5，沸點(diǎn)-24

2、.9，室溫下蒸氣壓約為0.5MPa，與石油液化氣（LPG）相似。溶于水及醇、乙醚、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。二甲醚是醚的同系物，但與用作麻醉劑的乙醚不一樣，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。 二甲醚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，使得二甲醚在制藥、燃料、農(nóng)藥等化學(xué)工業(yè)中有許多獨(dú)特的用途。如高

3、純度的二甲醚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。二甲醚易壓縮、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。作為車用燃料二甲醚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)鋯?dòng)問(wèn)題。它還是未來(lái)制取低碳烯烴的主要原料之一。 作為工業(yè)用燃料，二甲醚

4、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)廣泛采用二甲醚做燃料，燒制出的陶瓷潔白純凈；替代乙炔作為切割氣主體，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)，二甲醚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。二甲醚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、二甲醚主要用途1 用途： = 1 * GB3 、可以替代液化氣，或與液化氣復(fù)合作為民用燃料和工業(yè)燃料。 = 2 * G

5、B3 、作為推進(jìn)劑，溶劑等，用于生產(chǎn)自噴漆、彩帶、發(fā)泡膠等，可以替代氟利昂作制冷劑，是一種優(yōu)良的精細(xì)化工原料。 = 3 * GB3 、可以替代乙炔作為工業(yè)切割氣。 = 4 * GB3 、可以替代汽、柴油作為車用燃料。 = 5 * GB3 、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 二甲醚作為復(fù)合燃?xì)獾膬?yōu)勢(shì)： = 1 * GB3 、價(jià)格比液化氣便宜； = 2 * GB3 、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。 = 3 * GB3 、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80%以上殘液的燃燒，用完后基本無(wú)殘液，使燃燒更充分。 = 4 * GB3

6、 、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 精醚在精細(xì)化工領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì) = 1 * GB3 、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)。 = 2 * GB3 、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。 = 3 * GB3 、生產(chǎn)殺蟲(chóng)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)定、環(huán)保清潔、成本低。2.3 二甲醚作為切割氣主體的優(yōu)勢(shì)： = 1 * GB3 、切割面光滑，節(jié)省加工時(shí)間，切割速度快。 = 2 * GB3 、揮發(fā)性能好，無(wú)余氣。 = 3 * GB3

7、、價(jià)格便宜，比乙炔節(jié)約成本60%以上。 = 4 * GB3 、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。2.4 二甲醚替代柴油作為車用燃料的優(yōu)勢(shì)： = 1 * GB3 、十六烷值比柴油高10%-15%。 = 2 * GB3 、低溫啟動(dòng)效果好，噪音比柴油發(fā)動(dòng)機(jī)降低2%-3%。 = 3 * GB3 、動(dòng)力足、爬坡能力強(qiáng)。 = 4 * GB3 、燃燒充分清潔、排放好，無(wú)須任何處理即可達(dá)到歐以上標(biāo)準(zhǔn)。 = 5 * GB3 、比柴油有良好的價(jià)格成本優(yōu)勝。三、二甲醚物理性質(zhì)分子式：CH3OCH3分子量：46.07物理性狀(101.3Kpa，1atm)：透明無(wú)臭氣體沸點(diǎn)：-24.

8、9熔點(diǎn)： -141.5閃點(diǎn)(開(kāi)杯法)：-41.4密度(20)： 0.661 g/ml臨界壓力：5.36 atm臨界溫度：126.9 臨界密度：0.242 g/ml自燃溫度：350爆炸極限(空氣中) (體積)：3.418.2蒸汽壓(20)，Mpa(atm) 0.53(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(-24.8)： 467.4 KJ/Kg 生成自由能： -114.3 KJ/mol熵(25)： 266.8 J/(mol.K)表面張力(氣相)，mN/m(dyn/cm) ：-40.：21-20：18-10：

9、16氣體粘度，Pa S(P) ：0：82.520：85.5介電常數(shù)(25)： 5.02 F/m(esn)貝殼松脂丁醇值：60比熱：2.37體膨脹：1324四、二甲醚的燃燒性質(zhì)1、燃燒性質(zhì) 平均熱值： 31450 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 氧含量：34.82、二甲醚燃燒機(jī)理分析二甲醚用作燃料替代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)

10、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 二甲醚易燃，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64。以質(zhì)量計(jì)，二甲醚本身含氧量高達(dá)34.8，理論燃燒溫度可達(dá)2250，燃燒性能較好，熱效率也較高。 因?yàn)楸旧砗?，需要添加的理論空氣量（N2量）相應(yīng)減少 DME燃燒反應(yīng)分子式為 C2H6O +3 O22CO2 +3 H2O 將其與乙烷燃燒過(guò)程比較： C2H6 +3.5 O22CO2 +3 H2O 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醚多0.5摩爾，而DME氣相熱值與乙烷熱

