一、二甲醚及其兴起
二甲醚是一种烃类化工产品，无毒，物理特性与液化石油气十分相似，常温常压下为无色气体，5个大气压下呈液体状态。
20世纪70年代，二甲醚开始用作气雾剂，以取代破坏臭氧层的氟里昂。近十几年来，在各国寻求清洁车用替代燃料的过程中，二甲醚的良好燃烧性能及低污染排放特性使其日益受到重视。另一方面，近数年来为开发难运输的天然气田，把天然气就地转化为能低成本储运的气制合成油和二甲醚等新型产品，使其更便于运输到远距离的终端市场。因此，车用替代燃料的探索和天然气行业的发展需求，是推动二甲醚快速发展的主要动力。
研究人员认为，大规模发展二甲醚燃料具有如下优势和基础：一是燃烧性能好，污染排放水平低。二甲醚作燃料，燃烧更充分无残留；作为车用燃料保持动力性能且污染排放大幅下降，可满足欧美最新排放标准。二是兼容性好，基础设施改造建设容易。二甲醚与液化石油气储存、运输和应用的基础设施兼容性较好，可直接使用或经简单改造便可；在同等温度下储运过程比液化石油气更安全。三是资源基础坚实和原料供应灵活。二甲醚可从天然气、煤层气、煤炭、生物质、重油残渣等多种资源制取，可因地制宜地用当地各种廉价、丰富的资源制取。
目前，被普遍认为二甲醚最有潜力的应用领域是：一是替代液化石油气，作为民用替代燃料；二是替代柴油，作为车用替代燃料；三是用于发电，或作为燃料电池的燃料；四是我国尝试替代乙炔用气收到了良好的效果。从地域分布看，二甲醚作为能源产品的潜在市场，主要在于经济发展较快、但能源资源紧缺的亚洲日本、中国、南亚和东南亚国家等。
二、二甲醚生产技术
目前，二甲醚的生产技术主要分为“两步法”和“一步法”两大类，还有一些介于二者之间的新方法。“两步法”又称为“甲醇脱水法”，先把合成气合成为甲醇，再脱水制得二甲醚，已有三十多年的成功应用经验；“一步法”是近年新开发的技术，在同一反应器内完成甲醇合成和脱水反应，能进一步降低二甲醚生产的成本，但催化剂问题尚需进一步攻关。我国山东久泰化工科技股份有限公司(简称山东久泰公司)综合前两种工艺的优点，开发出气态甲醇直接合成二甲醚的技术，通常称为“一步半法”或“整体一步法”，具有工艺流程短、能源消耗低、催化剂寿命长等优点，经济性优于两步法。
各种二甲醚生产技术的一个共同特点是，首先必须把原料转换为合成气。由于天然气、煤炭、生物质、煤层气、重油残渣等各种碳氢类物质均可通过重整或气化转化为合成气，因此二甲醚的生产规模取决于当地的资源状况。
二甲醚生产技术的另一特点是，与甲醇产品具有密切关系。甲醇本身是化工行业中的终端产品，也是二甲醚生产的重要中间产品。从甲醇生产二甲醚只需经过脱水反应，设备要求相对简单，投资只占全部投资的1/5左右。因此，可根据甲醇市场价格，生产甲醇或二甲醚，实现产品之间的灵活转换。但是，二甲醚的生产成本受到甲醇价格影响，在甲醇价格居高不下时很难获益。
三、国外二甲醚发展状况
(一)日本
目前，日本对二甲醚生产和应用最积极。这源自于二甲醚生产、储运和应用三个环节综合考虑的结果。在生产环节，二甲醚技术为经济开发难运输的天然气资源提供了可能。为此，日本启动了天然气合成油、天然气水合物和二甲醚这三种技术研究项目。在储运环节，日本现有的36个沿海LPG接收设施可方便地接收二甲醚。在应用环节，二甲醚能满足日益严格的环保要求。东京限制柴油车尾气排放的环保条例，推进了柴油车新型替代燃料开发，二甲醚成为首选之一。
