二甲醚用作民用燃料的發(fā)展前景和面臨問(wèn)題

摘 要

摘要：分析了二甲醚的性質(zhì)及其作為城鎮(zhèn)燃?xì)獾目尚行裕接懥硕酌训陌l(fā)展前景，指出了二甲醚用于城鎮(zhèn)燃?xì)饷媾R的問(wèn)題，對(duì)二甲醚的推廣使用提出了建議。關(guān)鍵詞：二甲醚；城鎮(zhèn)燃?xì)猓灰夯?/p>

摘要：分析了二甲醚的性質(zhì)及其作為城鎮(zhèn)燃?xì)獾目尚行?，探討了二甲醚的發(fā)展前景，指出了二甲醚用于城鎮(zhèn)燃?xì)饷媾R的問(wèn)題，對(duì)二甲醚的推廣使用提出了建議。
關(guān)鍵詞：二甲醚；城鎮(zhèn)燃?xì)猓灰夯蜌鈸交於酌?/span>
Development Prospect and Problems in Use of Dimethyl Ether as Domestic Fuel
ZHANG Shaowei
Abstract：The property of dimethyl ether and its feasibility as city gas are analyzed.The development prospect of dimethyl ether is discussed.The problems in use of dimethyl ether as city gas are pointed out.The proposals on popularizing and using dimethyl ether are made.
Key words：dimethyl ether；city gas；LPG mixing dimethyl ether
1 概述
    隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，不論城市還是廣大鄉(xiāng)鎮(zhèn)對(duì)潔凈燃料的需求量都與日俱增[1～3]。近年來(lái)，全球石油及其產(chǎn)品的價(jià)格大幅度上漲，直接影響到城鎮(zhèn)燃?xì)夂蛙?chē)用燃料的價(jià)格。因此，利用煤為原料制取二甲醚，對(duì)于抑制車(chē)用燃料、城鎮(zhèn)燃?xì)獾膬r(jià)格上漲，改變我國(guó)城鎮(zhèn)的燃料構(gòu)成，改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，乃至對(duì)我國(guó)的能源戰(zhàn)略，均有重要的意義[4～5]。
    我國(guó)是以煤炭為主要能源的國(guó)家，煤炭的生產(chǎn)總量和消費(fèi)總量均占世界第一位。每年以燃燒方式消耗的煤炭達(dá)10×108t/a，占整個(gè)煤炭消費(fèi)量的70%，燃燒產(chǎn)生的污染物排放量占全國(guó)總排放量的比例很大。煤直接燃燒既浪費(fèi)能源，又嚴(yán)重污染環(huán)境。現(xiàn)在二甲醚作為替代能源逐漸顯示出優(yōu)勢(shì)，得到了世界各國(guó)的廣泛重視。自20世紀(jì)80年代我國(guó)就開(kāi)始對(duì)二甲醚用作燃料進(jìn)行了開(kāi)發(fā)研究。二甲醚主要以煤為原料制成，而我國(guó)有著豐富的煤炭資源，以煤為原料生產(chǎn)二甲醚，使其得到廣泛使用，符合我國(guó)的能源政策，有利于環(huán)境的改善，是我國(guó)目前解決能源問(wèn)題的一條途徑[6]。
    據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)二甲醚的消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，民用燃料占絕對(duì)主導(dǎo)地位，為94%，車(chē)用燃料僅為2%，其他用途占4%。2008年底，我國(guó)共有二甲醚生產(chǎn)企業(yè)57家，產(chǎn)能合計(jì)約620×104t/a。雖然從2008年下半年起受?chē)?guó)際金融危機(jī)的影響，裝置開(kāi)工率下降，但2008年產(chǎn)量仍達(dá)310×104t/a，我國(guó)已經(jīng)成為全球最大的二甲醚生產(chǎn)國(guó)。
