二甲醚洁净燃料成开发热点□谭猗生 韩怡卓 二甲醚在常温、常压下为无色、无味气体，由于其自身含氧、组
二甲醚在常温、常压下为无色、无味气体，由于其自身含氧、组分单一，因此燃烧性能好、热效率高，燃烧过程中无残液、无黑烟，是一种优质、清洁的燃料。开发二甲醚清洁燃料的生产技术，已成为当前世界能源、环境和化工领域的研究热点。 一、应用前景
一、应用前景 二甲醚的特性决定了它作为洁净燃料可以在民用和柴油发动机用
二甲醚的特性决定了它作为洁净燃料可以在民用和柴油发动机用两方面大有作为。 1.民用洁净燃料
1.民用洁净燃料 二甲醚在压力下为液体，性能与液化石油气相似，可代替液化石
二甲醚在压力下为液体，性能与液化石油气相似，可代替液化石油气作为民用洁净燃料。它与现有液化石油气的灌装设备、液化气罐及液化气灶等基本通用，不存在技术问题。在液化石油气价格较高的地区可以推广，特别适用于不宜建立燃气管网的地区。中国广大农村还以煤与柴草为燃料，对大气环境产生污染。因此，随着生活水平的提高，民用洁净燃料的问题急待解决。将二甲醚作为民用燃料，若按5户消耗二甲醚1t/a计，仅100万户家庭就需二甲醚20万t。因此，只要能将二甲醚的成本降至与液化石油气有竞争力的价格，它的市场潜力很大。 2.柴油发动机的洁净燃料
2.柴油发动机的洁净燃料 柴油发动机的主要问题是尾气的氮氧化物与黑烟排放，会形成市
柴油发动机的主要问题是尾气的氮氧化物与黑烟排放，会形成市区酸雨，破坏臭氧层。 研究表明，二甲醚十六烷值高（50～55），是理想的柴油发动机
研究表明，二甲醚十六烷值高（50～55），是理想的柴油发动机洁净燃料。它可直接压燃，燃烧过程可实现低NOx排放，实现无烟、无硫燃烧，并可降低噪音。用二甲醚作为柴油机的清洁燃料，即使是自然吸气式柴油机也不必经过太多改装或加装后处理设备即可达到欧洲Ⅲ和美国超低排放车辆（ULEV）标准。 国外近几年已开展了有关研究工作，我国使用无铅汽油刚提入日
国外近几年已开展了有关研究工作，我国使用无铅汽油刚提入日程，柴油发动机污染问题已逐渐受到重视。随着我国车辆保有量的增加，对燃料的需求与日俱增，尤其对柴油燃料的需求更大。 目前二甲醚价格还高于普通柴油，若替代柴油，首先必须实现二
目前二甲醚价格还高于普通柴油，若替代柴油，首先必须实现二甲醚大型化生产并建设相应的基础设施，还要得到政府支持及公众的认同。 二甲醚除了可供汽车使用和作为民用燃料外，还能用作燃料电
二甲醚除了可供汽车使用和作为民用燃料外，还能用作燃料电池、火力发电厂等燃料。对二甲醚进一步脱水处理还可得到化学工业的基础原料——乙烯。 二、 合成路线
二、 合成路线 二甲醚可由合成气制甲醇，甲醇再脱水（二步法、间接法）制得，
二甲醚可由合成气制甲醇，甲醇再脱水（二步法、间接法）制得，或由合成气直接合成（一步法、直接法）制取。 1.甲醇脱水
1.甲醇脱水 甲醇脱水制二甲醚的工艺过程相对简单，投资低，成本稍高，适
甲醇脱水制二甲醚的工艺过程相对简单，投资低，成本稍高，适于中、小规模生产。但是由于受甲醇市场价格的影响大，其成本具有不确定因素。 中国科学院山西煤炭化学研究所针对我国国情，提出二甲醚用作
中国科学院山西煤炭化学研究所针对我国国情，提出二甲醚用作民用燃料的概念，已得到美、日等国科学家的认同，并与陕西新型燃料燃具公司合作进行500t/a甲醇脱水制二甲醚液化气工业试验。该法适于已有联醇装置的小氮肥厂，可利用一部分或全部甲醇生产民用二甲醚液化气。目前已完成由甲醇制二甲醚1万t/a工业试验装置设计。 国内众多的甲醇厂在甲醇进一步扩大生产后，必须寻找利用大宗
国内众多的甲醇厂在甲醇进一步扩大生产后，必须寻找利用大宗甲醇的新途径，而甲醇脱水制二甲醚是其潜在的应用市场。可以通过合成甲醇联产二甲醚，根据市场调节甲醇、二甲醚的生产比例，将会有较好的经济效益。 2.合成气直接合成
2.合成气直接合成 由煤经合成气直接合成二甲醚流程较长，包括气化和合成工艺，
由煤经合成气直接合成二甲醚流程较长，包括气化和合成工艺，投资高，成本较低，在经济上更具有竞争性，适于大规模生产。该工艺包括3个相互关联的反应过程，即甲醇合成、甲醇脱水和水煤气变换反应。 ①固定床反应器及工艺过程
①固定床反应器及工艺过程 固定床合成二甲醚在列管式反应器中进行。固体颗粒催化剂装入
