二甲醚在城鎮(zhèn)燃?xì)忸I(lǐng)域的應(yīng)用前景

    摘要：從能源安全和多元化、生產(chǎn)工藝、城鎮(zhèn)燃?xì)獍l(fā)展、市場分析等方面出發(fā)，討論了二甲醚在城鎮(zhèn)燃?xì)忸I(lǐng)域應(yīng)用的可行性與應(yīng)用前景。

1發(fā)展二甲醚是能源安全和多元化的需要

    目前，煤炭、石油和天然氣是世界上最主要的一次能源。石油消費已經(jīng)位居一次能源之首，石油的生產(chǎn)與供應(yīng)已成為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要依賴。世界上一次能源的消費結(jié)構(gòu)與一次能源的資源結(jié)構(gòu)并不協(xié)調(diào)，石油的儲采比為41，煤炭的儲采比為230，儲采比****的煤炭僅占一次能源消費量的1／4，這種能源消費結(jié)構(gòu)和資源結(jié)構(gòu)的不協(xié)調(diào)性，將能源問題推到了戰(zhàn)略性的位置。

    我國是一個能源消費大國，一次能源的總消費量僅次于美國，居世界第二位。世界上一次能源消費結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢對我國也有一定的影響。近年來，我國原油、石油產(chǎn)品和天然氣的進(jìn)口量逐漸增加，不僅消耗大量外匯，而且也影響到我國的能源安全。

    我國是一個煤炭資源豐富的國家，煤炭的生產(chǎn)總量和消費總量均居********位，在國內(nèi)一次能源消費中占70％。由于煤是固體燃料，利用過程比流體燃料復(fù)雜，煤燃燒產(chǎn)生的污染物排放量大，煤直接燃燒不僅浪費能源，而且嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，以煤為原料制取潔凈的氣體和液體燃料，是提高能源品質(zhì)、減少環(huán)境污染的主要技術(shù)路線，也是減少油氣進(jìn)口、加強能源安全的重要措施。

    以煤為原料制取潔凈的氣體和液體燃料，世界上許多工藝已經(jīng)工業(yè)化，我國在這方面也開展了許多基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究，積累了豐富的理論基礎(chǔ)與實踐經(jīng)驗。就煤炭氣化而言，我國在化肥、動力和城市燃?xì)庑袠I(yè)應(yīng)用很廣，是世界上在用氣化爐型最多的國家，新一代爐型也在陸續(xù)推廣。在煤的液化方面，20世紀(jì)60年代建成的人造石油廠還在運行，但成本比天然石油高。我國的煤液化技術(shù)一直在不斷研究，進(jìn)行了大量的技術(shù)儲備。隨著國際上原油價格的不斷上漲，煤液化的重要性將逐步體現(xiàn)出來。煤液化的工藝路線有多種，選用何種工藝路線，主要取決于目標(biāo)產(chǎn)品的需求和經(jīng)濟(jì)性。

    近年來，隨著西氣東輸工程的實施，我國城市天然氣有了快速的發(fā)展，由于天然氣的優(yōu)越性，許多城市已經(jīng)或正在由原有的人工煤氣轉(zhuǎn)換為天然氣。我國天然氣的儲量并不太多，而且儲存設(shè)施有限，天然氣供應(yīng)的可靠性還不太高。從近年來冬季用氣高峰時出現(xiàn)的“天然氣荒”就應(yīng)該得到警覺。目前我國城鎮(zhèn)燃?xì)夤��?yīng)最廣泛的液化石油氣，其儲存方便，設(shè)

施簡單，既可瓶裝供應(yīng)，又可管道供應(yīng)，受到各地的歡迎，因此許多中小城鎮(zhèn)乃至農(nóng)村都有它的市場。但隨著國際上原油價格的上漲，液化石油氣的價格也在不斷上漲。許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)用戶由于經(jīng)濟(jì)上承受不了，紛紛棄之不用，改燒薪柴，會造成森林面積的減少，不利于生態(tài)的平衡。

