二甲醚用作城鎮(zhèn)燃?xì)獾募夹g(shù)及其經(jīng)濟(jì)性

羅東曉張秀琴

1.新奧燃?xì)饪毓捎邢薰?2.中山大學(xué) 3.中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院

二甲醚用作城鎮(zhèn)燃?xì)獾募夹g(shù)及其經(jīng)濟(jì)性

羅東曉1,2張秀琴3

1.新奧燃?xì)饪毓捎邢薰?2.中山大學(xué) 3.中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院

羅東曉等.二甲醚用作城鎮(zhèn)燃?xì)獾募夹g(shù)及其經(jīng)濟(jì)性.天然氣工業(yè),2010,30(4):130-132.

國(guó)內(nèi)二甲醚產(chǎn)能增長(zhǎng)較快,亟待研發(fā)其安全高效利用技術(shù),拓展利用途徑,以加快推進(jìn)市場(chǎng)化進(jìn)程。城鎮(zhèn)燃?xì)馐嵌酌牙米顬楝F(xiàn)實(shí)、市場(chǎng)前景最為廣闊的領(lǐng)域。開發(fā)安全、經(jīng)濟(jì)可行的瓶裝二甲醚、LPG復(fù)合燃料供氣以及以二甲醚為原料生產(chǎn)代天然氣產(chǎn)品供應(yīng)城市管網(wǎng)的技術(shù),可以極大提高二甲醚利用量,有效破解目前國(guó)內(nèi)二甲醚產(chǎn)能相對(duì)過剩的難題。為此,分析了二甲醚利用中存在的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)缺失、市場(chǎng)監(jiān)管力度不夠、產(chǎn)業(yè)化程度低等問題;同時(shí)對(duì)二甲醚作為替代能源的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了深入研究,結(jié)論指出:等熱量的二甲醚價(jià)格比天然氣、液化石油氣分別低15%、10%以上時(shí),就具有經(jīng)濟(jì)可行性。從遠(yuǎn)景看,二甲醚作為柴油汽車替代燃料市場(chǎng)容量大,但需要攻克的難題也較多;而作為城市管網(wǎng)調(diào)峰與事故應(yīng)急氣源,則還有許多需要用試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證的技術(shù)內(nèi)容。

二甲醚 能源 城鎮(zhèn)燃?xì)?替代燃料 復(fù)合燃料 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

近幾年,我國(guó)二甲醚(DME)產(chǎn)業(yè)依托國(guó)內(nèi)煤炭資源相對(duì)豐富的優(yōu)勢(shì),呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭,預(yù)計(jì)到2010年前后,我國(guó)DME產(chǎn)能將超過1500×104t/a。產(chǎn)能的快速增長(zhǎng),需要有市場(chǎng)需求量作為支撐。DME的安全高效利用這個(gè)焦點(diǎn)問題就成為當(dāng)務(wù)之急。

1 DME的主要利用途徑

1.1 用作城鎮(zhèn)燃?xì)?/p>

城鎮(zhèn)燃?xì)忸I(lǐng)域DME替代的主要是LPG和天然氣。以DME替代5%的LPG和5%的天然氣計(jì),到2010年,全國(guó)城鎮(zhèn)燃?xì)忸I(lǐng)域需要消耗DME的總量就為480×104t/a。

1.1.1 純DME氣體燃料

純DME作為氣體燃料,利用方式包括瓶裝供應(yīng)和區(qū)域管網(wǎng)供應(yīng)。按照DME的特性以及國(guó)家相關(guān)規(guī)定,所有氣瓶、燃燒設(shè)備以及輸配、運(yùn)輸、儲(chǔ)存等環(huán)節(jié)都得采用DME專用設(shè)備,主要原因是DME對(duì)部分密封橡膠具有一定的溶脹性。解決這一技術(shù)問題不存在任何難點(diǎn),但對(duì)于一個(gè)獨(dú)立的、相對(duì)封閉的供氣系統(tǒng),無(wú)論是氣源供應(yīng)保障、設(shè)備運(yùn)行安全,還是系統(tǒng)靈活性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面,都必定受到較大的制約和影響。與LPG設(shè)施不兼容,使用范圍受到限制,降低了實(shí)施的便利性,影響市場(chǎng)拓展空間。再者,市場(chǎng)培育需要一定時(shí)間,推廣上也存在一定難度。

1.1.2 與LPG混合作為復(fù)合燃料瓶裝供應(yīng)