11、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，1.0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，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：C2H6O +3 O2 +33.76N22CO2 +3 H2O +33.76N2 C2H6 +3.5 O2+3.53.76N22CO2 +3 H2O +3.53.76N2 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，

12、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，過(guò)?？諝庀禂?shù)降低 一般情況下，燃燒裝置空氣系數(shù)控制范圍為：工業(yè)燃燒裝置1.051.20；民用1.301.80。從提高燃燒效率方面講，理想情況下，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O2、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

13、，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，適當(dāng)朝1.0方向降低，即減少剩余空氣量，減少不參與燃燒的O2、N2量，自然，這是DME燃燒效率提高的另一個(gè)原因。民用燃具燃燒效率分析對(duì)于民用燃具，假定由1.50降為1.30，不參與燃燒的O2、N2量減少，1.0摩爾體積的DME燃燒時(shí)減少的O2、N2量為：（1.50-1.30）O2 +（0.790.21）N2摩爾。經(jīng)計(jì)算，與同等熱值的乙烷（或其他燃?xì)猓┍容^，減少的這部分熱損失為3.05.0左右。火焰?zhèn)鳠崮芰υ黾覦ME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

14、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、CO2及煙氣排放量降低，具有富氧燃燒的火焰特性。五、二甲醚化學(xué)性質(zhì) 二甲醚C-O-C的鍵角為110度，氫原子與兩個(gè)烷基相連，分子的極性較小，而它的親水性能極強(qiáng)。相對(duì)來(lái)講，它的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，在常溫下不會(huì)與金屬鈉發(fā)生反應(yīng)，對(duì)堿、氧化劑及還原劑都十分穩(wěn)定。二甲醚在空氣中十分穩(wěn)定，無(wú)腐蝕性，微毒，不致癌。混溶性很好，可以和大多數(shù)極性和非極性有機(jī)溶劑混溶。通常它

15、會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：1、在常溫下能溶于強(qiáng)酸(H2SO4、Hcl等)生成鹽，生成的鹽不穩(wěn)定，遇水后很快分解成為原來(lái)的醚。2、醚可與三氟化硼、溴化鎂或格利雅試劑等化合物中的價(jià)電子層缺電子化合物生成絡(luò)合物。3、它與稀硫酸在加熱加壓下可生成相應(yīng)的醇。4、作為一種重要的化學(xué)中間體，二甲醚在催化劑存在下與苯發(fā)生烷基化反應(yīng)。與一氧化碳反應(yīng)生成乙酸甲酯；同系化反應(yīng)還可以生成乙酸乙酯、醋酐。與二氧化碳反應(yīng)生成甲氧基乙酸。與發(fā)煙硫酸或三氧化硫反應(yīng)生成硫酸二甲酯。與氰化氫反應(yīng)生成乙腈。二甲醚與其他醚化合物不同，即使將它長(zhǎng)期存放，也不會(huì)生成過(guò)氧化物，不論是將它單獨(dú)使用，還是將它與其它壓縮氣體混合使用，當(dāng)壓力加到0.571

16、Mpa(75psig)時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生過(guò)氧化物。另?yè)?jù)資料報(bào)道，經(jīng)過(guò)歷時(shí)長(zhǎng)達(dá)5年的專門試驗(yàn)及工業(yè)應(yīng)用，其結(jié)果表明DME在整個(gè)試驗(yàn)及使用過(guò)程中均未發(fā)現(xiàn)有過(guò)氧化物產(chǎn)生，也沒(méi)發(fā)生過(guò)有關(guān)的安全事故。在國(guó)外，自1984年以來(lái)，在生產(chǎn)、使用、灌裝及運(yùn)輸中從未發(fā)生過(guò)二甲醚形成過(guò)氧化物而致爆炸的報(bào)告。DME的穩(wěn)定性還表現(xiàn)在它在較大的pH值變化范圍內(nèi)也十分穩(wěn)定，不產(chǎn)生水解。DME的穩(wěn)定性使它能承受350的高溫而不分解。六、二甲醚作為工業(yè)燃料的應(yīng)用作為工業(yè)燃料，二甲醚可以用于工業(yè)爐窯用燃料，并可替代乙炔氣用于工業(yè)切割。 1、用于工業(yè)爐窯作為工業(yè)爐窯用燃料，二甲醚目前已經(jīng)用于陶瓷、玻璃的制造。由于二甲醚為清潔燃料，不含

17、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。使用二甲醚為工業(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)切割氣二甲醚替代乙炔用于工業(yè)切割及焊接，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。與乙炔氣相比，二甲醚具有如下優(yōu)勢(shì)： = 1 * GB3 、切割面光滑，節(jié)省加工時(shí)間，切割速度快。 = 2 * GB3 、揮發(fā)性能好，無(wú)余氣。 = 3 * GB3 、價(jià)格便宜，比乙炔節(jié)約成本60%以上。 = 4 * GB3 、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、乙炔氣等，現(xiàn)就這些燃料與二甲

18、醚做如下比較。3.1 理化性能二甲醚煤氣天然氣重油乙炔分子量46.0716.0426.04液相低位熱值（MJ/kg）28.850.0642 44.5氣相低位熱值（MJ/m3）64.5817.2735.9157.97液體密度(kg/m3)6614650.940.62氣體密度(kg/m3)2.060.780.91十六烷值551010理論空氣量（m3/ m3）14.289.52爆炸極限（體積分?jǐn)?shù)%）3.5174.5405.3152.180沸點(diǎn)（）25161.583.8理論燃燒溫度（）225020433200氧含量（%）34.80020時(shí)的蒸汽壓（MPa）0.5353.32 KPa /-168.84.