    從天然氣和液化石油氣的保障供應(yīng)和價格控制考慮，都需要有新的能源來補充和調(diào)節(jié)。正在受到人們關(guān)注的二甲醚對充當(dāng)該角色有一定的可能性。二甲醚是一種易液化儲存與輸送的可燃?xì)怏w，在常溫常壓下為氣態(tài)，在常溫、0．6 MPa壓力下為液態(tài)。二甲醚的主要物理化學(xué)性質(zhì)與甲烷、液化石油氣有許多相似之處。

    二甲醚主要由煤或天然氣直接生產(chǎn)或由甲醇脫水間接生產(chǎn)。二甲醚是城鎮(zhèn)燃?xì)庥妹阂夯�的重要目�?biāo)產(chǎn)品，它的推廣使用對于能源安全和滿足能源多元化需要具有實際意義。

 

2二甲醚在城鎮(zhèn)燃?xì)忸I(lǐng)域的應(yīng)用

    ①替代液化石油氣作為民用燃料

    如果二甲醚單獨用作城鎮(zhèn)燃?xì)�，有關(guān)燃具要重新設(shè)計。如果二甲醚在現(xiàn)有液化石油氣灶具上使用，由于二甲醚華白數(shù)為50．9 MJ／m3，比液化石油氣華白數(shù)低，以20Y液化石油氣為例，當(dāng)二甲醚摻混的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％時，混合氣的華白數(shù)基本符合GB／T 13611的要求，燃燒性能基本滿足灶具的要求。因此，二甲醚在現(xiàn)有液化石油氣灶具上使用，二甲醚摻混的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)低于20％，否則不能保證正常使用。

    20世紀(jì)70年代，國外有人提出將二甲醚用作城市燃?xì)狻�國�?nèi)也進(jìn)行了用二甲醚供居民使用的試驗，近年來二甲醚供民用已發(fā)展到年產(chǎn)10×10。t／a以上的規(guī)模。試驗表明，二甲醚作為民用燃料有許多優(yōu)點，甚至比使用液化石油氣更加方便。二甲醚能否在城市燃?xì)忸I(lǐng)域大量推廣，主要取決于二甲醚的制造成本和價格。

    一方面，要降低二甲醚的生產(chǎn)成本。為了降到與液化石油氣相競爭的某一價格，在一定的技術(shù)條件下，有一個二甲醚生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的問題。由于原煤價格的上升幅度比原油價格的上升幅度小，二甲醚生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模必然會縮小，建廠的條件就放寬。二甲醚的價格有可能低于液化石油氣的價格，在局部地區(qū)替代液化石油氣作為民用燃料的可能性就很大。另一方面，城鎮(zhèn)燃?xì)庥枚�甲醚有一個合理定價的問題。定價的基準(zhǔn)應(yīng)該是單位熱量的價格要相等。根據(jù)兩者的熱值可以知道，當(dāng)液化石油氣供應(yīng)價格為5 000元/t時，二甲醚的供應(yīng)價格低于3300元/t時，即可與液化石油氣相競爭。

    ②作為天然氣的摻混或應(yīng)急氣源

    以12T天然氣為例，其華白數(shù)為53．5 MJ／m’，若將城鎮(zhèn)燃?xì)庥枚�甲醚以任意比例與其混合，則混合氣的華白數(shù)為50．9～53．5 MJ／m’，符合GB／T 1361l的要求，燃燒性能基本滿足灶具的要求。

    城鎮(zhèn)燃?xì)庥枚�甲醚中二甲醚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99％以上，其性質(zhì)比較穩(wěn)定，常溫下的蒸氣壓約0．6 MPa，作為管道燃?xì)夤��?yīng)不會出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。二甲醚的蒸氣壓比丙烷的蒸氣壓低，便于液化儲存，是天然氣很好的應(yīng)急調(diào)峰氣源。二甲醚的燃燒特性還要進(jìn)一步研究，以便掌握與天然氣混合的合適比例。

    無論將二甲醚作為單獨的管道燃?xì)鈿庠椿蜃鳛樘烊粴獾膽?yīng)急調(diào)峰氣源，都要考慮其經(jīng)濟(jì)性的問題。從熱量上看，1 m’二甲醚相當(dāng)于1．8 m。天然氣(低熱值為36 MJ／m3)，如果天然氣價格為2．5形m’，二甲醚價格應(yīng)低于4．5形m。(相當(dāng)于2 200形t)，方可替代天然氣。作為應(yīng)急的氣源，主要考慮供氣的安全可靠，以社會效益為主，其價格是次要因