过去数年来，日本开展了一系列二甲醚生产应用技术研发示范项目。日本钢铁工程集团公司“一步法”二甲醚生产技术的研发和示范；日本石油天然气金属国家公司、日立、三菱重工等大型企业联合研发项目，涉及以二甲醚为燃料的发电、交通和氢燃料电池领域；日本政府部门资助的二甲醚集中或分散式发电系统、重整制氢及燃料电池系统研究项目，二甲醚汽车研发和道路行车试验项目等。
目前，二甲醚生产技术研发和示范以企业为主。日本钢铁工程集团公司10年间开发了二甲醚的“一步法”直接合成工艺，2003年建成年产3万吨的工业化实验装置，计划于2013年左右在卡塔尔、印度尼西亚和澳大利亚建成3个二甲醚项目，年生产能力达200—300万吨，并希望将其产品用于中国市场。二甲醚到岸成本将低于柴油和液化石油气，在规模更大时有望低于原油；但是能否大规模地用作燃料，其最大障碍在于配送基础设施和各项应用技术的成熟与完善。日本还在研究以煤炭为原料生产二甲醚，曾与中国相关企业和机构作过一些接触。
日本已将二甲醚定位于大规模应用的替代燃料，大力推动使之发展成为标准燃料。2000年，日本专门组建了二甲醚论坛，以推动二甲醚技术进步和市场开发；从标准燃料出发，对二甲醚在生产、运输、配送和应用各阶段可能出现问题开展研究，通过制定标准和法规来确保使用安全，并使其环保特性得以充分发挥。
(二)欧美
欧美国家对二甲醚的研究，主要是由大型汽车和石油天然气企业发起的，政府方面尚未制定大规模开发应用二甲醚的计划。
BP公司为了不断开发天然气资源、拓展天然气及其衍生产品新市场，制定了把难运输的天然气就地转化为多种易于储运、附加值更高的液体燃料和化学品的技术产品路线，二甲醚是其重要选择之一。美国空气化学品公司和丹麦托普索公司都探索过二甲醚“一步法”生产工艺，并建立了示范装置，但仍未攻克“一步法”生产装置的连续运行问题。
在控制汽车尾气排放方面，欧盟第五框架研究计划在能源、环境和可持续发展主题下，支持了重型汽车替代燃料研究项目；2005年初，富豪汽车等公司及一些专业研究机构，完成了二甲醚替代柴油的研究和行车试验。
近年来，欧美等国还开展了生物质制取二甲醚的研究，以验证其技术和经济可行性。2001年以来，多家公司联合在欧盟第六框架研究计划的资助下，在瑞典建设了以生物质为原料生产合成油和二甲醚的中试项目，预计2007年投入试运行。此外，美国国家可再生能源实验室也开展了生物质气化生产甲醇、二甲醚技术的研究。
四、我国二甲醚研发现状
我国二甲醚研究开发起步较晚，但发展很快。近两年，国内二甲醚生产能力增加，一些大规模工业化生产项目正在酝酿中。从企业投资方向来看，二甲醚作为气雾剂的市场十分有限，而作为民用和车用替代燃料等的势头正旺。
(一)二甲醚的生产与消费
20世纪90年代以前，我国只有几个企业生产二甲醚，单台能力只有年产几百吨，全国的年总产量仅三、五千吨。90年代中期，广东中山市精细化工实业公司等企业先后建成若干个千吨级生产装置，我国二甲醚年生产能力达到近两万吨。进入21世纪，山东久泰公司年产3万吨级煤制二甲醚、四川泸天化集团公司(简称泸天化公司)年产1万吨级天然气制二甲醚生产装置的相继建成，全国二甲醚生产能力又上了一个台阶。2005年，山东久泰公司年产6万吨新建装置投产后，年生产能力扩大到10万吨，全国二甲醚生产能力又提高12万吨。与此同时，90年代前建成的千吨级以下二甲醚生产装置，由于规模较小、工艺技术落后、生产成本高，没有竞争力，大多已处于停产或半停产状态。