2 二甲醚的性質(zhì)和發(fā)展前景[6]
    二甲醚(Dimethyl Ether，簡(jiǎn)稱(chēng)DME)是一種易液化儲(chǔ)存與輸送的可燃?xì)怏w，在常溫常壓下為氣態(tài)，20℃下飽和蒸氣壓為0.5MPa，易液化。液態(tài)二甲醚的性質(zhì)與液化石油氣相似。二甲醚具有較好的混溶性，能與大多數(shù)極性和非極性有機(jī)溶劑混溶，加入少量助劑后就可與水以任意比例互溶。二甲醚與天然氣、液化石油氣、甲醇、柴油的主要物理化學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。
表1 二甲醚和一些燃料的性質(zhì)比較
項(xiàng)目
二甲醚
液化石油氣
天然氣
甲醇
柴油
低熱值/(MJ·kg-1)
28.8
46.3
50.O
19.5
42.5
20℃液體密度/(kg·m-3)
668
501
720
790
840
十六烷值
55～60
5
＜10
5
38～53
標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點(diǎn)/℃
-25
-43
-162
65
180～360
理論空燃比/(kg·kg-1)
9.O
15.6
17.2
6.5
14.6
自燃溫度/℃
235
470
650
450
250
在空氣中的爆炸極限
(體積分?jǐn)?shù))/%
3.4～
17.0
1.7～
9.4
5.O～
15.0
—
—
    二甲醚易燃，燃燒時(shí)火焰略帶光亮，燃燒性能好，熱效率高，燃燒過(guò)程中無(wú)殘?jiān)?、無(wú)黑煙，C0、NO排放量低。二甲醚質(zhì)量分?jǐn)?shù)在95%以上時(shí)可直接作為城鎮(zhèn)燃?xì)馐褂谩Ｒ虼?，二甲醚將可能是取代液化石油氣的一種理想的清潔燃料[7～8]。
    二甲醚還可摻入空氣、液化石油氣、人工煤氣、天然氣直接混燒或作為城鎮(zhèn)燃?xì)獾恼{(diào)峰氣源[9～10]。二甲醚含有一個(gè)氧基，與液化石油氣摻混燃燒，可以改善現(xiàn)有燃燒裝置的燃燒性能，使燃燒更加完全。
    二甲醚的飽和蒸氣壓低于液化石油氣，儲(chǔ)存運(yùn)輸比液化石油氣更安全。但因沸點(diǎn)高，二甲醚在中國(guó)北方寒冷的冬季使用時(shí)，在液化石油氣中摻混的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能高于15%。
    二甲醚在空氣中的爆炸下限比液化石油氣高1倍，在使用過(guò)程中，比液化石油氣更安全。
    二甲醚十六烷值高，氣化潛熱大。用它代替柴油作為汽車(chē)的燃料，可使發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提高10%～15%，熱效率提高2%～3%，燃燒噪聲可以降低5～10dB，而且C0、N0等污染物的排放量也很低。
    由此看來(lái)，二甲醚由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，作為民用燃料可以替代液化石油氣，作為車(chē)用燃料可以替代汽油、柴油，具有廣闊的發(fā)展前景。
    在城鎮(zhèn)燃?xì)忸I(lǐng)域，建設(shè)部于2007年8月21日頒布CJ/T 259—2007《城鎮(zhèn)燃?xì)庥枚酌选沸袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使二甲醚作為液化石油氣的替代燃料具有了合法身份與依據(jù)，可以正式進(jìn)入城鎮(zhèn)作為替代燃料進(jìn)行推廣。另一方面，從國(guó)家替代能源的戰(zhàn)略高度弗看，《城鎮(zhèn)燃?xì)庥枚酌选沸袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施有助于二甲醚作為民用燃料的推廣，緩解目前我國(guó)天然氣、溶化石油氣、柴油供應(yīng)的巨大壓力。
3 二甲醚用于居民燃料面臨的問(wèn)題
3.1 標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)滯后