素。

    應(yīng)該注意，二甲醚對有機(jī)物有較強的溶解性能，二甲醚作為城鎮(zhèn)燃?xì)鈶?yīng)用時，設(shè)備中有關(guān)的材質(zhì)必須能夠耐這種溶解性能。

3影響二甲醚推廣的市場因素分析

    ①生產(chǎn)成本    ’

    甲醇的生產(chǎn)技術(shù)還在不斷研究與發(fā)展，但總體上生產(chǎn)工藝已經(jīng)基本成熟。其生產(chǎn)成本一方面取決于生產(chǎn)裝置的規(guī)模，另一方面取決于原料的價格。生產(chǎn)裝置規(guī)模主要在規(guī)劃階段考慮，一旦確定就是一個不變的因素，而原料的價格經(jīng)常變化。二甲醚生產(chǎn)工藝之一是由甲醇脫水制造，因此甲醇的市場價格對于二甲醚的生產(chǎn)有重要的影響。由于甲醇的生產(chǎn)能力不斷增加，市場出現(xiàn)了供大于求的局面，促使甲醇價格下滑。這對于降低甲醇脫水制造二甲醚

的生產(chǎn)成本是一個有利的因素。

  ②LPG市場價格

    液化石油氣的市場價格隨原油價格的走勢而變化。隨著國際原油市場價格大幅攀升，國內(nèi)液化石油氣的價格也大幅度上揚，已經(jīng)超過5 000形t。從需求來看，由于環(huán)保意識加強，國內(nèi)大力推行車用高清潔液化石油氣，推動了車用液化石油氣用量逐步增加，導(dǎo)致液化石油氣的供應(yīng)明顯偏緊，液化石油氣大量進(jìn)口。這為二甲醚替代液化石油氣提供了很好的機(jī)會。

  ③城市燃?xì)馐袌霭l(fā)展情況

    我國近年來的城市燃?xì)獍l(fā)展的歷史數(shù)據(jù)見表l�？偟膩碇v，我國目前城市燃?xì)庵腥斯っ簹獍l(fā)展不快，5年內(nèi)用氣總量與用氣人口均增加不多；天然氣發(fā)展最快，5年內(nèi)用氣總量與用氣人口均增加愈1倍；液化石油氣用氣總量增加不多，但用氣人口增加近60％，主要原因是天然氣在城市發(fā)展快，液化石油氣的市場轉(zhuǎn)向小城鎮(zhèn)，用氣量指標(biāo)有所下降。

    據(jù)表l，2004年人工煤氣用氣總量為214×108m3／a，天然氣用氣總量為169×10。m3／a，液化石油氣用氣總量為1 127×10。t／a。預(yù)計到“十一五”末，人工煤氣會略有減少，天然氣(包括工業(yè)用氣)達(dá)到600×10“m’／a，液化石油氣(其中50％靠進(jìn)口)約1 200×10。t／a。

    根據(jù)目前發(fā)展趨勢，十_-五期間二甲醚產(chǎn)量將快速增加，市場能消納多少二甲醚，這是要考慮的問題。如果按2010年生產(chǎn)1 000×104 t二甲醚計算，相當(dāng)于670×10。t液化石油氣。如果進(jìn)入城鎮(zhèn)燃?xì)忸I(lǐng)域，按2004年的人均耗氣量，相當(dāng)于增加1×108人的用氣量，這將是一個難題。為此，應(yīng)該從三方面開展工作。一是開發(fā)其他市場，如車用燃料市場；二

是發(fā)展城鎮(zhèn)燃?xì)庥枚�甲醚市場，每年城市化的人口約1％，則每年增加1 300×10。城鎮(zhèn)人口，這些人口多住在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)達(dá)不到的地方，需要以二甲醚為燃料；三是替代進(jìn)口液化石油氣的市場，只要二甲醚的價格有優(yōu)勢，就有可能替代。

    表1  我國近年來的城市燃?xì)獍l(fā)展的歷史數(shù)據(jù)

    Tab．1 History data for town gas development in recent years in China

 