目前，山东久泰公司和四川泸天化公司作为国内领先的二甲醚生产企业，都在扩大生产能力。此外，还有一些大型二甲醚生产项目在筹建中。山东久泰公司在煤炭资源丰富的内蒙古鄂尔多斯市启动了年产100万吨的二甲醚项目，计划原地生产甲醇运送到二甲醚市场，再转化成二甲醚销售。泸天化公司已开始建设年产11万吨的天然气制二甲醚项目。宁夏年产83万吨的二甲醚生产项目目前正在运作中，陕西榆林正在筹建年产20万吨的二甲醚生产项目，全国还有一批二甲醚生产项目在酝酿中。
2004年，我国二甲醚的实际消费量约2万吨，其中民用燃料占56%，喷雾剂占40%。消费量明显小于生产能力。由于目前甲醇价格较高，生产企业不愿意将其转化为二甲醚；但另一方面，山东久泰公司今年二甲醚生产能力增加到10万吨以后，截至今年8月已累计生产销售约7万吨。这表明，只要二甲醚价格合理，市场还是很大的。
(二)二甲醚的研发与应用
作为替代燃料，对二甲醚纯度没有作为气雾剂的要求高，但生产企业必须能提供经济且能保障规模供应，工艺技术成熟且生产运行稳定，满足动力性能和环保要求的产品。
在生产方面，西南化工研究设计院拥有自主知识产权的甲醇气相脱水法制二甲醚工艺，生产工艺技术成熟，国内已建成十几套装置，首套万吨级装置--安徽蚌埠新奥燃气公司二甲醚装置已开车成功。其甲醇单耗可达1.4吨/吨二甲醚。
山东久泰公司开发了具有自主知识产权的“液相法复合酸脱水催化生产二甲醚”生产工艺，用于年产3万吨的试验装置，生产工艺技术基本成熟，产品成本在每吨3000元以内，山东省科技厅组织的鉴定认为该技术达到国际领先水平。浙江大学和湖北田力公司开发了“固定床一步法”、清华大学和重庆英力公司开发了“浆态床一步法”生产工艺，分别建设了年产1500吨和3000吨的中试装置，生产成本可大幅降低，但规模小连续运行尚不稳定。
在作为替代民用燃料方面，中科院山西煤化所等单位开展的二甲醚灶具开发工作，与传统的液化石油气灶相比，改动工作量和难度都很小，推广应用已不是问题。专家认为二甲醚价格低于每吨3000元时，在经济性上可与液化石油气竞争。
在作为车用替代燃料方面，西安和上海交通大学分别于2000年、2005年研制出二甲醚燃料中型和大型客车，尾气排放均满足欧III标准。最近，上海市计划在2010年世博会之前制造并投运30辆二甲醚公交车作为示范。
到目前为止，我国在二甲醚生产、储运、应用方面已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。
五、我国二甲醚发展问题探讨
(一)发展战略与目标定位问题
二甲醚作为清洁的替代燃料，不存在是否需要、要不要发展的问题，而是如何定位发展目标的问题。是替代民用燃料还是替代柴油，或是兼而有之？是全部替代还是部分替代？最终发展规模应该多大？以及如何布局等问题。
我们认为，中国应将二甲醚作为规模型替代燃料。
1、替代部分液化石油气进口。我国液化石油气消费量占世界总消费量的9%，是世界第三大液化石油气消费国和进口国。2003年，全国液化石油气产量1377万吨，进口为639万吨，占国内消费量1/3左右，是我国推广应用二甲醚燃料最可行的方向。
2、帮助西部富煤贫困地区发展经济。与单纯输出煤炭相比，生产二甲醚能延长煤炭产业链，有利于提高煤炭产品的附加值，对促进我国西部富煤地区经济发展具有重要作用。
3、在基础设施上具有后发优势。发达国家的基础设施已经比较完备，推广替代燃料改建工作量较大。我国民用液化石油气的普及程度尚不高，车用燃料的需求远未达到饱和，替代燃料发展主要是装填何种民用燃料和新建基础设施的问题，改建问题少和转换代价小。