    作為替代新能源，二甲醚在產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的同時(shí)，卻遭遇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)滯后的局面。建設(shè)部頒布的《城鎮(zhèn)燃?xì)庥枚酌选纷?008年1月1日起實(shí)施。但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)只是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，僅僅是針對(duì)純二甲醚用于城鎮(zhèn)燃?xì)獾耐ㄐ凶C，而二甲醚摻混于液化石油氣的摻混標(biāo)準(zhǔn)和儲(chǔ)運(yùn)等標(biāo)準(zhǔn)卻沒(méi)有出臺(tái)，這帶來(lái)了二甲醚在實(shí)際應(yīng)用上的不規(guī)范。
    目前在國(guó)內(nèi)民用液化石油氣領(lǐng)域，二甲醚摻混液化石油氣已經(jīng)形成了相當(dāng)規(guī)模的市場(chǎng)。一些液化石油氣的充裝單位向液化石油氣鋼瓶中摻入液態(tài)二甲醚早已是行業(yè)內(nèi)“公開(kāi)的秘密”，摻入液化石油氣的二甲醚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～35%，二甲醚摻混液化石油氣的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)滯后使得市場(chǎng)比較混亂[12]。在液化石油氣鋼瓶中摻入二甲醚后出現(xiàn)的問(wèn)題有：①液化石油氣鋼瓶閥門(mén)、調(diào)壓器、膠管和集中供氣高壓連接管大量漏氣；②用戶(hù)反映現(xiàn)在的“液化石油氣”不耐燒；③在現(xiàn)有液化石油氣爐灶特別是熱水器點(diǎn)火時(shí)易熄火并發(fā)出“呼呼”的“放炮”聲；④液化石油氣集中供氣工程中，管道接口、活接頭等連接處漏氣嚴(yán)重。
    因此，2008年3月7日國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局《關(guān)于氣瓶充裝有關(guān)問(wèn)題的通知》(質(zhì)檢特函[2008]17號(hào))規(guī)定，禁止向裝有液化石油氣的鋼瓶中摻二甲醚。由于二甲醚專(zhuān)用鋼瓶尚沒(méi)有進(jìn)入市場(chǎng)流通，也就基本上等于禁止往液化石油氣中摻二甲醚的行為。
    二甲醚含有一個(gè)氧基，與液化石油氣摻混燃燒，不僅可以改善現(xiàn)有燃燒裝置的燃燒性能，而且可將液化石油氣罐內(nèi)的殘液帶出一起燃燒，提高了液化石油氣的利用率。從這方面說(shuō)，液化石油氣中摻入二甲醚是可行的，同時(shí)也可以緩解液化石油氣供應(yīng)不足的問(wèn)題。但二甲醚成本低于液化石油氣，摻混后的液化石油氣價(jià)格如何確定是個(gè)問(wèn)題；同時(shí)，對(duì)北方寒冷地區(qū)應(yīng)根據(jù)使用溫度高低，調(diào)整二甲醚的摻混比例，避免壓力過(guò)低影響使用。如果監(jiān)管不力，將導(dǎo)致部分企業(yè)不規(guī)范運(yùn)作，過(guò)度追求經(jīng)濟(jì)利益，從而損害消費(fèi)者的權(quán)益。
    因此，行業(yè)內(nèi)迫切需要一個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和配套的管理?xiàng)l例來(lái)規(guī)范市場(chǎng)：明確是否可以在液化石油氣中摻入二甲醚，如果允許摻混，摻混的比例范圍是多少，摻混氣體安全范圍是多少，摻混后的價(jià)格如何確定，摻混的比例如果超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)或管理?xiàng)l例規(guī)定的范圍，應(yīng)采取什么樣的措施進(jìn)行整改和處罰等等；同時(shí)，還應(yīng)建立二甲醚的生產(chǎn)與儲(chǔ)運(yùn)管理標(biāo)準(zhǔn)，包括原料、加工、生產(chǎn)、包裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、與其他燃料混配等過(guò)程的相關(guān)管理規(guī)范。