4二甲醚用于城鎮(zhèn)燃?xì)獾恼�體研究規(guī)劃

    二甲醚作為城鎮(zhèn)燃?xì)獯嬖谠S多具體的技術(shù)需要研究，如作為民用燃?xì)馓匦缘难芯俊⑦m合其性能的儲存輸送參數(shù)的研究、儲存輸送設(shè)備及燃燒器具的研究、有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、工程設(shè)計規(guī)范及技術(shù)措施的編制等課題亟待開展。我國近年來天然氣發(fā)展速度很快，由于氣源分布不均，儲氣能力小，全國天然氣管網(wǎng)尚未成環(huán)，天然氣的季節(jié)調(diào)峰能力很差，迫切需要尋找能

代替天然氣的季節(jié)調(diào)峰氣源，也需要研究用二甲醚進(jìn)行調(diào)峰的可行性。二甲醚與液化石油氣性質(zhì)相差不大，但是二甲醚有其特殊性，需要進(jìn)行二甲醚用于城鎮(zhèn)燃?xì)獾恼�體研究規(guī)劃。

  具體研究內(nèi)容如下：

    二甲醚作為民用燃料的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(二甲醚城鎮(zhèn)燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)、城市燃?xì)夥诸悩?biāo)準(zhǔn)相關(guān)條文)與規(guī)范(城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范相關(guān)條文)的制訂；

    二甲醚儲存與輸送的有關(guān)工藝路線與參數(shù)的確定；

    二甲醚儲配站的標(biāo)準(zhǔn)圖的設(shè)計；

    二甲醚儲存與輸送的有關(guān)設(shè)備(槽車、儲罐、泵與壓縮機(jī)、調(diào)壓器)參數(shù)的確定以及標(biāo)準(zhǔn)圖的設(shè)計；

    二甲醚作為民用燃料的設(shè)備(灶具、熱水器、調(diào)壓器等)的開發(fā)；    ’

    二甲醚用作天然氣調(diào)峰氣源的可行性以及工藝流程研究；

    二甲醚供民用的價格與經(jīng)濟(jì)性分析。

    上述研究對于二甲醚的推廣使用將起到推動作用，對于提高燃?xì)夤芫W(wǎng)的功能和運行的安全性和抗風(fēng)險能力、降低城市燃?xì)獾慕ㄔO(shè)成本、實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)、降低燃?xì)夤��?yīng)價格、推廣清潔能源等方面有重要的意義，將會在取得良好經(jīng)濟(jì)效益、社會效益的同時得到環(huán)境效益，能推動二甲醚城鎮(zhèn)燃?xì)馐聵I(yè)的發(fā)展，提高我國城鎮(zhèn)燃?xì)獾恼�體技術(shù)水平和保障供氣的能力。

5結(jié)語

    ①二甲醚是一種優(yōu)質(zhì)的二次能源，在一定范圍內(nèi)可以替代或補充石油與天然氣，對于能源安全和抑制油氣價格有一定作用。

    ②以煤為原料制取二甲醚技術(shù)已比較成熟，我國在合成二甲醚工藝、催化劑制備及二甲醚應(yīng)用領(lǐng)域均已進(jìn)行了大量工作，已具備大規(guī)摸生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

    ③二甲醚為易液化儲存和輸送的優(yōu)質(zhì)氣體燃料，作為民用燃料和車用燃料，有利于環(huán)境的改善。其壓力較低，并且穩(wěn)定，輸送儲存更加安全。

    ④二甲醚作為民用燃料，需要進(jìn)行合理定價。從熱量上看，1 kg二甲醚相當(dāng)于0．67蠅液化石油氣，1 m’氣態(tài)二甲醚相當(dāng)于1．8 m。天然氣。在目前液化石油氣的價格不斷上漲的情況下，年產(chǎn)10×10。t級煤基二甲醚的成本基本上可以與液化石油氣相競爭。二甲醚的單位熱量價格目前比天然氣高一些，作為應(yīng)急氣源，經(jīng)濟(jì)上還是可行的。

    ⑤二甲醚用作城鎮(zhèn)燃?xì)膺�剛剛開始，還有許多工程技術(shù)問題有待解決，還需要在標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、儲配設(shè)施及應(yīng)用技術(shù)等方面進(jìn)行研究開發(fā)。