4、发展规模与布局尚需深入研究。在我国二甲醚的发展规模、替代比例，以及发展规划与科学布局等问题，应通过更深入的研究分析确定。
(二)各种替代燃料综合比较科学发展问题
经过多年研究，已出现多种替代油气的液体燃料。这些燃料大体上可归纳为三类：一是以煤炭为基础的液体燃料，除二甲醚外，还有煤炭直接或间接液化制油、甲醇等；二是以生物质为基础的液体燃料，如生物燃料乙醇、生物柴油、生物质裂解油和生物质合成燃料等；三是氢燃料系列。尽管这些燃料可以相互转化，互为替代品，但各有优缺点。举例来说，生物质基二甲醚和煤基二甲醚都可以直接相互替代，前者的缺点是技术实践较少、生产成本较高(估计在3400元/吨以上)，但资源可再生，不存在资源枯竭问题；后者虽然技术更成熟、生产成本相对较低，但以煤为原料，属于不可再生的能源；加之目前我国煤炭开采已面临巨大压力，安全问题层出不穷、矿区生态环境和水资源破坏日趋严重，煤炭供应的长期保障性也是个严峻挑战。因此，在考虑煤基液体燃料的同时，如何统筹各类液体燃料的发展？协调他们之间的相互关系，合理确定各类燃料的应用领域和地区，以便进一步提高我国能源安全、减少对国外油气资源的依赖。这些问题都是我国液体燃料发展战略亟待开展深入研究的问题。
(三)技术研发基础薄弱问题
任何新技术产业的发展，都必须建立在可靠的科学试验基础上。只有经过科技研发和工业性试验被证明的成熟技术，其产业才可能得到平稳快速发展，二甲醚产品也不例外。日本在二甲醚的开发与应用方面取得成效，一个重要原因就是拥有坚实的科学试验基础。日本从1989年开始二甲醚的研究，共经历了烧杯试验、型台座研究、生产试验等阶段，开发了二甲醚直接合成工艺，2003年建设示范性实验工厂。2004年底成功进行了三次试运行，参数都达到预期目的。
相比较而言，我国二甲醚在这方面研究工作相对不足，甚至在催化剂等某些关键技术尚未解决的情况下，一些地方和企业就兴建生产装置。截至2004年，我国已建成的二甲醚生产企业达20多家，总生产能力已超过12万吨/年；实际上，不少企业不能正常生产，有的甚至处于停产状态。究其根本原因，即在于尚不掌握某些关键技术，缺乏足够的研究、试验和试点示范。
六、我国二甲醚发展建议
基于上述现状，提出如下建议：
(一)国家加强对二甲醚作为替代燃料的规划和指导
第一，组织开展我国二甲醚发展战略研究，制定适合国情的原料供应、生产储运和应用路线，拟定二甲醚规模发展的路线图；第二，协调企业和科研单位的力量，避免工作领域的重复和缺位；第三，鼓励汽车制造等应用企业参与研发和产业化；第四，组织制定相关标准，以规范的方式开展工作；第五，加强国际合作，支持国际交流，鼓励共同开发。
(二)国家组织我国替代燃料发展战略研究
由我委尽早牵头组织开展替代燃料发展战略研究，为安排“十一五规划”中替代燃料的推广工作提供参考。特别要对煤制油、甲醇、二甲醚等煤基替代燃料，进行更全面、深入、客观而且口径统一的技术经济评价，力争对各种煤基替代燃料给出明确的、定量化的定位。目前，要注重防止部分地区和企业存在对煤化工一哄而上、盲目建设的倾向，将替代燃料发展战略研究成果，作为我委指导富煤地区理性发展煤化工产业提供重要依据。
此外，更应该从国家能源战略、经济安全和能源可持续发展高度，充分重视二甲醚等替代燃料的技术研发、商业化应用与规模化发展。
相关文章
[错误报告][推荐][收藏] [打印] [关闭] [返回顶部]
已有