3.2 二甲醚對(duì)橡膠件的腐蝕影響[13～15]
    在液化石油氣鋼瓶中充裝摻有二甲醚的液化石油氣起始于2006年，到了2007年液化石油氣瓶閥門(mén)漏氣問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)，并呈上升之勢(shì)。據(jù)國(guó)家燃?xì)庥镁哔|(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)液化石油氣瓶閥橡膠密封圈進(jìn)行的耐液體腐蝕能力實(shí)驗(yàn)，測(cè)試不同濃度的二甲醚對(duì)液化石油氣瓶閥橡膠密封圈的腐蝕程度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：①二甲醚對(duì)液化石油氣瓶閥用橡膠密封圈有明顯的腐蝕影響，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%二甲醚和80%丙烷的混合液，能使瓶閥橡膠密封圈的外徑由13.6mm收縮至12.9mm，隨著摻混二甲醚含量的增加，其密封圈的外徑收縮量也在加大，而由橡膠密封圈密封的瓶閥內(nèi)徑為13.20mm，這樣收縮后的橡膠密封圈與瓶閥之間有了間隙，橡膠密封圈密封性能降低，產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。②液化石油氣對(duì)橡膠密封圈影響較小，其中影響最大的正戊烷對(duì)橡膠密封圈影響也很小，橡膠密封圈的外徑由13.6mm收縮至13.54mm，并不會(huì)影響密封圈的密封性能。
    液化石油氣的主要成分為丙烷、丁烷及戊烷，不帶氧原子。而二甲醚所攜帶的氧原子具有一定的氧化性，與液化石油氣鋼瓶用的閥門(mén)密封圈材料(常用的是順丁橡膠或丁腈橡膠)會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成順丁橡膠或丁腈橡膠的“腐蝕”而導(dǎo)致閥門(mén)漏氣。同時(shí)二甲醚是一種有機(jī)化合物，液體狀態(tài)的二甲醚是一種溶劑，與順丁橡膠或丁腈橡膠接觸后，橡膠開(kāi)始“腫脹”，繼而橡膠被“溶解”并加速橡膠老化，最終橡膠“彈性失效”而失去密封性能，從而導(dǎo)致閥門(mén)的漏氣。液化石油氣鋼瓶閥漏氣的概率隨摻入二甲醚的比例增大而增大，出現(xiàn)漏氣的時(shí)間隨摻入二甲醚的比例增大而縮短，橡膠密封圈的體積損失率隨之加大，漏氣的可能性也隨之增加。
    因此，用液化石油氣鋼瓶?jī)?chǔ)存和運(yùn)輸二甲醚或液化石油氣中摻混二甲醚均存在瓶閥漏氣的嚴(yán)重安全隱患。國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局《關(guān)于氣瓶充裝有關(guān)問(wèn)題的通知》(質(zhì)檢特函[2008]17號(hào))提出：不得在民用液化石油氣中摻入二甲醚充入液化石油氣鋼瓶或在焊接氣瓶中擅自加入不明化學(xué)添加劑。主要是為了避免因二甲醚造成液化石油氣瓶閥泄漏而帶來(lái)的安全問(wèn)題。
    同理，對(duì)于與液化石油氣鋼瓶配套使用的瓶裝液化石油氣調(diào)壓器來(lái)說(shuō)，二甲醚對(duì)其中的橡膠膜片會(huì)產(chǎn)生明顯的腐蝕作用，使其收縮、變形、失去彈性，繼而造成調(diào)壓作用的失效和密封失效，發(fā)生安全事故。因此，必須考慮制造儲(chǔ)存和運(yùn)輸二甲醚的專(zhuān)用瓶閥和配套使用的專(zhuān)用調(diào)壓器。
3.3 燃具適應(yīng)性問(wèn)題[16～18]
    由于熱值、華白數(shù)、燃燒勢(shì)等燃燒參數(shù)的變化，二甲醚將對(duì)燃具的燃燒狀況產(chǎn)生影響，因此，二甲醚作為居民燃料在市場(chǎng)上廣泛使用，還需要考慮燃具燃燒適應(yīng)性的問(wèn)題。
