二甲醚燃料和二甲醚燃料汽车

二甲醚燃料和二甲醚燃料汽车

随着地球上传统的能源——煤、石油、天然气不断的减少，能源问题越来越被人们所关注。能源的来源和清洁能源成为能源领域两大重要课题。能源危机一直威胁着人类，我国虽然是产油大国，但也是石油进口大国，国内石油开发和生产不能适应经济和社会发展的需要，供需矛盾日益突出；另一方面，我国又是煤炭和天然气资源的大国，充分利用这类能源是我们的根本。

二甲醚能从煤、煤层气、天然气、生物质等多种资源制取。二甲醚作为一种新型二次能源具有巨大的发展潜力和市场前景，它能实现高效清洁燃烧，可广泛用于汽车、燃气轮机、锅炉、小型热电冷联供、发动机热泵、燃料电池及家庭灶具、热水器等。我国煤炭储量丰富，是世界第一煤炭生产与消费国。我们可以构想，在未来，将污染严重的煤炭，转化为洁净的二甲醚，供给本地的能源消费，来改善西部地区环境，保护生态；同时用油罐车运输二甲醚到资源匮乏的东部地区，形成一个新的二甲醚能源经济(DME Economy)。二甲醚有望成为替代石油，解决我国油品短缺矛盾和能源安全问题。

一、二甲醚运用的优势

1．1 环保优势

二甲醚(DME)与液化石油气(LPG)的物理性质很相似。是一种无色气体，具有轻微的醚香味，室温下蒸气压力约为0．5MPa。常压下致冷到-25℃或在常温下加压到0．5～0．6MPa，即被液化。二甲醚具有惰性、无腐蚀性、无致癌性、几乎无毒。与二乙醚不同，二甲醚在。

空气中长期曝露不会形成过氧化物。二甲醚的饱和蒸气压低于液化气，储存运输比液化石油气更安全，并且燃烧性能好，热效率高，燃烧过程中无残渣、无黑烟，CO、NO排量低。

1．2二甲醚理化特性优势

(1)二甲醚还可掺入石油液化气、煤气或天然气混烧并能提高热量。纯度高于95％的二甲醚可替代液化气用作燃料。总之，二甲醚比柴油干净，比氢方便，比天然气安全，可以作为燃料被广泛应用。

(2)二甲醚可溶于水，并具有卓越的溶解能力，这些特点使其成为在全球都广受欢迎的气雾剂、抛射剂，尤其是在杀虫剂、发泡剂等方面的应用。

(3)二甲醚具有较高的十六烷值，可直接用作汽车燃料替代柴油．据试验了解二甲醚的燃油性能和机械能更好。爆发力大。能满足并提高发动机的热效率和功率。

1．3二甲醚的经济优势

随着近年来石油价格的不断上涨，从2002年的26美元／桶上升至目前的67美元／桶左右，二甲醚的成本优势不断凸现。二甲醚最大的需求市场是在燃料行业及动力行业。要推动二甲醚的需求市场必须在这一个市场打开缺口，因此，其经济成本就显得尤为重要。据行业人士分析，二甲醚的广泛运用必须满足两大条件：(1)在燃料领域，二甲醚的生产成本必须小于LPG的市场价格。(2)在替代柴油市场，二甲醚的生产成本必须小于柴油的市场价格。而LPG与柴油的石油的市场价格完全受制于石油价格的波动。据测算，当石油的市场价格

稳定在45美元／桶以上。即已经满足了上述两大条件。按现在石油价格来讲，二甲醚的广泛运用时代已经来临。

二、二甲醚的生产工艺及产量规模

2．1 二甲醚的生产工艺方法

二甲醚生产工艺主要包括一步法和二步法以及联产法网。

(1)甲醇气相脱水法：其基本原理是在固定床催化反应器中将甲醇蒸汽通过固体酸性催化剂(氧化铝或结晶硅酸铝)，发生非均相反应，甲醇脱水生成二甲醚，脱水后的混合物再进行分离、提纯，便能得到燃料级或气雾剂级的二甲醚。

(2)甲醇液相脱水法：该法是以甲醇为原料，在浓硫酸的催化作用下，生成硫酸氢甲酯，硫酸氢甲酯再与甲醇反应生成二甲醚，同时生成CO、CO2、H2、CH2、C2H2等副产物。

(3)合成气气相一步法合成二甲醚：该法是把合成甲醇和甲醇脱水两个反应合在一个反应器内进行，其关键在于选择高活性及高选择性的双功能催化剂。中国科学院大连化学物理研究所研制出了用于合成气一步法合成二甲醚的性能良好的双功能催化剂，并在此基础上开发了固定床合成气一步法合成二甲醚新工艺。