將DME與LPG按照一定的比例在瓶?jī)?nèi)液相混合,利用已有LPG自身的供氣系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)施供氣,但供氣系統(tǒng)的所有設(shè)施都需要經(jīng)過相應(yīng)改進(jìn)。這種復(fù)合燃料瓶裝供應(yīng)模式在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面都較為可行,氣源有保障,靈活性、可靠性也較高,特別是成本相對(duì)較低。難點(diǎn)在于市場(chǎng)監(jiān)管和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的缺失。技術(shù)方面的問題是需要研制出能夠適應(yīng)這種復(fù)合燃料特性的、且具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的各類設(shè)備,以及確定合理的配比。

1.1.3 供應(yīng)城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)

以DME作為原料,調(diào)制成合格的代天然氣產(chǎn)品供應(yīng)城市管網(wǎng),用于日常供氣或調(diào)峰氣源及事故應(yīng)急氣源。這一利用途徑具有利用量大、可以產(chǎn)生規(guī)模效益的特點(diǎn),市場(chǎng)前景較好。難點(diǎn)是需要解決諸如工藝流程優(yōu)化、原料的配制比例、燃燒特性及燃?xì)饣Q性研究等一系列技術(shù)問題。

1.2 替代柴油用作汽車燃料

該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展方向是開發(fā)DME汽車發(fā)動(dòng)機(jī)或者能夠適應(yīng)DME的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以及相應(yīng)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)。利用DME十六烷值與柴油相當(dāng)?shù)奶匦?采用直接壓燃方式,以DME替代柴油作為汽車燃料。但這一領(lǐng)域的難點(diǎn)較多,比如加注站規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)等,涉及技術(shù)、政策及市場(chǎng)層面。

2 DME用作城鎮(zhèn)燃?xì)獾募夹g(shù)

2.1 DME的制備

DME可由天然氣或煤炭作為原料來(lái)生產(chǎn)。一般來(lái)說,生產(chǎn)DME采用二步法工藝,先由煤炭或天然氣制取甲醇,再由甲醇脫水得到DME[1-3]。2.5t劣質(zhì)煤炭可以生產(chǎn)出1.0t DME。若煤炭?jī)r(jià)格為500元/t, DME生產(chǎn)成本則為2600～3000元/t。

2.2 DME用作城鎮(zhèn)燃?xì)獾臉?biāo)準(zhǔn)和要求

DME用作城鎮(zhèn)燃?xì)獾幕疽?①相關(guān)設(shè)備必須能夠適應(yīng)DME特性的要求;②與原有氣源具有互換性;③不損害消費(fèi)者利益。對(duì)于質(zhì)量指標(biāo)及技術(shù)方面的要求,在現(xiàn)階段“國(guó)標(biāo)”尚不夠完善的情況下,主要是將已頒布的“國(guó)標(biāo)”、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與地方標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行管理,解決DME使用過程中的安全技術(shù)等問題?，F(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)有:“國(guó)標(biāo)”《城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦浴?GB/T13611—2006)、化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《二甲醚》(HG/T3934—2007)、建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)燃?xì)庥枚酌选?CJ/T259—2007)等。DME用作城鎮(zhèn)燃?xì)獾木唧w要求包括:①必須限定熱值的變化范圍,與原有氣源的熱值應(yīng)該相當(dāng),以解決氣體體積結(jié)算統(tǒng)一等問題;②DME用作城鎮(zhèn)燃?xì)鈺r(shí),華白指數(shù)和燃燒勢(shì)參數(shù)應(yīng)該在“國(guó)標(biāo)”規(guī)定的范圍內(nèi);③安全性能各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。

除理論分析之外,燃燒試驗(yàn)驗(yàn)證也相當(dāng)關(guān)鍵。對(duì)燃燒器具進(jìn)行氣源適配性測(cè)試,可更進(jìn)一步提高DME用作城鎮(zhèn)燃?xì)獾目尚行訹4]。測(cè)試內(nèi)容有燃燒工況、點(diǎn)火、煙氣排放指標(biāo)、熱效率、熱負(fù)荷、熱水產(chǎn)率等。

2.3 DME與LPG復(fù)合燃料供應(yīng)

DME與LPG混合后作為復(fù)合燃料供應(yīng),利用的是原有的LPG供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)施及燃燒器具。因此,控制DME的摻混比例使之完全適應(yīng)原系統(tǒng)的要求是關(guān)鍵點(diǎn)?？刂芁PG中摻混DME比例的依據(jù)是:①?gòu)?fù)合燃料的燃燒特性參數(shù)符合“國(guó)標(biāo)”《城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦浴芬?即華白指數(shù)與燃燒勢(shì)變化范圍在允許范圍之內(nèi),并通過氣源適配性測(cè)試[5-6];②熱值下降幅度在可接受的范圍內(nèi)。國(guó)內(nèi)典型的LPG中摻混不同比例(質(zhì)量比)DME后的復(fù)合燃料主要燃燒特性參數(shù)見表1。