    現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已有不少將液化石油氣燃具或天然氣燃具轉(zhuǎn)換為二甲醚燃具或二甲醚摻混液化石油氣燃具的成功試驗(yàn)研究，結(jié)果證明這種燃?xì)廪D(zhuǎn)換是可行的。只是在這種燃?xì)廪D(zhuǎn)換試驗(yàn)中，仍然存在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)的問(wèn)題。以城鎮(zhèn)家庭中應(yīng)用最為廣泛的家用燃?xì)庠詈图矣萌細(xì)饪焖贌崴鳛槔?，目前多?shù)試驗(yàn)研究的技術(shù)性能指標(biāo)都是參照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如GB 16411—2007《家用燃?xì)庠罹摺泛虶B 6932—2001《家用燃?xì)饪焖贌崴鳌?。而這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中適用對(duì)象是以天然氣、人工煤氣、液化石油氣3種氣源為主的燃具，不包括二甲醚或二甲醚摻混液化石油氣燃具。
    因此，當(dāng)二甲醚或二甲醚摻混液化石油氣燃具得到廣泛應(yīng)用的時(shí)候，同樣需要一個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范管理燃具市場(chǎng)。
4 結(jié)論和建議
    ① 我國(guó)城鎮(zhèn)的民用燃料是以天然氣、人工煤氣、液化石油氣為主，與它們相比，二甲醚作為從煤轉(zhuǎn)化而來(lái)的清潔燃料，用作民用燃料有許多優(yōu)點(diǎn)。雖然目前中國(guó)二甲醚行業(yè)還存在一些問(wèn)題，但二甲醚的應(yīng)用及市場(chǎng)前景仍然光明，在國(guó)家政策的支持下，發(fā)展勢(shì)頭值得期待。
    ② 為保證二甲醚在民用燃料市場(chǎng)的健康發(fā)展，應(yīng)盡快研究制定二甲醚進(jìn)入城鎮(zhèn)燃?xì)獾姆诸?lèi)標(biāo)準(zhǔn)、二甲醚城鎮(zhèn)燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范等，深入開(kāi)展二甲醚與其他燃?xì)饣Q性、經(jīng)濟(jì)上的可行性研究和二甲醚作為城鎮(zhèn)燃?xì)鈶?yīng)用的技術(shù)研究，對(duì)推動(dòng)二甲醚在城鎮(zhèn)燃?xì)忸I(lǐng)域中的應(yīng)用具有重要意義。
    ③ 由于二甲醚對(duì)于現(xiàn)有燃?xì)庀到y(tǒng)(包括閥門(mén)、表具、調(diào)壓器、灶具、熱水器、集中供氣連接管等)的普通橡膠和塑料有一定腐蝕作用，用液化石油氣鋼瓶?jī)?chǔ)存二甲醚和將液化石油氣凋壓器用于二甲醚都存在著較大的安全隱患，應(yīng)組織力量加快攻關(guān)，早日研究、設(shè)計(jì)、制造出專(zhuān)門(mén)用于儲(chǔ)存、運(yùn)輸、灌裝、實(shí)際應(yīng)用二甲醚的專(zhuān)用設(shè)備、部件和燃具。
    ④ 由于二甲醚的熱值與液化石油氣不同，其價(jià)格應(yīng)由燃?xì)庵鞴懿块T(mén)會(huì)同技術(shù)監(jiān)督、工商管理等部門(mén)，根據(jù)二甲醚與液化石油氣的價(jià)格差別和燃料的稀缺程度備案或?qū)徟_定。同時(shí)對(duì)進(jìn)入市場(chǎng)的二甲醚混合氣的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督、抽查，確保二甲醚混合氣的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，保護(hù)廣大消費(fèi)者的合法權(quán)益。
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(本文作者：張紹偉 邢臺(tái)市液化石油氣公司 河北邢臺(tái) 054000)