固定床合成二甲醚在列管式反应器中进行。固体颗粒催化剂装入管中，管间以水气化产生蒸汽移去反应热，以保持反应温度。其优点是时空产率较高，但反应温度不易控制。煤基合成气需先变换成富氢合成气，才能进行反应。装卸催化剂需停车且装填要求严格，开停车需按一定程序，常需数天操作才能达到正常生产负荷。 丹麦Topsoe公司开发固定床工艺，在哥本哈根建立了一个日产
丹麦Topsoe公司开发固定床工艺，在哥本哈根建立了一个日产50kg二甲醚的中试厂，运转良好。所用合成气控制H2:CO约为2，该法适用于以富氢的天然气为原料。国内中科院大连化物所、杭州大学、兰州化物所均进行过有关催化剂的研究及过程开发。其中杭州大学在化肥厂进行了催化剂的研究和放大，并建立了1500t/a的二甲醚工业试验。大连化物所也进行了单管试验。 ②浆态床反应器及工艺过程
②浆态床反应器及工艺过程 浆态床合成气制二甲醚的特点是将催化剂置于惰性介质中，在
浆态床合成气制二甲醚的特点是将催化剂置于惰性介质中，在气、固、液三相中进行反应。由于惰性介质的存在，使其具有良好的传热性能，可使反应在等温条件下进行：一方面，催化剂不易超温失活，使用寿命长；另一方面，由于甲醇合成、甲醇脱水和水气变换3个可逆、放热反应协同进行，避免了多步合成法中所受平衡条件的限制。可直接使用富CO的煤基合成气，减少变换工艺和设备。浆态床反应器还有结构简单，易操作，可在线装卸催化剂，开、停车容易等特点。 三、 合成工艺发展趋势
三、 合成工艺发展趋势 中科院山西煤化所从20世纪80年代起开始以合成气直接合成二
中科院山西煤化所从20世纪80年代起开始以合成气直接合成二甲醚的研究工作，煤转化国家重点实验室与日本东京大学、日本钢管株式会社合作完成的“浆态床富CO合成气直接合成二甲醚的催化剂与工艺过程研究”取得了国际领先的研究结果，在北海道成功完成了二甲醚5t/d的中间试验。并与西安交通大学合作进行了二甲醚替代柴油的发动机台架试验和行车试验。目前，煤化所正在进行浆态鼓泡塔反应工艺的100t/a中试装置和液体燃料合成的试验平台建设。1998年清华大学化工系与美国Air Products & Chemicals公司签订协议，合作开发新一代浆态床一步法二甲醚生产工艺及设备。中科院大连化物所、浙江大学等单位在使用富氢合成气和固定床的二甲醚合成上也开展了许多工作。 美国Chem System与Air Products & Chemicals两大公司在美
美国Chem System与Air Products & Chemicals两大公司在美国能源部的资助下，自20世纪80年代开始致力于液相法合成甲醇（LPMeOH）及二甲醚（LPDME）等汽油和柴油替代品生产技术的开发。日本最近设立专门机构加紧开发清洁燃料二甲醚的生产技术。日本东京大学和近50家企业成立了“二甲醚论坛”，就二甲醚的生产技术和性能、安全基准等问题进行研究，并争取在2005年投入批量生产。 二甲醚作为柴油和液化石油气的替代燃料，决定了它将是大吨位
二甲醚作为柴油和液化石油气的替代燃料，决定了它将是大吨位的生产模式。浆态床反应器具有结构简单、生产能力大、传热效果好、可以使用富CO催化剂等优点，是国内外在合成气催化转化制备燃料过程的研发方向。但是，浆态相二甲醚合成中催化剂活性组分的匹配原理、催化反应机理、催化剂的失活机理等都需要深入研究。在浆态床二甲醚技术研究和开发上处于领先地位的日本钢管公司和美国Air Products & Chemicals公司，均遇到了浆态相催化剂失活的难题。适合浆态相二甲醚合成的催化剂已经成为影响二甲醚进一步实现工业化的瓶颈问题。 四、结论
四、结论 1.二甲醚作为一种极有前途的代用清洁燃料， 它的生产和应用
1.二甲醚作为一种极有前途的代用清洁燃料， 它的生产和应用受到世界各国的广泛关注，被称为21世纪的洁净燃料。 2.甲醇脱水制取二甲醚适于已有联醇装置的小氮肥厂。为解决我
2.甲醇脱水制取二甲醚适于已有联醇装置的小氮肥厂。为解决我国中、小城市及发达地区农村的民用洁净燃料，可利用其一部分或全部甲醇生产民用二甲醚液化气。 3.由合成气一步法合成气制二甲醚，降低生产成本，在经济上更
3.由合成气一步法合成气制二甲醚，降低生产成本，在经济上更具有竞争性，特别是浆态床工艺更适合于富CO的煤基合成气。 4.从煤出发制取二甲醚是补充我国车用和民用燃料不足的一个十
4.从煤出发制取二甲醚是补充我国车用和民用燃料不足的一个十分现实的途径，并可改善我国大气质量和生态环境，有重大的经济和社会效益。 5.由于我国的能源结构特点，煤或天然气制二甲醚适合我国国
5.由于我国的能源结构特点，煤或天然气制二甲醚适合我国国情，有可能在中国首先实现工业化。