(4)合成气液相一步法合成二甲醚：浆态床一步法合成二甲醚技术，是目前最新开发的技术。它可直接利用CO含量高的煤基合成气，还可在线装卸催化剂。其突破是甲醇合成过程中热力学平衡的限制，具有较高的CO单程转化率和二甲醚产率，使二甲醚在成本上更具优势。

(5)CO2加氢合成法：CO2加氢制二甲醚打破了CO2加氢制甲醇热力学的限制，使CO2转化率得以提高，而且还能抑制逆水气变换反应的进行。目前，世界上许多国家都在进行CO2加氢制二甲醚催化剂及工艺研究，但大多处于探索阶段，CO2的转化率及二醚的选择性均较低。

2．2二甲醚的产量规模

据中国化工网相关资料统计，2008年，我国二甲醚产能继续大幅增长，全年共有8个二甲醚新建项目投产，合计年产能147．5万t。截至2008年底，国内二甲醚产能已达409．65万t，同比增长56％。据不完全统计，国内原计划2009～2010年投产的二甲醚项共有17个，合计年产能428万t。其中，自配甲醇的项目有8个，合计年产能135万t；需要外购甲醇的项目有9个，合计年产能293万t。预计到2010年，国内二甲醚产能将至少达到837．65万t。根据国家《煤化工产业中长期发展规划(征求意见稿)》，到2020年我国将形成黄河中下游、内蒙古东、黑东、苏鲁豫皖、中原、云贵和新疆7大煤化工产业区，二甲醚产能将达到2000万t。中国化工网分析师表示，即使按照20％的掺烧比例计算，2010年的二甲醚需求量不过390～520万t。

3、国内外二甲醚汽车发展动向

由于二甲醚燃料可作为柴油机的洁净代用燃料，实现压燃式发动机超低排放，近年来欧美、日韩等发达国家十分关注二甲醚燃料汽车的市场前景和环保效益，纷纷开展二甲醚燃料发动机的研发。上世纪90年代，丹麦技术大学、Haldor Top—soe A／S、Navistar、A VL、

AMOCO公司等开展将二甲醚用作柴油机燃料的研究。研究结果表明，燃用二甲醚燃料的柴油机，在保持原柴油机高热效率前提下，碳烟排放为零，氮氧化物和微粒有害排放有较大幅度降低，显示了二甲醚燃料可作为柴油机的洁净代用燃料，实现压燃式发动机超低排放的前景。欧洲VOLVO汽车公司研制燃用二甲醚燃料的大客车样车和卡车，到目前为止，已进入第三轮，开始扩大范围的应用试验。日本通产省、JFE公司、五十铃汽车公司和交通公害研究所等分别研制了二甲醚燃料卡车、集装箱车、小型巴士和城市大客车，目前处于试验运营阶段。韩国、俄罗斯等也研制出各自的二甲醚汽车。

在我国，二甲醚燃料的环保性和作为能源多元化的途径之一，已经引起有关部门的重视。国家科技部、教育部、国家自然科学基金委、中科院和有关部委先后启动了一批煤基二甲醚制备和二甲醚发动机、汽车研发项目。我国陕西、内蒙古、宁夏、四川、山东、新疆和上海将建设一批规模不等的二甲醚生产基地。预计在2010年，我国将形成年产二甲醚约1 000万t的生产能力。上汽集团按照上海市政府关于开发二甲醚车的要求，从2005年就着手二甲醚车的研制工作，目前已完成了三轮开发，达到小批量生产阶段，现有10辆二甲醚车上线进行示范运行，见下图。

西安交通大学从1997年起，承担美国F0rd一中国研究与发展基金项目，研究二甲醚发动机的性能，从单缸机研究开始，并逐步完成了将技术向多缸机的转移取得了一些重要的研究结论。自2000年9月成功开发了国内第一辆超低排放二甲醚汽车以来，经过近4年的努力，二甲醚汽车的性能得到不断的提高，目前已稳定运行近3000km，起动、爬坡、加速、高速等性能优于原柴油机动力。