由表1可知,將DME摻混比例控制在20%以下,可以同時(shí)兼顧燃燒特性參數(shù)的變化范圍和熱值降低幅度都滿足要求。

表1 國(guó)產(chǎn)典型LPG中摻混DME后的主要燃燒特性參數(shù)表

2.4 生產(chǎn)12T類別代天然氣

DME不能單獨(dú)作為原料生產(chǎn)出合格的12T代天然氣產(chǎn)品供應(yīng)管網(wǎng),須與天然氣或其他氣相密度小、華白指數(shù)高的燃?xì)?比如含有氫氣的人工煤氣、或含有大量甲烷氣體的煤層氣等可燃?xì)怏w)混合、調(diào)配[7]。以DME為原料的幾種典型的混合氣參數(shù)見表2。

表2表明:混合氣的熱值與原12T天然氣相等,燃燒特性參數(shù)變化范圍符合要求,可以互換,安全指標(biāo)同樣符合要求。但DME摻混比例不高,質(zhì)量比在20%左右且須添加大量天然氣(一般在50%以上)。因此,DME使用量受到制約,而且實(shí)施過程缺乏便利性。

2.5 DME代天然氣用于城市管網(wǎng)調(diào)峰或應(yīng)急供氣

作為12T天然氣管網(wǎng)的事故應(yīng)急供氣,特殊情況下,天然氣中摻混DME的比例可適當(dāng)增加,且可以采用提高熱值的措施抑制華白指數(shù)值的下滑。DME的混配比例須進(jìn)行燃燒性能測(cè)試后獲得。

DME用于城市管網(wǎng)的調(diào)峰氣源,還存在眾多局限,有些技術(shù)內(nèi)容還需要進(jìn)一步論證和研究:①不能單獨(dú)成為調(diào)峰氣源,必須與大量的天然氣(質(zhì)量比占50%以上)混合后,才能成為合格的產(chǎn)品氣供應(yīng)管網(wǎng)。②含有一定比例DME的混合氣體作為管網(wǎng)氣源,對(duì)CNG汽車等會(huì)構(gòu)成一定影響——高壓狀態(tài)下重組分凝結(jié)問題須引起重視。此外,管網(wǎng)內(nèi)的其他用戶使用該混合氣體時(shí),產(chǎn)品質(zhì)量是否會(huì)受到影響,需進(jìn)行專題研究。③管道輸送壓力會(huì)因此受到限制,必須考慮烴露點(diǎn)變化問題,避免DME凝結(jié)。

表2 幾種典型的混合氣參數(shù)表

3 DME的經(jīng)濟(jì)性分析

DME的經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在其與LPG、天然氣及其他競(jìng)爭(zhēng)能源的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。一般來(lái)說,來(lái)源于煤炭原料的DME,在高石油價(jià)格背景下,替代天然氣和LPG,均存在經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。如果等熱量的DME價(jià)格比天然氣低15%以上,比LPG低10%以上時(shí),具有顯著的經(jīng)濟(jì)可行性(見表3)。

表3 等熱量條件下DME與天然氣和LPG價(jià)格對(duì)照表

4 結(jié)束語(yǔ)

1)發(fā)展DME產(chǎn)業(yè)符合我國(guó)貧油少氣多煤的能源現(xiàn)狀。

2)DME用于城鎮(zhèn)燃?xì)獾南嚓P(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制訂,儲(chǔ)運(yùn)與利用環(huán)節(jié)的工藝技術(shù)路線確立、設(shè)備的研發(fā),都是需要進(jìn)一步開展的工作。暫時(shí)存在的技術(shù)障礙是可以逾越的。

3)DME替代LPG,在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面均具有可行性。特別是DME與LPG混合瓶裝供應(yīng),包括小區(qū)管道供應(yīng),推廣應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)性,經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)相對(duì)明顯,且市場(chǎng)前景廣闊。開發(fā)市場(chǎng)的最佳時(shí)機(jī)應(yīng)該是高油價(jià)、特別是LPG價(jià)格高企時(shí)期。

4)一旦市場(chǎng)監(jiān)管難題破解,DME與LPG復(fù)合燃料的發(fā)展前景大有可為。

5)遠(yuǎn)期看,DME作為柴油汽車替代燃料,市場(chǎng)容量大,但需要攻克的難題也較多。包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及燃料供應(yīng)系統(tǒng)技術(shù)、加注站建設(shè)等。