19、053 MPa/16.8 3.2 經(jīng)濟(jì)性比較3.2.1 各種燃料目前的價(jià)格二甲醚：5.8元/NM3，2860元/噸（成本價(jià)）天然氣：2.09元/NM3煤氣：2.05元/NM3重油：2900元/噸（燕化重油）乙炔：25元/M33.2.2 單位二甲醚產(chǎn)生的熱值與其它燃料的對(duì)應(yīng)值1NM3二甲醚1.80NM3天然氣1NM3二甲醚3.74NM3煤氣1NM3二甲醚1.114NM3乙炔1 kg二甲醚0.67 kg重油3.2.3 經(jīng)濟(jì)性比較依據(jù)上述數(shù)據(jù)，產(chǎn)生100MJ的熱值消耗各種燃料所需的費(fèi)用如下：二甲醚天然氣煤氣重油乙炔費(fèi)用（元）8.945.8211.876.7443.13由上表可知，產(chǎn)生同樣的熱值，從經(jīng)

20、濟(jì)性上考慮，費(fèi)用從高到低依次為乙炔煤氣二甲醚重油天然氣3.3 其它方面 = 1 * GB3 、在上述燃料中，二甲醚、天然氣屬于清潔能源，對(duì)環(huán)境友好，符合我國(guó)目前強(qiáng)調(diào)的環(huán)境保護(hù)政策； = 2 * GB3 、從我國(guó)資源情況看，我國(guó)屬于“貧油、少氣、富煤”，重油來(lái)源于石油，而二甲醚屬于煤化工下游產(chǎn)品，因此，從可持續(xù)發(fā)展來(lái)看，二甲醚具有明顯優(yōu)勢(shì)； = 3 * GB3 、二甲醚不含硫、粉塵及其它金屬雜質(zhì)，在燃燒過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量沒(méi)有任何影響，如燒制的陶瓷潔白純凈，用于煉鋼時(shí)不會(huì)將其它雜質(zhì)帶入成品鋼中，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，進(jìn)而可以提高產(chǎn)品的價(jià)格，帶來(lái)較好的經(jīng)濟(jì)效益。這一點(diǎn)較煤氣、重油均有優(yōu)勢(shì)； = 4 * G

21、B3 、投資上，建設(shè)一套二甲醚裝置的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于建設(shè)一套煤氣發(fā)生裝置。 = 5 * GB3 、使用安全性上，二甲醚的爆炸極限范圍小于煤氣及乙炔，具有更好的使用安全性。七、二甲醚作為工業(yè)原料所需的設(shè)備以二甲醚替代天然氣或煤氣用于工業(yè)燃料，對(duì)設(shè)備的需求視情況而定：1、自建二甲醚裝置可以將二甲醚從成品罐引出管線，與原有的天然氣或煤氣管線碰頭，切斷原來(lái)的天然氣或煤氣供應(yīng)，以二甲醚代替之。根據(jù)壓力需要，可以決定是否需要新增二甲醚泵或其它加壓設(shè)施。根據(jù)需求量情況，以及原來(lái)的流量計(jì)和閥門情況，決定是否更換流量計(jì)和閥門。如果原來(lái)的流量計(jì)及控制閥門計(jì)量范圍偏大或偏小，則更換；如果量程比較合適則不必更換。2、外購(gòu)二甲醚需要建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的二甲醚儲(chǔ)罐，并配置適當(dāng)?shù)鸟g接設(shè)施來(lái)接受二甲醚。同時(shí)根據(jù)需求情況，決定是否需要新增二甲醚泵或其它加壓設(shè)施。相應(yīng)的安全消防設(shè)施及容器附件要配套。其它與自建二甲醚裝置相同。 八、結(jié)論1、從二甲醚理化性質(zhì)看，二甲醚完全可以替代天然氣、液化氣、煤氣等用于工業(yè)燃料；2、從燃燒性能及熱值看，二甲醚是一種出色的工業(yè)用燃料；3、從加工產(chǎn)品質(zhì)量看，二甲醚要優(yōu)于煤氣、重油等現(xiàn)用工業(yè)原料；4、從安全環(huán)保角度看，二甲醚要優(yōu)于目前所