(1)使用二甲醚为燃料时，起动容易。

(2)在全部工况范围内消除了气阻，换挡自如。

(3)二甲醚汽车的爬坡、加速性能好，最高车速已超过柴油机，达到130km／h(柴油机时120km／h)。

(4)无论是起动、加速，还是全速行驶，二甲醚汽车排气无烟。

4、二甲醚城市客车的安全措施

二甲醚需要在一定的压力下储存，而在常温、常压下是一种可燃

气体。因此，在安全方面有特殊的要求，需要在燃油客车的基础上，增加一定的安全措施。

4．1二甲醚的储存

采用的汽车用液化二甲醚钢瓶以车用LPG钢瓶为基础改进设计。尽管在相同温度下二甲醚的饱和蒸汽压比LPG低约0．3 MPa，但钢瓶的材料和钢板的厚度不变，其安全性比车用LPG钢瓶更高。钢瓶的公称工作压力为2 MPa，水压试验压力为3 MPa，大于钢瓶内实际压力0．264～1．45MPa。钢瓶设进液单向阀(防止加注后倒流)、安全阀(压力过高时泄放)及限过充装置(瓶内留约20％容积的气相区，为二甲醚升温留出膨胀空间)。钢瓶的型式试验采用LPG钢瓶的规范，包括：爆破试验、气密性试验、耐压试验、振动试验、火烧试验、爆炸冲击试验和循环疲劳试验。

4．2二甲醚的输送

输送管路分刚性管路和柔性管路。刚性管路采用奥氏体不锈钢无缝钢管和双卡套接头，与工作压力为20 MPa的CNG汽车管路相同。奥氏体不锈钢无缝钢管可耐二甲醚中可能存在的甲醇对管道的腐蚀，也便于安装卡套。双卡套接头则密封性可靠，可多次拆卸。出入发动机的柔性管路采用不锈钢波纹管。管路的安装技术要求采用QC／T 247《液化石油气汽车专用装置和安装要求》的有关规定。

4．3输送管路的截止

在车用液化二甲醚钢瓶出口，除设置手动截止阀外，还设置常闭电磁截止阀。开关接通后，电磁阀开启，燃料方能从钢瓶进入粗滤器

和输送泵。发动机熄火或未启动，电磁阀关闭，燃料输送管路截断。在需要紧急截断燃料供应时，也可通过切断电源的方法，将电磁阀关闭。

4．4泄漏报警

车辆设泄漏报警装置，仪表台设报警器，在加注口、钢瓶安装区、压力控制总成和发动机喷射泵附近各设一个传感器。当传感器周围二甲醚气体浓度大于1．2％(着火浓度下限的1／3)时，报警器通过声、光信号报警。光信号可指示泄漏的部位。

4．5 灭火装置

除车厢内安装的2只灭火器外，发动机舱内设置自动灭火器。当发动机舱内温度高于190℃时，灭火器将自动工作。

4．6导除静电装置

燃料加注口面板处设接地线连接桩，可与燃料加注机的接地线连接，以导除燃料加注时可能产生的静电。

5、车用二甲醚燃料应用存在的问题

我国车用二甲醚燃料的应用还处于起步阶段，大规模推广仍面临着加压配送体系建立、二甲醚汽车改造、二甲醚车用燃料的规范和标准等问题的解决。

(1)生产工艺有待优化。虽然我国已掌握二甲醚生产技术，并建成多套生产装置，但当前在我国建立以二甲醚为中心的能源系统，所面临的最大挑战仍是开发高效、低耗、环保的二甲醚生产技术，所以还需要进一步加强高效催化剂的研发和合成反应器优化设计两个环

节。

(2)物流配送有待发展。在现有的几种运输方式中，由于目前全国尚未建成一条醇醚输送管道，醇醚产品不可能通过最廉价的管道实现运输。按照铁路部门的规定，二甲醚尚不能通过铁路装罐运输。目前

建成、在建和规划中的大型醇醚项目80％以上聚集于煤炭资源丰富却远离水运便利的北方地区。因此，绝大多数醇醚企业根本享受不到水运的便利。这就决定了当前乃至今后很长一个时期，二甲醚企业不得不通过成本最高的公路物流完成产品的运输与销售。目前二甲醚还没有较安全成熟的社会供气站，专门的运输车，现一般使用液化石油气槽车进行运输。所以需要国家统一部署加强二甲醚物流配送体系建设，进一步发展二甲醚加气站及运输配送车辆的研究和应用。

(3)标准缺失影响发展。二甲醚相关标准的缺失也是影响其发展的重要因素。据介绍，二甲醚的质量标准目前有两个：一是2007年4月13日国家发改委发布的二甲醚行业产品标准；二是2007年8月21日原建设部颁布的《城镇燃气用户二甲醚标准》，但这只是行业标准，并没有明确的产品名称和针对液化气掺烧二甲醚的标准。现在行业非常需要一个国家标准以规范市场。到目前为止，我国在二甲醚生产、储运、应用方面己开展了部分研发工作，并取得一定成果。但总体来看，二甲醚的研发主要是企业和科研单位的孤立行动，缺乏国家总体部署和统一指导，以及系统的、扎实的研究与应用基础，需要国家相关部门、大型汽车制造厂商、二甲醚生产企业以及科研机构的共

同努力，以尽早实现二甲醚汽车的产业化。

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