6)DME作為城市管網(wǎng)調(diào)峰與事故應(yīng)急氣源的意義重大,但理論分析結(jié)果不太樂觀,還有許多需要用試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證的技術(shù)內(nèi)容。

7)DME作為城市管網(wǎng)調(diào)峰和事故應(yīng)急的工藝流程、氣源互換性研究等,需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)和深入研究,以便掌握相關(guān)數(shù)據(jù),確定合理的摻混方式和比例。

8)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)滯后或缺失,制約了產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,需要全社會(huì)共同關(guān)注并推進(jìn)此項(xiàng)工作的落實(shí)。

[1]王啟,項(xiàng)友謙.DME在城鎮(zhèn)燃?xì)忸I(lǐng)域的應(yīng)用前景[J].煤氣與熱力,2007(5):24-27.

[2]羅東曉.DME及其應(yīng)用技術(shù)分析[J].天然氣工業(yè),2008,28(1):134-136.

[3]逢進(jìn),馬亮.DME的制造及其燃燒應(yīng)用[J].煤氣與熱力,2002(6):235-238.

[4]羅東曉,李明.天然氣與人工煤氣的快速經(jīng)濟(jì)置換[J].天然氣工業(yè),2005,25(11):111-114.

[5]羅東曉,楊艷麗.DME燃料的燃燒性能研究[J].上海煤氣,2007(4):4-6,30.

[6]申威,張阿玲,韓為建.車用替代燃料能源消費(fèi)和溫室氣體排放對(duì)比研究[J].天然氣工業(yè),2006,26(11):105-107.

[7]羅東曉.以二甲醚為原料生產(chǎn)代天然氣的方法:中國(guó), ZL200610122686.7[P].2009-07-01.

(修改回稿日期 2010-03-05 編輯 趙 勤)

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.04.032

Luo Dongxiao,professor of engineer,was born in1961.He is a professor at Sun Yat-Sen University,and a researcher at South China University of Technology.He has been engaged in research of natural gas utilization in highly efficient way and new energy technology.

Add:No.206,Sec.Bozhoubian,Guanlong Rd.,Dongguan,Guangdong523000,P.R.China

Tel:+86-20-87787253 Mobile:+86-13501520589 E-mail:ldx2005@vip.sohu.com

A Technical and economic analysis of dimethyl ether as an urban gas fuel

Luo Dongxiao1,2,Zhang Xiuqin3
(1.XinAo Gas Holdings L imited,Dongguan,Guangdong523000,China;2.S un Yat-Sen Unirersity,Guangzhou,Guangdong510060,China;3.North China Municipal Engineering Design&Research Institute,Tianjin300074,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE4,pp.130-132,4/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)

The productivity of dimethyl ether(DME)is rapidly increasing in China,so it is high time that technologies should be studied and developed for safe and highly efficient DME utilization,its utilization ways be explored,and its market-oriented progress be speeded up.The DME being taken as an alternative urban gas fuel is thought to have the most realistic and broadest prospect at present.Through many safe and cost-effective technologies,the DME is being bottled,being mixed with LPG as a compound fuel, and being processed as a raw material to obtain other substitutes for gas fuels in city gas network,thus,the volume of DME utilization will be highly improved to solve the production surplus recently.Many existing problems in the DME utilization are focused onin this paper including the lack of national standard,inadequate market supervision,and a low level of industrialization,and so on. Moreover,an in-depth investigation is made on the technical economy of the DME as an alternative energy,the cost-effectiveness of which will be achieved if the price of DME under isocaloric condition is respectively15%and12%lower than that of natural gas and PL G.In the long run,there is a large market for the DME as a substitute for the diesel vehicles,but many difficulties still exist. Many technical parts need to be testified by many tests in using the DME as an alternative gas fuel for peak-shaving or emergency-use in the city gas network.

dimethyl ether(DME),energy,urban gas,alternative fuel,compound fuel,technical economy

book=130,ebook=438

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.04.032

羅東曉,1961年生,教授級(jí)高級(jí)工程師,中山大學(xué)、華南理工大學(xué)兼職教授,學(xué)士;取得5項(xiàng)省部級(jí)科學(xué)技術(shù)成果獎(jiǎng)勵(lì)和16項(xiàng)國(guó)家技術(shù)發(fā)明專利;主要從事天然氣高效利用及新能源技術(shù)研究工作。地址:(523000)廣東省東莞市莞龍路柏州邊段206號(hào)東莞新奧燃?xì)庥邢薰尽ｋ娫?13501520589。E-mail:ldx2005@vip.sohu.com